新疆农业科学 ›› 2024, Vol. 61 ›› Issue (11): 2797-2806.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2024.11.021
刘晨阳, 张立萍(
), 郑威强, 罗豪威
收稿日期:2024-04-28
出版日期:2024-11-20
发布日期:2025-01-08
通信作者:
张立萍( 1980-),女,新疆人,副教授,博士,研究方向为智慧农业装备,(E-mail)1642685246@qq.com作者简介:刘晨阳( 1998-),男,河南周口人,硕士研究生,研究方向为智慧农业装备,(E-mail)1747244232@qq.com
基金资助:
LIU Chenyang, ZHANG Liping(), ZHENG Weiqiang, LUO Haowei
Received:2024-04-28
Published:2024-11-20
Online:2025-01-08
Supported by:摘要：
【目的】研究不同含水率对罗布麻力学特性以及剥麻效果的影响,分析罗布麻茎秆基本力学参数及不同含水率时力学参数的变化,并选取适合剥麻和除杂的含水率,为提高机械剥麻过程中的麻皮质量、降低除杂难度提供有效参数支持。【方法】以新疆尉犁县所产的罗布麻茎秆作为试验对象,设计罗布麻的茎秆、木质部和韧皮部进行力学特性试验,分别对比含水率为19.31%、38.52%和54.68%的罗布麻茎秆进行拉伸、压缩和弯曲试验,测得力学参数,分别进行剥麻试验,分析剥麻效果。【结果】一般待加工罗布麻含水率为6.86%,其罗布麻茎秆韧皮部的最大抗拉载荷为72.00 N;罗布麻茎秆和木质部的拉伸弹性模量分别为389.38、348.07 MPa,抗压强度分别为1.10、1.27 MPa,抗弯强度为65.75、60.12N。不同含水率的罗布麻力学特性呈一定的规律性。【结论】获得了不同含水率的罗布麻力学参数,对比剥麻试验,综合剥麻效果和除杂效果,含水率在38.52%左右的罗布麻茎秆剥麻效果较好。
中图分类号:
刘晨阳, 张立萍, 郑威强, 罗豪威. 不同含水率对罗布麻力学特性及剥麻效果的影响[J]. 新疆农业科学, 2024, 61(11): 2797-2806.
LIU Chenyang, ZHANG Liping, ZHENG Weiqiang, LUO Haowei. Effects of different moisture contents on the mechanical properties and peeling effect of Apocynum venetum[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2024, 61(11): 2797-2806.
图1 罗布麻茎秆的横截面
Fig.1 Cross section of Apocynum venetum stem
图2 电子万能生物材料试验机
Fig.2 Electronic universal biomaterial testing machine
图3 电热鼓风干燥箱
Fig.3 Electric blast drying oven
图4 韧皮部试样及拉伸试验
Fig.4 Phloem sample and tensile test
图5 压缩试验
Fig.5 Compression test
图6 弯曲试验
Fig.6 Bending test
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗拉强度 Tensile strength (MPa) | 弹性模量 Elastic modulus (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
茎秆 Stem 木质部 Xylem | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 109 118 112 119 111 114 106 116 108 117 | 5.72 5.26 5.16 5.16 5.24 4.82 4.72 5.56 5.34 5.16 | 790.692 836.537 669.733 786.844 611.505 327.943 362.005 535.322 494.798 432.825 | 30.77 38.50 32.03 37.63 28.36 17.97 20.69 22.05 22.09 20.70 | 248.63 380.81 380.84 444.75 491.85 292.08 466.18 284.47 313.20 384.44 |
表1 罗布麻茎秆和木质部拉伸试验
Tab.1 Tensile testing on stem and Xylem of apocynum venetum
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗拉强度 Tensile strength (MPa) | 弹性模量 Elastic modulus (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
茎秆 Stem 木质部 Xylem | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 109 118 112 119 111 114 106 116 108 117 | 5.72 5.26 5.16 5.16 5.24 4.82 4.72 5.56 5.34 5.16 | 790.692 836.537 669.733 786.844 611.505 327.943 362.005 535.322 494.798 432.825 | 30.77 38.50 32.03 37.63 28.36 17.97 20.69 22.05 22.09 20.70 | 248.63 380.81 380.84 444.75 491.85 292.08 466.18 284.47 313.20 384.44 |
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 宽度 Width (mm) | 最大载荷 Maximum load(N) |
|---|---|---|---|---|
韧皮部 Phloem | 1 2 3 4 5 | 62 53 59 46 51 | 2.76 2.42 3.78 2.24 3.18 | 72.926 54.692 103.357 66.941 62.097 |
表2 罗布麻韧皮部拉伸试验
Tab.2 Tensile testing of apocynum venetum
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 宽度 Width (mm) | 最大载荷 Maximum load(N) |
|---|---|---|---|---|
韧皮部 Phloem | 1 2 3 4 5 | 62 53 59 46 51 | 2.76 2.42 3.78 2.24 3.18 | 72.926 54.692 103.357 66.941 62.097 |
图7 拉伸载荷-位移曲线
Fig.7 Tensile load displacement curve
图8 不同含水率弹性模量对比
Fig.8 Comparison chart of elastic modulus with different water content
| 含水率 Moisture content (%) | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗拉强度 Tensile strength (MPa) | 弹性模量 Elastic modulus (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6.86 19.31 38.52 54.68 | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 109 118 112 113 117 110 108 116 119 115 111 109 110 111 115 117 112 111 110 110 | 5.72 5.26 5.16 4.22 6.24 5.34 5.72 5.02 6.02 5.04 5.24 5.52 5.16 4.78 5.28 4.66 6.14 6.22 6.48 5.62 | 790.692 836.537 669.733 596.953 754.608 737.367 792.541 695.367 869.581 836.872 620.072 1057.814 565.038 990.333 977.835 664.993 990.510 891.851 834.410 734.994 | 30.77 38.50 32.03 42.68 24.68 32.92 30.84 35.13 30.55 41.95 28.75 44.20 27.02 55.19 44.66 38.99 33.45 29.35 25.30 29.63 | 248.63 380.81 380.84 500.88 172.65 583.46 496.27 423.83 534.59 402.25 491.85 442.42 591.04 859.10 577.48 515.98 384.02 222.34 183.97 365.57 |
表3 不同含水率时茎秆拉伸试验
Tab.3 Stem Tensile testing under different moisture content
| 含水率 Moisture content (%) | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗拉强度 Tensile strength (MPa) | 弹性模量 Elastic modulus (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6.86 19.31 38.52 54.68 | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 109 118 112 113 117 110 108 116 119 115 111 109 110 111 115 117 112 111 110 110 | 5.72 5.26 5.16 4.22 6.24 5.34 5.72 5.02 6.02 5.04 5.24 5.52 5.16 4.78 5.28 4.66 6.14 6.22 6.48 5.62 | 790.692 836.537 669.733 596.953 754.608 737.367 792.541 695.367 869.581 836.872 620.072 1057.814 565.038 990.333 977.835 664.993 990.510 891.851 834.410 734.994 | 30.77 38.50 32.03 42.68 24.68 32.92 30.84 35.13 30.55 41.95 28.75 44.20 27.02 55.19 44.66 38.99 33.45 29.35 25.30 29.63 | 248.63 380.81 380.84 500.88 172.65 583.46 496.27 423.83 534.59 402.25 491.85 442.42 591.04 859.10 577.48 515.98 384.02 222.34 183.97 365.57 |
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗压强度 Compressive strength (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
茎秆 Stem 木质部 Xylem | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 64 60 60 59 61 62 58 61 58 62 | 5.76 5.46 5.24 6.48 5.18 6.48 5.18 5.24 6.12 6.18 | 2.52 2.02 1.60 2.92 1.90 2.86 1.60 1.64 2.00 2.14 | 306.710 190.737 113.197 398.260 124.833 201.234 170.344 479.085 191.151 430.435 | 1.48 0.91 0.52 1.95 0.62 0.88 0.82 2.17 0.80 1.68 |
表4 罗布麻茎秆和木质部压缩试验
Tab.4 Compression test of stem and Xylem of apocynum venetum
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗压强度 Compressive strength (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
茎秆 Stem 木质部 Xylem | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 64 60 60 59 61 62 58 61 58 62 | 5.76 5.46 5.24 6.48 5.18 6.48 5.18 5.24 6.12 6.18 | 2.52 2.02 1.60 2.92 1.90 2.86 1.60 1.64 2.00 2.14 | 306.710 190.737 113.197 398.260 124.833 201.234 170.344 479.085 191.151 430.435 | 1.48 0.91 0.52 1.95 0.62 0.88 0.82 2.17 0.80 1.68 |
| 含水率 Moisture content (%) | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗压强度 Compressive strength(MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6.86 19.31 38.52 54.68 | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 64 60 60 59 61 59 60 60 60 63 62 59 60 59 62 60 61 60 61 59 | 5.76 5.46 5.24 6.48 5.18 6.36 5.48 5.82 5.78 5.12 5.26 4.42 6.08 6.32 5.18 5.48 5.24 5.42 6.18 5.48 | 2.52 2.02 1.60 2.92 1.90 2.60 2.14 2.18 2.20 1.98 1.94 1.96 2.80 2.52 1.96 1.98 1.58 2.04 2.58 2.16 | 306.710 190.737 113.197 398.260 124.833 317.433 206.287 217.647 221.694 184.176 152.790 166.500 382.903 283.043 144.770 115.715 97.259 152.376 225.315 153.112 | 1.48 0.91 0.52 1.95 0.62 1.67 1.04 1.05 1.08 0.96 0.66 0.79 1.91 1.42 0.62 0.49 0.47 0.65 1.07 0.68 |
表5 不同含水率时茎秆压缩试验
Tab.5 Stem compression test at different moisture contents
| 含水率 Moisture content (%) | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗压强度 Compressive strength(MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6.86 19.31 38.52 54.68 | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 64 60 60 59 61 59 60 60 60 63 62 59 60 59 62 60 61 60 61 59 | 5.76 5.46 5.24 6.48 5.18 6.36 5.48 5.82 5.78 5.12 5.26 4.42 6.08 6.32 5.18 5.48 5.24 5.42 6.18 5.48 | 2.52 2.02 1.60 2.92 1.90 2.60 2.14 2.18 2.20 1.98 1.94 1.96 2.80 2.52 1.96 1.98 1.58 2.04 2.58 2.16 | 306.710 190.737 113.197 398.260 124.833 317.433 206.287 217.647 221.694 184.176 152.790 166.500 382.903 283.043 144.770 115.715 97.259 152.376 225.315 153.112 | 1.48 0.91 0.52 1.95 0.62 1.67 1.04 1.05 1.08 0.96 0.66 0.79 1.91 1.42 0.62 0.49 0.47 0.65 1.07 0.68 |
图9 压缩载荷-位移曲线
Fig.9 Compression load displacement curve
图10 不同含水率抗压强度对比
Fig.10 Comparison chart of compressive strength with different moisture content
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length(mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗弯强度 Bending strength (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
茎秆 Stem 木质部 Xylem | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 79 81 79 79 81 80 81 82 82 81 | 5.28 5.68 4.48 6.54 5.18 4.76 6.12 5.22 5.72 5.62 | 1.84 2.40 1.72 2.94 2.02 1.60 2.76 1.98 2.20 2.46 | 80.680 75.271 40.734 75.509 57.894 50.992 49.169 60.121 74.618 72.774 | 85.00 64.83 70.75 43.00 65.15 73.17 34.19 65.95 62.28 65.03 |
表6 罗布麻茎秆和木质部弯曲试验
Tab.6 Bending test of stem and Xylem of apocynum venetum
| 部位 Position | 序号 Serial number | 长度 Length(mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗弯强度 Bending strength (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
茎秆 Stem 木质部 Xylem | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 79 81 79 79 81 80 81 82 82 81 | 5.28 5.68 4.48 6.54 5.18 4.76 6.12 5.22 5.72 5.62 | 1.84 2.40 1.72 2.94 2.02 1.60 2.76 1.98 2.20 2.46 | 80.680 75.271 40.734 75.509 57.894 50.992 49.169 60.121 74.618 72.774 | 85.00 64.83 70.75 43.00 65.15 73.17 34.19 65.95 62.28 65.03 |
图11 弯曲载荷-位移曲线
Fig.11 Bending load displacement curve
| 含水率 Moisture content (%) | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside Diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗弯强度 Bending strength (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6.86 19.31 38.52 54.68 | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 79 81 79 79 81 79 80 80 81 80 79 80 81 79 80 80 79 80 80 78 | 5.28 5.68 4.48 6.54 5.18 5.32 5.12 5.56 5.38 5.28 5.18 5.14 5.56 5.16 5.74 4.82 5.16 5.44 5.56 5.18 | 1.84 2.40 1.72 2.94 2.02 1.88 1.92 2.36 1.98 1.98 1.92 1.94 2.42 2.00 2.48 1.82 1.98 2.02 2.38 1.98 | 80.680 75.271 40.734 75.509 57.894 52.674 48.590 58.743 42.665 38.528 47.179 12.082 36.661 25.968 30.351 15.719 28.921 21.626 24.216 22.154 | 85.00 64.83 70.75 43.00 65.15 51.24 41.86 37.54 48.11 59.13 52.34 13.85 32.95 29.24 24.82 21.76 32.54 20.85 21.73 24.59 |
表7 不同含水率下茎秆弯曲变化
Tab.7 Stem bending test at different moisture contents
| 含水率 Moisture content (%) | 序号 Serial number | 长度 Length (mm) | 外径 Outside diameter (mm) | 内径 Inside Diameter (mm) | 最大载荷 Maximum load (N) | 抗弯强度 Bending strength (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6.86 19.31 38.52 54.68 | 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 | 79 81 79 79 81 79 80 80 81 80 79 80 81 79 80 80 79 80 80 78 | 5.28 5.68 4.48 6.54 5.18 5.32 5.12 5.56 5.38 5.28 5.18 5.14 5.56 5.16 5.74 4.82 5.16 5.44 5.56 5.18 | 1.84 2.40 1.72 2.94 2.02 1.88 1.92 2.36 1.98 1.98 1.92 1.94 2.42 2.00 2.48 1.82 1.98 2.02 2.38 1.98 | 80.680 75.271 40.734 75.509 57.894 52.674 48.590 58.743 42.665 38.528 47.179 12.082 36.661 25.968 30.351 15.719 28.921 21.626 24.216 22.154 | 85.00 64.83 70.75 43.00 65.15 51.24 41.86 37.54 48.11 59.13 52.34 13.85 32.95 29.24 24.82 21.76 32.54 20.85 21.73 24.59 |
图12 不同含水率下抗弯强度对比
Fig.12 Comparison Chart of Bending Strength with Different Moisture Content
图13 不同含水率罗布麻剥麻效果
Fig.13 Effect Chart of Different Moisture Content Apocynum venetum Peeling
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