于鳳超，李曉英，貝桂芝，郭小立，曹鳴乾，趙曉順

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，河北 保定 071001；2.任丘市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 任丘 062550；3.任丘市石門橋鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，河北 任丘 062550；4.任丘市益澤機械制造有限公司，河北 任丘 062550）

甜葉菊是我國引進(jìn)的一種新型甜料作物，在我國種植已有30多年歷史。從甜葉菊中提取的甜菊糖具有甜度高、熱量低的特點，深受消費者喜愛，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)療等領(lǐng)域[1-3]。我國甜葉菊產(chǎn)量巨大，2018年，我國甜菊種植面積達(dá)到1.81×104hm2[4-5]。雖然我國的甜葉菊需求量及產(chǎn)量巨大，但甜葉菊種植機械化水平很低。

甜葉菊主要采用前期育苗，后期對秧苗進(jìn)行移栽的種植模式，甜葉菊秧苗狀態(tài)可分為缽苗和裸苗兩種。目前，裸苗種植是甜葉菊種植的主要方式，裸苗種植對甜葉菊秧苗的苗齡和苗高有著嚴(yán)格要求[6-7]；由于裸苗種植過程中甜葉菊秧苗與機械或者操作人員直接接觸，拉伸破壞為秧苗主要傷苗形式。甜葉菊莖稈的拉伸力學(xué)特性是影響甜葉菊機械化作業(yè)的重要因素之一[8-10]。本文分別對甜葉菊秧苗莖稈的上部和下部進(jìn)行了拉伸試驗，測定了秧苗莖稈遭到破壞時受到的最大拉力、抗拉強度和最大變形等參數(shù)，試驗結(jié)果可為甜葉菊所需的移栽機構(gòu)、取苗機構(gòu)、喂苗機構(gòu)等結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化提供參考和理論依據(jù)，對實現(xiàn)甜葉菊機械化種植，促進(jìn)甜葉菊產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

1 甜葉菊秧苗力學(xué)特性研究

1.1 試驗材料與工具

本試驗以甜葉菊譜星六號為研究對象。所用樣本選用無病無損傷的健康秧苗。首先，對甜葉菊秧苗的密度與含水率進(jìn)行了測量，測得密度為0.649 g/cm3，含水率為82.51%。

試驗儀器采用上海衡翼精密儀器有限公司生產(chǎn)的HY-0580型電子萬能材料試驗機，見圖1。由電腦進(jìn)行控制，額定負(fù)荷5 kN。在試驗運行過程中，電腦可以實時動態(tài)顯示加載力大小和甜葉菊秧苗莖稈變形量曲線，并可以實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的采集與保存。除萬能試驗機外，此試驗還需直尺、游標(biāo)卡尺、剪刀等工具。

圖1 HY-0580型電子萬能材料試驗機Fig.1 The HY-0580 electronic universal material testing machine

1.2 試驗方法

本次試驗在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)力學(xué)性能實驗室進(jìn)行。用直尺測量甜葉菊秧苗長度，如圖2（a）所示。將甜葉菊秧苗的中點作為分界點，并用剪刀將甜葉菊秧苗分為上部下部兩部分，其中靠近根部的為下部，如圖2（b）所示。進(jìn)行拉伸試驗時，將秧苗莖稈上下兩端固定于夾具上，探頭加載速度設(shè)定為10 mm/min，運行萬能材料試驗機，試驗結(jié)束后記錄數(shù)據(jù)，共進(jìn)行10組試驗。

圖2 甜葉菊秧苗Fig.2 The stevia seedlings

1.3 試驗結(jié)果

依據(jù)10組甜葉菊秧苗拉伸試驗，試驗結(jié)果如表1所示。由表可得甜葉菊秧苗的甜葉菊秧苗下、上兩部分的平均抗拉強度分別為11.77 MPa和3.14 MPa。

表1 試驗結(jié)果Tab.1 The test results

2 結(jié)論

甜葉菊秧苗莖稈的的拉伸力學(xué)性質(zhì)對機械作業(yè)具有重要的影響。其抗拉強度力學(xué)性能指標(biāo)在很大程度上決定了甜葉菊機械作業(yè)的傷苗情況。

抗拉強度的計算公式為：

式中：σ——抗拉強度，MPa；Fb——試樣拉斷時所承受的最大力，N；S0——試樣原始橫截面積，mm2。

甜葉菊秧苗下部在遭到破壞時受到最大力、抗拉強度、最大變形量和最大力伸長率都要大于秧苗上部。甜葉菊秧苗莖稈上部莖稈較嫩，莖稈直徑更細(xì)，相較于下部，更容易發(fā)生拉伸破壞，甜葉菊秧苗莖稈下部更靠近根部，莖稈更成熟，更不容易發(fā)生拉伸破壞。在甜葉菊種植作業(yè)及其實驗過程中，操作人員應(yīng)該盡量手持甜葉菊秧苗下部，以免對秧苗造成損傷。甜葉菊種植機械的設(shè)計與優(yōu)化過程中，應(yīng)該盡量避免甜葉菊秧苗上部與機構(gòu)的接觸。