玉米摘穗损伤机理及低损伤摘穗技术研究

The damage and broken of corn are seriously caused by snapping-device.The damage types, tissue changes and its change law of corn kernel and corn ear will be analysised by using electronic microscopic and computer vision technology. Through statics test and finite element analysis,the biological characteristics, Physical and Mechanical Properties, damage degree of corrn ear and maize kernel and the change law among them will be studyed. With the data collecting system automatic and the stripper test system, the change law between the stress size, location and features, corn biological characteristics and the stripper damage rate will be researched, which lay a theoretical foundation for study on stripper principle and picker-device.Through the test research on different principle picker-device, the stripper principle, corn damage principle and the change law will be revealed between maize biological characteristics, picker-system and picher-components, and then a new kind of corn stripper principle will be look for, a low damage picker-device will be developed ,the existing corn picker-device will be replaced. .The damage not only lead to corn price decrease and the farmer income reduce but also seriously affect the corn quality - - corn mildew. It bring direct threat to human,livestock and poultry. At present our country still using the extrusion type pick spike in corn ear roller pick, cause breakage and damage is severe.Study on mechanical mechanism, new stripper principle and methods of corn damage has important significance for reducing the direct and indirect loss caused by the corn picker.

玉米在摘穗过程中造成的损伤和破碎比较严重。运用电子显微和计算机视觉技术分析玉米果穗和玉米籽粒损伤的形式、组织变化及其规律；通过力学试验和有限元分析，研究玉米果穗和玉米籽粒的生物力学特征、物理机械特性、损伤程度及其三者之间的联系；借助数据自动采集和摘穗试验系统，研究受力大小、部位与性质、玉米生物力学特征与摘穗损伤率之间的变化规律- - 摘穗特性，为摘穗原理与摘穗装置研究奠定理论基础。通过不同原理的摘穗装置试验研究，揭示机械摘穗机理与玉米损伤机理，以及玉米生物力学特征、摘穗方式与摘穗部件等因素间的关系,寻找新的玉米摘穗原理、进而研制低损伤玉米摘穗装置，替代现有玉米摘穗装置。.损伤不但导致玉米价格下降、影响农民收入，而且对玉米品质有严重影响- - 发生霉变，对人、畜、禽带来直接威胁。目前我国仍用挤搓式的玉米摘穗装置，造成的损伤比较严重。因此，研究玉米损伤的机械作用机理和低损伤摘穗装置具有重要意义。

玉米是我国食品、饲料和重要的工业原料。目前我国玉米收获机采用的摘穗机构主要有两种形式：辊式和摘穗板+拉茎辊式。“辊式收获”易造成玉米果穗啃伤，啃伤穗比例可到30%，“辊式收获”造成的平均籽粒破碎率、籽粒损失分别为0.67%、5.38%；摘穗板+拉茎辊式摘穗装置造成的平均籽粒破碎率、平均籽粒损失分别为0.52%、1.37%。针对这种现状，项目组提出了玉米摘穗损伤机理及低损伤摘穗技术研究。.项目主要研究内容分为以下几个方面：①玉米生物力学特征与机械特性研究 应用静力学、生物力学等方法研究玉米果穗、茎秆、籽粒的力学特性，研究玉米果穗、茎秆、籽粒在各种作用力下的应力应变规律；②玉米摘穗特性研究 研究玉米摘穗时割台结构及运动参数对果穗损伤的影响和对果穗造成损伤形式的差异、果穗尺寸、茎秆直径对摘穗损伤的影响；③机械摘穗损伤机理研究 进行玉米摘穗受力分析，建立各作用力的数学模型、研究其变化规律及其对摘穗损伤损失的影响；摘穗过程高速摄影分析，研究摘穗过程果穗的运动变化规律及摘穗损伤影响因素；④柔性摘穗技术及装置研究 研制柔性玉米摘穗装置，并进行摘穗装置的试验研究和优化设计，使其各项性能指标优于目前的玉米摘穗装置，降低果穗啃伤、籽粒破碎与裂纹的损伤程度。.通过玉米摘穗受力分析，得知玉米摘穗时果穗受到来自摘穗辊的三种作用力：一摘穗辊支反力；二来自转动的摘穗辊的摩擦力；三摘穗辊凸棱对果穗的作用力。分析了各作用力对果穗造成的损伤形式、摘穗装置和玉米参数对各作用力的影响规律；试验研究了玉米摘穗装置结构及运动参数对摘穗损伤、损失的影响，得知摘穗辊在850 r/min时，籽粒损失最低，摘穗辊间隙为10mm时，果穗损伤率和籽粒损失最小；割台倾角为27.5°时，果穗损伤率和籽粒损失最低。这些为合理设置摘穗装置参数提供了依据。玉米果穗、茎秆力学性能试验结果显示：逆行摘穗（果穗弯折）所需最大力约为正常摘穗（果柄拉断）所需最大力的1/20，逆行摘穗功耗大约是正常摘穗的1/4；玉米茎秆压缩过程大致分为三段：弹性变形阶段、纤维层分段弯折阶段、压实阶段，分析了茎秆压缩过程试验力的变化规律，为合理设置摘穗辊间隙提供参考。柔性摘穗试验台摘穗试验结果显示：柔性摘穗籽粒损伤、损失明显低于金属摘穗装置。摘穗过程高速摄影分析显示：果穗与摘穗辊接触时间对果穗损伤影响显著，应采取措施尽量减少辊与穗接触时间，降低摘穗损伤。