林泽锋，陆静平，邓 鹏，肖 威

（广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004）

0 引言

甘蔗一般分为糖蔗、果蔗、饲料甘蔗以及能源甘蔗等几类，以糖蔗和果蔗为主，糖蔗产量占80%以上。甘蔗是蔗糖工业的主要原料，也可用于提炼乙醇而成为可替代能源。全世界有100多个国家和地区种植和出产甘蔗，其中以巴西、印度、泰国以及中国的产量最高。由于甘蔗适于生长在热带以及亚热带等地区，我国甘蔗种植主要分布于南方地区。广西、广东、云南、海南以及江西五个省（区）甘蔗种植面积占全国种植面积的96%，其中广西甘蔗种植面积约为874.8千公顷，占全国甘蔗种植面积的64%，是名副其实的甘蔗种植基地。目前甘蔗收获机械化程度仅为3%，严重阻碍甘蔗产业的发展[1-3]。根据《国务院关于加快推进农业机械化装备机械产业转型升级的指导意见》（国发[2018]42号）文件作出的指示，要求到2025年，我国甘蔗机械化收获率提高至30%。在甘蔗收获中，剥叶是最耗时的环节，也是制约甘蔗收获机械化的主要因素之一。

课题组研究的剥叶技术主要对蔗叶进行夹持与拉扯，因此对蔗叶的力学特性测试十分必要。目前学者对甘蔗茎秆的性能做过一些研究，刘庆庭等对甘蔗茎秆进行了扭转、拉伸、压缩等试验，得到茎秆的相关力学性能参数[4]。相较之下，蔗叶的力学性能却很少人关注。郑勇等对“粤糖00-236”甘蔗蔗叶进行过拉伸试验，但其选取的蔗叶试样较枯黄[5]。另外，不同品种系列的蔗叶特性有所区别。通过电子万能试验机对“桂糖44号”甘蔗蔗叶进行力学拉伸试验，得出蔗叶的抗拉强度，便于对甘蔗剥叶设备等甘蔗收获机械的设计与优化。

1 试验仪器

本次试验的仪器主要有：电子万能试验机（深圳三思纵横科技有限公司）及直尺、游标卡尺、剪刀、透明胶带、泡沫胶带等工具，相关参数见表1。

表1 电子万能试验机参数

2 试验试样

选择“桂糖44号”甘蔗品种进行实验，种植地点位于广西壮族自治区南宁市广西大学东校园甘蔗试验田。试验采用随机等距取样法选择生长良好的10株甘蔗。甘蔗剥叶中枯黄的蔗叶较为容易剥离，而青叶的去除较为困难。因此，本次试验主要针对青叶进行力学拉伸试验。在每株甘蔗的上部靠近断梢处的位置取一片完好的蔗叶作为初始试验材料，如图1所示。

图1 蔗叶示意图

甘蔗蔗叶呈细长状，长度约为1300 mm，最大宽度位于中间部位，约为40~60 mm，从靠近茎秆的一头（前部）到叶尖部位（后部），宽度先变大而后逐渐变细。因此，靠近叶尖部位的蔗叶性能和其他位置差异较大。项目组所研究的甘蔗剥叶机，对蔗叶中部的力学特性较为关注。在制作试样时选择蔗叶中部作为材料，具体的操作是以蔗叶前部和叶鞘分割位置为基准，往中部量600 mm处作为测试点，以该测试点为中心取150 mm长度的蔗叶段作为蔗叶试样材料。为了加厚试样两端使夹具夹紧和保护试样，将试样材料用剪刀剪开分成叶片和叶中脉，用泡沫胶与透明胶包住试样两端。得到的叶片拉伸试样如图2所示。

图2 蔗叶叶片拉伸试样

3 试验方法

利用电子万能试验机（型号UTM5105X）做甘蔗叶片、叶中脉的力学拉伸试验，采集数据及试验之前使用游标卡尺对试样宽度、厚度进行测量。为了保证试验的准确性，电子万能试验机的加载速度设定为5 mm/min。试验现场如图3所示。

图3 蔗叶拉伸试验

4 试验结果

4.1 蔗叶叶片抗拉强度测试结果

蔗叶叶片十个试样拉伸试验结果见表2。从表中可推出蔗叶叶片抗拉强度最大值为38.3704 MPa，最小值为19.8974 MPa，抗拉强度的平均值为26.35 MPa，标准偏差为5.87 MPa。

表2 蔗叶叶片拉伸试验数据

4.2 蔗叶叶中脉抗拉强度测试结果

十个蔗叶叶中脉拉伸试验样品的测试结果见表3。从表中可以推出蔗叶叶中脉抗拉强度最大值为51.7714 MPa，最小值为24.3357 MPa，抗拉强度的平均值为37.19 MPa，标准偏差为7.00 MPa。

表3 蔗叶叶中脉拉伸试验数据

5 结束语

本次试验对“桂糖44号”甘蔗的蔗叶进行了力学拉伸试验，求得蔗叶叶片平均抗拉强度为26.35 MPa；蔗叶中脉抗拉强度的平均值为37.19 MPa。由于叶片和叶中脉在生物特性与结构不同，导致叶片与叶中脉的抗拉强度存在差异，课题组研究的剥叶技术要求剥叶过程中必须确保拉扯蔗叶从叶鞘处脱离茎秆，而不是在蔗叶的中部被拉断，本次试验的结果可作为研究剥叶技术的理论依据，同时试样采用统计学方法随机取样，具备一定的代表性。