新型仿生玉米摘穗装置采用弯曲折断式原理进行摘穗显示了它的优势,摘穗率可达到80%以上。但是在摘穗过程中也有部分出现夹持输送带夹不住秸秆或秸秆断裂的现象,针对这一情况,为了优化摘穗辊的形状和尺寸、夹持输送带间距,本文需要针对秸秆和玉米穗的物理性质进行研究。由于夹持输送带对秸秆的夹持作用发生在秸秆的穗上部分,所以本文还需要对秸秆穗上部分的力学性质进行研究,包括拉伸断裂力和弯曲断裂力。本文基于新型仿生玉米摘穗装置,在综述了玉米秸秆力学性质国内外研究现状以及摘穗装置研究现状的基础上,以柳单301号玉米秸秆为研究对象,研究了玉米秸秆的物理特性和力学特性。使用WDW-20微机控制电子式万能试验机分别进行了秸秆拉伸试验、玉米穗拉伸试验、玉米穗弯曲试验、玉米穗反向拉伸试验和穗柄拉伸试验。本文的主要工作内容和结论如下:(1)设计了一套多功能玉米秸秆夹具,包括上夹具和下夹具部分,可以与万能拉压试验机相配套,能够进行茎秆拉伸试验、玉米穗拉伸试验、玉米穗弯曲试验、玉米穗反向拉伸试验、穗柄拉伸试验。(2)对柳单301号玉米秸秆的物理特性进行了测定与分析。测量了茎秆的节间长度与节间直径;将玉米穗划分为四段,其直径从下往上依次划分为左2直径、左1直径、中直径、右1直径、右2直径,分别对它们进行了测量,另外还对玉米穗穗长进行了测量;测定了玉米穗与秸秆间的夹角,结果表明穗杆夹角分布在30°左右;测定了玉米穗的结穗位置,结果表明玉米穗结穗位置主要分布在第6节和第7节。用统计学软件SPSS对这些形态参数进行了正态分析,结果表明这些参数均呈正态分布。(3)对柳单301号玉米秸秆的力学特性进行了测定与分析。试验过程中,试验力随着位移的增大而增大,试验力—位移曲线可近似看成线性直线,当发生断裂时,试验力达到峰值后瞬间减小到零,完成试验。峰值即为破坏力,峰值所对应的位移即为破坏位移,对试验力—位移曲线进行拟合,拟合曲线的斜率即为刚度系数。研究结果表明:当秸秆平均含水率为74.3%时,第1节至第7节的平均拉伸断裂力的范围为300-700N,玉米穗平均拉伸断裂力为456.43N,玉米穗平均弯曲断裂力为69.34N,玉米穗平均反向拉伸断裂力为181.51N,穗柄平均拉伸断裂力为515.23N。当秸秆平均含水率为16.3%时,第1节至第7节的平均拉伸断裂力的范围为150-500N,玉米穗平均拉伸断裂力为241.06N,玉米穗平均弯曲断裂力为34.71N,玉米穗平均反向拉伸断裂力为110.59N,穗柄平均拉伸断裂力为308.12N。(4)使用SPSS软件对破坏力、破坏位移、刚度系数进行单因素方差分析,方差分析的结果表明秸秆平均含水率和节的位置都对破坏力、破坏位移、刚度系数有极显著影响。秸秆平均含水率对玉米穗拉伸断裂力、玉米穗弯曲断裂力、玉米穗反向拉伸断裂力和穗柄拉伸断裂力都有极显著影响。分析了穗柄含水率和穗柄直径对抗拉载荷的影响,结果表明,抗拉载荷随着穗柄含水率的增大而近似成线性增大,也随着穗柄直径的增大而近似成线性增大。(5)比较分析了玉米穗拉伸力和玉米穗弯曲力的大小、茎秆拉伸力和玉米穗弯曲力的大小、茎秆拉伸力和玉米穗反向拉伸力的大小,得出的结论是满足摘穗条件下夹持输送带可以夹持穗上部分秸秆的位置有第2节、第3节、第4节、第5节。