成熟期马铃薯秧的单位直径最大剪切力试验研究

　　摘要:为研究马铃薯秧蔓的剪切力学特性，弥补马铃薯秧蔓力学特性参数不足，以成熟期品种中薯8号为试验材料，通过三元二次回归正交旋转组合试验研究了取样位置、含水率和剪切速度3个因素对马铃薯秧单位直径最大剪切力的单因素影响和双因素影响，并建立了其与马铃薯秧单位直径最大剪切力之间的影响回归模型。结果表明:回归模型与试验结果拟合程度较好，可分别用于预测马铃薯秧单位直径最大剪切力的变化情况。该研究为马铃薯秧机械化切割回收装备的设计和选择最佳的马铃薯收获期提供了数据支持和理论依据。

　　关键词:马铃薯秧;物理特性;单位直径最大剪切力;三元二次回归正交旋转组合试验

　　0引言

　　马铃薯是我国重要的农作物之一，被农业部认定为继水稻、小麦、玉米之外第四大粮食作物，对于保障我国粮食安全和生态环境的稳定具有重要作用。“十二五”以来，我国马铃薯生产实现稳定发展，总产量超过9000万t［1］。马铃薯茎叶单产约18～55．95t/hm2，年产量约1．2～1．8亿t，以可转化率30%和青贮产品得率1∶0．4计算，可产青贮饲料1440万t［2］。马铃薯的秧藤和薯渣可以经过青贮处理作为牲畜饲料，具有很高的回收利用价值。微生物发酵具有可改善马铃薯秧藤和薯渣的粗纤维结构、改善适口性、降低毒素含量、提高营养价值和能稳定贮存等特点［2］，研究马铃薯秧的力学特性对马铃薯杀秧机、割秧机和马铃薯秧蔓切割机等农用机械刀具的结构设计和参数优化具有重要的指导意义。马铃薯秧的物理特性试验指标包括:压缩、剪切、弯曲和拉伸，针对马铃薯秧蔓不同的处理方式，需要测定不同的物理特性指标，如对马铃薯割秧机的刀具进行设计和优化时，需要测定马铃薯秧的密度、剪切强度及弹性模量等。国内外对农作物秸秆的力学特性研究起步较早，辛杰利用万能试收稿日期:2018－12－21基金项目:山东省农机装备研发创新计划项目(2018YF020－07);山东省现代农业产业技术体系薯类创新团队农业机械岗位专家项目(SDAIT－16－10)作者简介:辛青青(1994－)，女，山东潍坊人，硕士研究生，(E－mail)937524747@qq．com。通讯作者:吕钊钦(1962－)，男，山东潍坊人，教授，博士生导师，(E－mail)lzqsdau@126．com。验机做拉伸试验对成熟期大蒜的茎秆进行抗拉强度、挤压强度、起拔力等测试，研究了茎秆直径大小、含水率多少、加载速度大小对大蒜茎秆抗拉强度的影响［3］。王帅等使用万能试验机对玉米鲜秸秆进行力学特性试验，获得玉米秸秆的相关力学参数数据［4］。

　　1试验材料采集与研究方法

　　1．1试样采集

　　马铃薯秧样本以中薯8号为试验对象，于2018年6月13日取自山东省泰安市农业科学研究院马铃薯种植基地。基地内马铃薯种植模式为单垄单行种植，全部采用人工劳动起垄，垄高25cm左右，垄距80cm左右，株距大约25cm。试验材料取样时将马铃薯连根拔起，取样后在马铃薯秧上撒上矿泉水，用保鲜膜包起来，做好保鲜工作，以保持马铃薯秧蔓含水量不因植物呼吸作用而产生较大变化;取样后在实验室去除枝叶、分枝，留下主茎部分作为样本。

　　1．2试验仪器

　　试验设备主要包括电子控制式万能试验机(WDW－5E型)(见图1)、水分烘干箱(见图2)、电子天平、剪刀、游标卡尺和直尺等工具。应力－应变关系图及载荷－位移关系图可由计算机通过内置程序计算，最终以描点方式给出关系图，各点坐标及结构参数由计算机主动生成的文件得出。

　　2结果与分析

　　2．1试验方案建立

　　将依据表1中各因素的水平，对表中各组试验方案进行5次重复，得到平均值后，将结果输入三元二次回归正交旋转组合试验设计表。马铃薯秧茎的单位直径最大剪切力与3个影响因素的试验方案及结果，如表2所示。

　　2．2试验因素对马铃薯秧茎的单位直径最大剪切力的影响分析

　　利用DesignExpert10软件对马铃薯秧单位直径最大剪切力试验数据进行分析，将表2中的数值输入到软件中，利用软件计算出获得各因素编码值与马铃薯秧单位直径最大剪切力Pj的回归模型，即Pj=0．75－0．37A－0．056B－0．057C+0．077AB+0．539×10－3AC－0．023BC+0．064A2+0．020B2+0．059C2(3)对各项进行方差分析，结果如表3所示。

　　3结论

　　1)以成熟期品种中薯8号为试验材料，通过单因素试验和响应面分析法试验研究了取样位置、含水率和剪切速度3个因素对马铃薯秧剪切力学特性的单因素影响和双因素影响，并建立试验因素与马铃薯秧剪切力学特性之间的影响回归模型。

　　2)试验结果表明:在单因素作用中，马铃薯秧单位直径最大剪切力随着含水率的增加，取样位置的升高和剪切速度的增加呈降低趋势;其中，含水率、剪切速度对目标值影响的变化趋势并不明显，无显著性影响。

　　3)在双因素交互作用中，取样位置和含水率的交互作用对马铃薯秧主茎的单位直径最大剪切力的影响最明显，而其他交互作用的影响不显著。随着含水率的增加和取样位置的逐渐升高，马铃薯秧单位直径最大剪切力整体上呈现下降的趋势。当含水率大于90%、剪切速度大于50mm/min时，马铃薯秧单位直径最大剪切力整体变化的幅度不大。

　　参考文献:

　　［1］李辉尚，孔繁涛．马铃薯2016年市场分析及2017年市场预测［J］．农产品市场周刊，2017(4):38－41．

　　［2］蔡辉益，于继英，许小春，等．马铃薯饲用资源固体发酵研究进展［J］．饲料工业，2018(5):1－7．

　　［3］辛杰，侯加林，李玉华，等．成熟期大蒜茎秆力学特性的特性研究［J］．农机化研究，2018，40(12):168－178．

　　［4］王帅，张彬，李显旺，等．玉米鲜秸秆力学特性试验研究［J］．农机化研究，2018，40(3):171－180．

《成熟期马铃薯秧的单位直径最大剪切力试验研究》

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