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1、劍麻切割應力力學性能張琪琪，賴文玉，王濤（海南大學機電工程學院，?？冢担罚埃保埃埃┱阂猿墒斓摹⑸L狀況相似的劍麻（ＡｇａｖｅｓｉｓａｌａｎａＰｅｒｒ．ｅｘＥｎｇｅｌｍ．）葉片為研究對象，利用ＷＤ－２００Ｂ微機控制電子萬能試驗機，采用單因素試驗法測得不同影響因素下最大切割應力，并分析了切割速度、切割部位、切割葉面、切割方式、切割角度、含水率對切割應力的影響。結果表明，切割劍麻主要影響因素有切割角度、切割方式以及切割葉面部位。在１００ｍｍ/ｍｉｎ速度下切割收集的劍麻根部的側面部位，側切較正切和背切的剪切應力小為０．５２１ＭＰａ；在２５０ｍｍ/ｍｉｎ速度下取不同含水率最高時應力最小為０．４７６
2、ＭＰａ；取側面部位削切的角度為３０°～４５°區(qū)間內，應力區(qū)間為０．３３０～０．３５２ＭＰａ。該結果為劍麻的收割機械研制時切割位置、切割時間、切割器及刀具的設計、電動機功率的選取等方面提供數(shù)據(jù)支持。..關鍵詞：劍麻（ＡｇａｖｅｓｉｓａｌａｎａＰｅｒｒ．ｅｘＥｎｇｅｌｍ．）；切割應力；力學性能中圖分類號：Ｓ２２５文獻標識碼：A：0439－８114（２０15）16－4044-05DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.2015.16.055收稿日期：２０１５－０５－２８基金項目：中西部高校提升綜合實力工作資金項目簡介：張琪琪（１９９４－），男，山西晉城人，在讀本科生，研究方
3、向為機械設計制造及自動化，（）１８６８９７８０４１２（電子信箱）２８７７１２６９９＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信，王濤（１９８０－），男，副教授，碩士，主要從事機電液系統(tǒng)設計與測試研究，（）１３９７６１２２１６０（電子信箱）ｇｘｄｘｙｊｓ＠１６３．ｃｏｍ。劍麻（ＡｇａｖｅｓｉｓａｌａｎａＰｅｒｒ．ｅｘＥｎｇｅｌｍ．）是極具特色的熱帶經濟作物，隸屬于龍舌蘭科，原產地是墨西哥尤卡坦半島，現(xiàn)主要種植于南美洲、非洲、亞洲等地。劍麻在中國的面積和產量分別處于世界第５位和第２位，單位面積產量也是世界平均水平的４倍以上，居世界第1位［１］。目前，我國劍麻加工原材料需求量大，每年進口的數(shù)量仍呈現(xiàn)增加趨勢。劍麻莖粗而短
4、，葉片無葉柄，硬而狹長，呈放射狀展開，且葉片強度較大，因此劍麻葉片的收割十分困難。而國內的劍麻生產機械化和自動化水平很低，基本上仍是由人工完成的，收割勞動強度大，勞動成本高，越來越難找到割葉操作工人是劍麻產業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此實現(xiàn)機械化收割劍麻葉片是當前急需解決的技術難題［２，３］。切割劍麻的切割器及其刀片的研制就成為機械收割劍麻的關鍵，劍麻切割力學特性研究對切割器及刀片的設計研制極為重要。國內外學者對于農作物的秸稈進行了大量的力學性能研究，高欣［４］對不同種類、不同節(jié)間、不同加載速度的玉米秸稈進行了拉伸、彎曲、剪切的力學試驗；潘紅瑋等［５］研究了不同預處理后劍麻纖維的性能特點；張西良等［６］
5、對黃瓜藤秸稈力學特性進行了研究；Ｈｏｌｔ等［７］研究了農業(yè)纖維棉力學性能。然而，國內外關于劍麻的力學性能研究較少，本研究對劍麻的力學性能進行深入分析與討論，利用單因素試驗分析了劍麻的力學性能和理化性能指標的相關性，為相關配套收割機械的切割器、切割刀片、動力裝置的功率匹配等設計研制提供可靠的參考，為進一步設計劍麻收割機械等相關的農業(yè)機械設備提供充足的理論數(shù)據(jù)支持。１材料與方法１．１材料與儀器１．１．１材料供試材料為生長狀況相似、成熟適宜收割的劍麻葉片，于２０１４年５月購于海南省，置于自然通風條件下保存。１．１．２主要儀器ＷＤ－２００Ｂ電子萬能試驗機（廣州試驗儀器廠）：自制刀片厚度為２．３２ｍｍ
6、，且兩側表面均光滑。１）自制一號夾具如圖１所示，以１００ｍｍ×２５ｍｍ的金屬板為底板，其上有圓心距相等的4對圓孔。一號夾具用于正面切割時速度影響、側面切割時速度的影響、背面切割時速度影響試驗以及含水率影響的試驗研究。該裝置厚度１２ｍｍ，材料為Ｑ２３５鋼，夾持力大，避免加載力時試樣兩端上翹向下滑移；孔圓心連線的距離為４０ｍｍ，較小的距離避免加載力時試樣出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象影響最大剪切力的準確性。自制一號夾具使用步驟如下所示：①用支撐螺桿４連接上夾板２和下夾板５，將切割好的劍麻試樣放置于兩夾板的中間，再通過旋轉螺母調節(jié)夾板的間距和高度，接著旋轉壓緊螺桿固定好劍麻的一邊；②用同樣的方法固定劍麻的另一邊。２
7、）自制二號夾具如圖２所示，以２６０ｍｍ×１２０ｍｍ×５０ｍｍ的金屬臺為夾具底座，其上表面設有３對圓心距相同的圓孔。以一對鉸支座連接底座和夾具主板，主板的另一端用一對鉸支座連接副板，副板上有一對與底座圓心距相同的圓孔。主板上設有兩對圓孔和寬為４０ｍｍ的相互垂直兩個矩形空心面。圓孔用于固定劍麻防止其兩端上翹和向下滑移；平行于兩個鉸支座連線的空心面用于正面削切和背面的削切時角度的影響試驗研究；垂直于兩個鉸支座連線的
