玉米茎秆成捆直径与捆绳张力关系试验分析

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1、2015年3月农机化研究第3期玉米茎秆成捆直径与捆绳张力关系试验分析杨廷文，张道林，卜令昕，崔萌，王立兴(山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博255049)摘要:玉米茎秆打成圆捆后直径与捆绳张力的关系对打捆质量具有较大影响。为此，通过对打捆后的玉米茎秆进行模拟简化，引入基本假设并进行理论分析，建立了成捆直径与捆绳张力的定量关系。同时，选取完熟承玉18号玉米茎秆作为试验材料，对捆扎后不同直径的圆捆进行试验，测量捆绳张力。试验结果表明，随着圆捆直径的增加，捆绳张力呈非线形增大。本试验对玉米秸秆的切

2、断、铺放及捡拾打捆等技术具有现实意义和理论参考价值。关键词:玉米茎秆;张紧力;圆捆直径中图分类号:S121文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)03－0219－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.054此，为了对打捆后的玉米秸秆进行简化模拟，取玉米0引言秸秆之茎秆作为研究对象，并引入如下基本假设:我国是农业大国，秸秆资源丰富，其中玉米作为1)把每根秸秆看作完全相同的圆柱形刚体。［1］我国第三大种植作物，每年秸秆产量约2．2亿t。2)认为秸秆按照如图1所

3、示的方式进行摆放，形［3］2006年，山东玉米秸秆的产量已经超过2000万t，玉成六边形捆，当捆直径很大时近似认为圆捆。米的种植面积整体呈增长趋势;玉米秸秆资源量也整体呈增长趋势，目前玉米秸秆资源量基本保持在2400万t左右。随着传统农业向现代农业不断发展转变，秸秆的利用方式也从传统的作为农村生活能源和牲畜饲料转变为利用秸秆还田、饲料加工、原料深加工、生物质［2］能源利用等技术的秸秆利用方式。除秸秆还田外，其它的利用方式都需要对玉米秸秆进行收集，尤其是铺放式玉米收获机的研制成功和推广，对玉米秸秆收集、

4、打捆的机器需求增大。目前，稻麦秸秆田间捡拾、图1茎秆理论摆放方式收集打捆技术及设备比较成熟，而适用于玉米秸秆的2理论分析类似机械相对缺乏。然而，针对影响玉米秸秆打捆质对一根茎秆进行捆扎是茎秆打捆的最小极限。对量因素的试验与研究还鲜有报道，因此对玉米秸秆打一根捆扎的茎秆进行受力分析(如图2所示)，截取任成圆捆后直径与捆绳张力的关系进行试验与研究具一位置处的微量长度的捆绳为分离体，由受力平衡有现实意义。［4］得1基本假设dθdN=2Fsin(1)2玉米秸秆打成圆捆后的力学特征比较复杂，很难2π对所有秸秆的

5、实际状态进行精确的模拟和分析。因∫μ1dN=G+g(2)0其中，dN为分离体随θ变化的支反力函数;F为收稿日期:2014－03－17基金项目:公益性行业(农业)科研专项(200903059－04)捆绳张力;dθ为分离体的夹角;μ1为捆绳和茎秆间的作者简介:杨廷文(1987－)，男，山东枣庄人，硕士研究生，(E－mail)摩擦因数;G为砝码的重力;g为茎秆自身重力。no．1ytw@163．com。dθdθ通讯作者:张道林(1957－)，男，山东淄博人，教授，硕士生导师，(E－式(1)、式(2)中，因dθ

6、很小，可取sin≈，mail)zdlzb@sdut．edu．cn。22·219·2015年3月农机化研究第3期于是由式(1)得由式(6)、式(7)解得dN=Fdθ(3)G+gF=(8)将式(3)带入式(2)可得6μ22π把圆捆看成一个整体，能成捆的捆绳张力最小应μ1∫Fdθ=G+g(4)0满足式(5)，所以可得对式(4)左边积分得G+7gF≥(9)2πFμ1=G+g2πμ1G+g其中，F为捆绳张力;g为茎秆自身重力;μ1为捆F=(5)2πμ1绳和茎秆间的摩擦因数。当茎秆数n≥7时，打捆时捆绳张力应同时

7、满足式(8)和式(10)，则有G+ngF≥(10)2πμ1其中，F为捆绳张力;n为茎秆根数。图2单茎秆受力分析图对7根茎秆进行打捆时，圆捆中心茎秆A受到周围对称的6根茎秆的大小相等、方向经过中心茎秆中心的力，如图3所示。图4中心茎秆A、B的受力受3玉米茎秆成捆直径与捆绳张力关系试验3．1试验材料与工具选择完熟的承玉18号玉米茎秆作为试验材料，试验工具包括捆绳、测力计、紧线装置、尺子、切割器等。3．2试验方法与装置图3中心茎秆A径向受力基于以上试验基本假设，不考虑茎秆切断长度和如图4所示，对其中一根茎秆

8、B和中心茎秆A进捆绳匝数等其它因素的影响，为便于分析和可重复试行受力分析:验，现将玉米秸秆剥皮只剩茎秆，再将茎秆切断成1)茎秆B受两侧捆绳张力分别记为F1、F2，则20cm。F1=F2;F1、F2的合力F=F1=F2，方向指向茎秆目前，小型圆捆打捆机的成捆直径大多为B的中心。500mm，由于试验条件的限制，现按茎秆摆成圆捆的直2)茎秆A受到茎秆B的压力F'=F，方向指向径大小的不同，从1根茎秆到圆捆直径为400mm分成茎秆A的中心。同理，其余5根茎秆对茎