胡蘿卜物理力學(xué)特性的試驗(yàn)研究

李凱鋒，楊炳南，楊德秋，李建東，楊　薇，尚書旗，劉金鎖

(1.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京　100083；2.中機(jī)美諾科技股份有限公司，北京　100083；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島　266109)

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胡蘿卜物理力學(xué)特性的試驗(yàn)研究

李凱鋒1，楊炳南1，楊德秋2，李建東2，楊薇2，尚書旗3，劉金鎖2

(1.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京100083；2.中機(jī)美諾科技股份有限公司，北京100083；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島266109)

摘要：為掌握胡蘿卜機(jī)械化收獲中的設(shè)計(jì)參數(shù)與物理特性參數(shù)之間的關(guān)系，為今后研制胡蘿卜聯(lián)合收獲機(jī)關(guān)鍵裝備提供基礎(chǔ)理論依據(jù)，通過田間試驗(yàn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)胡蘿卜物理特性指標(biāo)進(jìn)行深入研究。研究包括胡蘿卜植株總長度、根部長度、莖葉長度、根部質(zhì)量、根部最大直徑、根部最小直徑、莖葉根數(shù)、根部表面積及根部體積等參數(shù)。同時(shí)，利用回歸分析的方法，研究了胡蘿卜拔取力與各物理參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系，為合理設(shè)計(jì)收獲工藝方案提供理論參考。

關(guān)鍵詞：胡蘿卜；物理特性；力學(xué)特性；統(tǒng)計(jì)分析；回歸分析

0引言

胡蘿卜的物理學(xué)基本特性是其機(jī)械化收獲設(shè)備設(shè)計(jì)和研究的基本依據(jù)，是使所研究的設(shè)備、制定的工藝規(guī)程達(dá)到最大工作效率和最優(yōu)質(zhì)量的基礎(chǔ)。近些年，科學(xué)家們更側(cè)重于胡蘿卜的品種特性、營養(yǎng)成分和深加工品質(zhì)的研究[1]：如新疆喀什地區(qū)園藝蠶桑特產(chǎn)技術(shù)推廣中心羅國亮在胡蘿卜品種及栽培模式對(duì)比試驗(yàn)初報(bào)中研究了不同品種胡蘿卜栽培模式、產(chǎn)量和外觀品質(zhì)[3]；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所莊飛云在中國地方胡蘿卜品種資源的核心樣品構(gòu)建中研究了3個(gè)核心種質(zhì)營養(yǎng)成分的差異且構(gòu)建了核心樣品的適宜比例[4]；河南科技大學(xué)樊金玲在機(jī)械加工方式及油脂對(duì)胡蘿卜中β-胡蘿卜素生物接近度的影響中研究了不同機(jī)械加工方式和不同油脂濃度處理胡蘿卜對(duì)β-胡蘿卜素的影響[5]。2012年，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)韓鳳對(duì)東北胡蘿卜物理力學(xué)特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了適用于特定農(nóng)藝要求的懸掛式雙行拔取式胡蘿卜收獲機(jī)。這些研究成果都不足以為自走式胡蘿卜聯(lián)合收獲機(jī)的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

為此，以河北省沽源縣胡蘿卜種植地為試驗(yàn)點(diǎn)，采用隨機(jī)性原則、分類原則和對(duì)角線原則，對(duì)胡蘿卜的物理性能指標(biāo)進(jìn)行了田間試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析[1]。同時(shí)，采用回歸分析的方法對(duì)胡蘿卜植株的拔起力和某些特征理化指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，為合理設(shè)計(jì)收獲工藝方案提供可靠的參考，并反映了性能指標(biāo)參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)自走式胡蘿卜聯(lián)合收獲機(jī)提供可靠的基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1試驗(yàn)設(shè)備、材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)備

1)彈簧拉力計(jì)(量程50kg，精度0.1kg)用于測(cè)量胡蘿卜收獲時(shí)自然狀態(tài)下的拔取力、松土以后的拔取力。

2)游標(biāo)卡尺(寶工PD-153；量程150mm，精度0.02mm)用于測(cè)量胡蘿卜塊根和莖葉處直徑。

3)卷尺(量程3m，精度1mm)用于測(cè)量胡蘿卜根部長度、植株高度、種植行距及株距。

4)電子天平(上海三峰ACS-D21；量程6kg，精度0.2kg)用于測(cè)量胡蘿卜各部分質(zhì)量。

5)鼓風(fēng)干燥箱(上海圣科GHG-9033BS)用于測(cè)量土壤含水率。

6)土壤硬度計(jì)(TYD-2；最大負(fù)荷50kg，測(cè)量深度450mm，精度0.5%)用于測(cè)量土壤堅(jiān)實(shí)度。

7)微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)(WDW-200；最大試驗(yàn)力2 000N)用于測(cè)量胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度。

1.2試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為成熟的胡蘿卜植株，品種為幕田珠紅和孟德爾，2014年9月21-23日在河北省沽源縣二道渠鄉(xiāng)進(jìn)行了胡蘿卜物理特性試驗(yàn)。二道渠鄉(xiāng)胡蘿卜種植模式為一壟雙行，行距20cm、株距6.5cm、壟距60cm、壟高8cm，3壟1道溝，3壟壟距寬度200cm。

2014年9月24日，在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了胡蘿卜抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)試了幕田珠紅和孟德爾兩個(gè)品種的胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度，分別選兩個(gè)品種的30個(gè)樣本，使用采用量程在0～200kg的微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)拉伸速度為15mm/min，拉伸的位置在距離胡蘿卜莖稈底部18～22cm處。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地沽源縣北靠?jī)?nèi)蒙，東依承德、南臨北京、西接大同，是內(nèi)蒙古高原向華北平原過渡的地帶。其境內(nèi)山脈起伏連綿，屬陰山余脈，全縣平均海拔1 536m；大旱氣候多，風(fēng)沙大，氣候?qū)贉貛Т箨懶圆菰瓪夂?；年平均氣?.6℃，年日照時(shí)數(shù)最長3 246h，最短2 616h，年降水量426mm，無霜期日數(shù)117天。

采用隨機(jī)性原則，選取二道渠鄉(xiāng)胡蘿卜種植基地的3個(gè)不同地塊為試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)地塊的植株選取采用分類原則，在地頭、田間、地邊；田間取樣采用對(duì)角線原則，隨機(jī)抽取30個(gè)樣本，得出30個(gè)獨(dú)立樣本的觀測(cè)值，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3.1土壤物理特性指標(biāo)測(cè)定

選取土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤含水率等參數(shù)為土壤物理特性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

土壤堅(jiān)實(shí)度可用實(shí)驗(yàn)儀器直接測(cè)量；土壤含水率參照標(biāo)準(zhǔn)NY/T52-1987土壤水分測(cè)定法測(cè)得，由式(1)計(jì)算[6]。兩項(xiàng)指標(biāo)均隨機(jī)采樣10處，以其均值為測(cè)量結(jié)果，則有

(1)

式中δ—土壤含水率；

m0—烘干空鋁盒質(zhì)量(g)；

m1—烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量(g)；

m2—烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量(g)。

1.3.2胡蘿卜物理幾何特性指標(biāo)

參照胡蘿卜物料學(xué)特性及胡蘿卜收獲機(jī)各關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)要求，選取胡蘿卜植株總長度、根部長度、莖葉長度、根部質(zhì)量、根部最大直徑、根部最小直徑、莖葉根數(shù)、根部表面積及根部體積等參數(shù)作為其幾何特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別測(cè)量每個(gè)隨機(jī)樣本的幾何值，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析其變化區(qū)間及分布規(guī)律。[2]

1)植株總長度：株高為胡蘿卜根部底端至莖葉頂端的總長度，測(cè)量其長度作為設(shè)計(jì)水平齊高擋板間隙的參考。

2)根部長度：測(cè)量胡蘿卜根部的長度，并為設(shè)計(jì)挖掘鏟及計(jì)算根部表面積、體積提供數(shù)據(jù)。

3)莖葉自然狀態(tài)下的高度：測(cè)量胡蘿卜莖葉自然狀態(tài)下的高度，為研究拔取夾持裝置距夾持位置提供依據(jù)。

4)根部質(zhì)量：測(cè)量單根胡蘿卜的質(zhì)量，為研究拔取力與胡蘿卜質(zhì)量的關(guān)系提供依據(jù)。

5)根部最大直徑：測(cè)量胡蘿卜根部最大有效直徑，為計(jì)算根部表面積、體積提供數(shù)據(jù)。

6)根部最小直徑：測(cè)量胡蘿卜根部最小有效直徑，為計(jì)算根部表面積、體積提供數(shù)據(jù)。

7)莖葉根數(shù)：觀測(cè)胡蘿卜秧葉根數(shù)，為研究胡蘿卜莖葉及單根抗拉強(qiáng)度提供數(shù)據(jù)。

8)根部表面積：計(jì)算胡蘿卜根部表面積，為研究拔取力與胡蘿卜表面積的關(guān)系提供依據(jù)。

8)根部體積：計(jì)算胡蘿卜胡蘿卜根部體積，為研究拔取力與胡蘿卜體積的關(guān)系提供依據(jù)。其簡(jiǎn)化模型如圖1所示。

圖1　胡蘿卜簡(jiǎn)化幾何模型

結(jié)合農(nóng)業(yè)物料學(xué)理論，可將胡蘿卜幾何特征抽象成如圖1所示圓錐體，其體積和表面積可分別用下式表達(dá)，即

(2)

(3)

式中S—胡蘿卜根部表面積(mm2)；

V—胡蘿卜根部體積(mm3)；

L—胡蘿卜根部長度(mm)；

D—胡蘿卜根部最大直徑(mm)；

d—胡蘿卜根部最小直徑(mm)。

1.3.3胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度的測(cè)定

將所有胡蘿卜秧聚攏成完整的一束，在萬能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量胡蘿卜莖葉的拉斷力，并用游標(biāo)卡尺測(cè)量拉斷部位的直徑。莖葉的抗拉強(qiáng)度則由胡蘿卜莖葉拉斷力與拉斷部位直徑的比值表示，隨機(jī)選取10個(gè)樣本，則有

式中Rmi—第i個(gè)胡蘿卜樣本莖葉的抗拉強(qiáng)度(Pa)；

Fi—第i個(gè)胡蘿卜樣本莖葉的拉斷力(N)；

Di—第i個(gè)胡蘿卜樣本被拉斷部位的直徑(m)。

1.3.4胡蘿卜拔取力的測(cè)定

1)胡蘿卜自然生長狀態(tài)下的拔取力。將拉力計(jì)的掛鉤穿透胡蘿卜根莖結(jié)合部靠近莖稈的一側(cè)，向上緩慢拉動(dòng)測(cè)力計(jì)拔取胡蘿卜，讀取并記錄最大拉力，隨機(jī)選取30個(gè)樣本。

2)經(jīng)挖掘鏟松土以后的拔取力。自然生長狀態(tài)下，胡蘿卜與土壤粘結(jié)力較大；但經(jīng)過挖掘鏟在胡蘿卜底部疏松土后，拔取胡蘿卜相對(duì)輕松很多。采取與測(cè)定自然狀態(tài)下拔取力相同的方法測(cè)定經(jīng)松土鏟疏松土壤后的拔取力，同樣選取30個(gè)樣本。

2胡蘿卜物理土壤學(xué)特性統(tǒng)計(jì)分析

2.1土壤特性參數(shù)

測(cè)定結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)地試驗(yàn)前下過雨，土壤含水率相對(duì)較大27.32%，土壤硬度14.61kPa，土壤為沙性土壤。

表1　土壤特性參數(shù)

2.2胡蘿卜物理學(xué)特性試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)

所有測(cè)定指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)均保留小數(shù)點(diǎn)后1位有效數(shù)字，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后所得數(shù)據(jù)也保留1位有效數(shù)字。

表2　胡蘿卜物理特性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.3胡蘿卜物理學(xué)特性的分布統(tǒng)計(jì)分析

胡蘿卜根部長度、莖葉高度、根部最大直徑、根部質(zhì)量及根部表面積等5個(gè)參數(shù)的概率分布直方圖如圖2～圖6所示。胡蘿卜根部長度主要分布在[180，260]mm，占樣本總數(shù)的86.6%，約有93.7%的根部長度小于或等于260mm；胡蘿卜莖葉高度主要分布在[310，470]mm，占樣本總數(shù)的90%，約有96.7%的莖葉高度小于或等于470mm；胡蘿卜根部最大直徑主要分布在[35，60]mm，占樣本總數(shù)的93.4%，約有96.7%的根部最大直徑小于或等于60mm；胡蘿卜根部質(zhì)量主要分布在[300，900]g，占樣本總數(shù)的93.3%，約有93.3%的根部質(zhì)量小于或等于900g；胡蘿卜根部表面積主要分布在[270，390]mm2，占樣本總數(shù)的86.6%，約有93.7%的根部表面積小于或等于390mm2。

圖2　胡蘿卜根部長度概率分布直方圖

圖3　胡蘿卜莖葉高度概率分布直方圖

圖4　胡蘿卜根部最大直徑概率分布直方圖

圖5　胡蘿卜根部重量概率分布直方圖

圖6　胡蘿卜根部表面積概率分布直方圖

3胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)分析

分別測(cè)試幕田珠紅和孟德爾兩個(gè)品種的胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度，選取兩個(gè)品種的10個(gè)樣本，在量程為0～200kg的萬能試驗(yàn)機(jī)上以15mm/min拉伸速度進(jìn)行試驗(yàn)，標(biāo)定位置為距離胡蘿卜莖稈底部100mm處，試驗(yàn)環(huán)境溫度20℃，空氣濕度20%。

表3是幕田珠紅胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，最大值為2.23MPa，最小值為1.06MPa，平均值為1.58MPa，且其平均直徑為12.35mm。表4是孟德爾胡蘿卜莖葉抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，最大值為1.41MPa，最小值為0.49MPa，平均值為0.99MPa，且其平均直徑為15.42mm。對(duì)比兩個(gè)品種試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：前者莖葉雖然細(xì)小但抗拉強(qiáng)度明顯強(qiáng)于后者，后者莖葉雖粗大但抗拉性較差，此結(jié)果正好與兩個(gè)品種的物理特性相吻合。

表3　幕田珠紅莖葉抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4　孟德爾莖葉抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表4

胡蘿卜莖葉力學(xué)性能主要體現(xiàn)在組織結(jié)構(gòu)及纖維素含量上，沿著纖維素方向，纖維素越密集，抗拉能力越強(qiáng)[7]。圖7和圖8分別為幕田珠紅和孟德爾兩個(gè)品種胡蘿卜莖葉拉伸變形圖。胡蘿卜莖葉承受拉伸載荷時(shí)，拉伸位移隨載荷增大而大；當(dāng)載荷達(dá)到臨界值時(shí)，胡蘿卜莖葉發(fā)生斷裂，拉力急劇減小；當(dāng)胡蘿卜莖葉所有纖維斷裂，拉力減小為零，莖葉從夾具中脫落。

圖7　幕田珠紅莖葉拉伸變形圖

圖8　孟德爾莖葉拉伸變形圖

4胡蘿卜拔取力特性的試驗(yàn)分析

分別對(duì)自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力和經(jīng)挖掘鏟松土后的拔取力進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表5所示。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知：經(jīng)挖掘鏟松土以后胡蘿卜拔取力顯著降低，所以在胡蘿卜收獲機(jī)中有必要加入挖掘裝置。

表5　胡蘿卜拔取力統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

4.1自然生長狀態(tài)下的拔取力

自然生長狀態(tài)下，胡蘿卜拔取力的概率分布直方圖如圖9所示。拔取力主要分布在[200，400]N，約有96.7%拔取力小于或等于400N。在實(shí)際試驗(yàn)中，由于胡蘿卜拔取力較根莖結(jié)合部或莖稈的抗拉力大，所以存在部分胡蘿卜莖稈被拉斷的現(xiàn)象。由此再次證明：胡蘿卜收獲工藝中必須加入挖掘松土的環(huán)節(jié)。

圖9　胡蘿卜自然生長狀態(tài)下拔取力概率分布直方圖

4.2經(jīng)挖掘鏟松土以后的拔取力

經(jīng)挖掘鏟松土以后，胡蘿卜拔取力的概率分布直方圖如圖10所示。拔取力主要分布在[10，50]N，約有96.7%拔取力小于或等于50N，比自然生長狀態(tài)下拔取力的1/8還小。事實(shí)上，北方大部分胡蘿卜種植地區(qū)，在胡蘿卜收獲之前都會(huì)利用挖掘鏟進(jìn)行松土，這樣可以大大降低人工作業(yè)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。

圖10　胡蘿卜經(jīng)挖掘鏟松土后拔取力概率分布直方圖

4.3胡蘿卜拔取力與其物理參數(shù)的關(guān)系

影響胡蘿卜拔取力的因素很多，既與土壤的類型、濕度、堅(jiān)實(shí)度有關(guān)，也與胡蘿卜的質(zhì)量、根部長度、直徑等物理特性參數(shù)有關(guān)。為研究胡蘿卜拔取力與其物理特性參數(shù)之間的關(guān)系，選取胡蘿卜根部質(zhì)量和表面積等參數(shù)作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行一元線性回歸分析，如表6及圖11所示。

表6　自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量關(guān)系的方差分析表

圖11　自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量的關(guān)系

自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量的關(guān)系曲線如圖11所示。其復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.941 9，線性擬合回歸方程為Y=0.296 4x+137.33，擬合曲線明顯，兩者具有顯著的線性相關(guān)性。方差分析結(jié)果如表7所示。其計(jì)算值F=220.06；另一方面，查表知F0.95(1,28)=2.89，顯然F>>F0.95(1,28)，說明線性回歸分析具有較高的可信度。

表7　自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與其根部表面積關(guān)系的方差分析表

自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與根部表面積的關(guān)系曲線如圖12所示。其復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.696 6，線性擬合回歸方程為y=1.027x-54.479，擬合效果不佳，向外散開呈漏斗狀，線性相關(guān)性不明顯；但是胡蘿卜拔取力隨著根部表面積增大而增長，總體趨勢(shì)仍是隨著根部面積的變化而改變。方差分析結(jié)果如表5所示。其計(jì)算值F=26.40，另一方面，查表知F0.95(1,28)=2.89，比較F值得出線性回歸分析是合適的。

圖12　自然生長狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與其根部表面積的關(guān)系

經(jīng)挖掘鏟松土后胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量的關(guān)系曲線如圖13所示。其復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.600 5，線性擬合回歸方程為y=0.084x-5.893 6，擬合效果不佳，向外散開呈漏斗狀，線性相關(guān)性不明顯；但是胡蘿卜拔取力隨著根部質(zhì)量增大而增長，總體趨勢(shì)仍是隨著根部的質(zhì)量變化而改變。方差分析結(jié)果如表8所示。其計(jì)算值F=15.79；同時(shí)查表知F0.95(1,28)=2.89，比較F值得出線性回歸分析是合適的。

圖13　經(jīng)挖掘鏟松土后胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量的關(guān)系

經(jīng)挖掘鏟松土后胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量的關(guān)系曲線如圖14所示。其復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.922 9，線性擬合回歸方程為y=0.275x-67.531，各點(diǎn)均勻分布在擬合直線兩側(cè)，線性相關(guān)性顯著。方差分析結(jié)果如表9所示。其計(jì)算值F=160.84，同時(shí)查表知F0.95(1,28)=2.89，顯然F>>F0.95(1,28)，所以線性回歸分析具有較高的可信度。

表8　經(jīng)挖掘鏟松土后胡蘿卜拔取力與其根部質(zhì)量關(guān)系的方差分析表

圖14　經(jīng)挖掘鏟松土以后胡蘿卜拔取力與其

自由度平方和均方F值顯著水平回歸分析13569.573569.57160.844E-13殘差28621.4022.19總計(jì)294190.97

5結(jié)論

1)胡蘿卜植株總長度、根部長度、莖葉高度、根部最大直徑、根部最小直徑、根部表面積、根部體積、根部質(zhì)量及莖葉根數(shù)分別為[552.4，783.2]mm、[159.3，278.2]mm、[288.6，485.7]mm、[33.1，61.4]mm、[13.4，26.8]mm、[91 063.6，398 569.8]mm2、[241.2，422.1]mm3、[310，1100]g、[6，12]根。

2)胡蘿卜自然生長狀態(tài)下最小莖葉高度288.6mm，所以收獲機(jī)夾持裝置的起夾點(diǎn)離地高度最大不能超過280mm，以免出現(xiàn)漏夾情況。

3)胡蘿卜莖葉直徑最小為10.8mm(人為將其束成圓柱狀)。事實(shí)上在皮帶夾持過程中莖葉不會(huì)呈規(guī)則的圓柱狀，若莖葉單根橫向排列則莖葉直徑處于最小狀態(tài)，而單根莖葉直徑最小為1.8mm，幾乎可忽略不計(jì)，所以兩夾持帶需緊密貼合在一起，不能存在間隙。

4)幕田珠紅胡蘿卜距莖稈底部100mm處抗拉強(qiáng)度為[1.06，2.23]MPa，而平均直徑只為12.35mm；孟德爾胡蘿卜距莖稈底部100mm處抗拉強(qiáng)度為[0.49，1.41]MPa，其平均值為15.42mm，由此可見前者莖葉抗拉強(qiáng)度大于后者。

5)自然狀態(tài)下胡蘿卜拔取力主要分布在[200，400]N。在此過程中，50%以上胡蘿卜莖葉被拉斷而胡蘿卜仍未拔出；經(jīng)挖掘鏟松土以后，胡蘿卜拔取力主要分布在[10，50]N，且此過程基本沒有被拉斷的胡蘿卜，所以在胡蘿卜收獲工藝中必須加入松土裝置。

通過對(duì)胡蘿卜拔取力與其物理參數(shù)進(jìn)行回歸分析可知：自然狀態(tài)下胡蘿卜拔取力與其主要物理參數(shù)有顯著的相關(guān)性，且與根部質(zhì)量的關(guān)系最為顯著；經(jīng)挖掘鏟松土后胡蘿卜拔取力與其主要物理參數(shù)也有明顯相關(guān)性，但與根部表面積的關(guān)系最為顯著。

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Abstract ID:1003-188X(2016)05-0169-EA

Experimental Research on Physical and Mechanical Properties of Carrot

Li Kaifeng1， Yang Bingnan1， Yang Deqiu2， Li Jiandong2， Yang Wei2，Shang Shuqi3， Liu Jinsuo2

(1.Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences，Beijing 100083，China；2. Menoble co.，Ltd.，Beijing 100083，China；3. College of Mechanical and Electrical Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China)

Abstract：To master the relationship between design parameters and physical properties parameters within carrot harvest mechanization, provide the basic theoretical reference to development critical equipment of carrots combine harvester.Using the statistical method to conduct thorough research to the physical properties of carrot .The basic physical properties included carrot’s total length , root length, leaf length, root weight, the maximum diameter of root, the minimum diameter of roots , root surface area, root volume and so on. Researched the relationship between carrot’s pulling force and physical parameters through the regression analysis method. These results provided a reasonable theoretical reference for the design of harvest process.

Key words：carrot； physical properties； mechanical properties； statistic analysis； regression analysis

文章編號(hào)：1003-188X(2016)05-0169-07

中圖分類號(hào)：S223.93；S183

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：李凱鋒(1989-)，男，湖北潛江人，碩士研究生，(E-mail)likaifeng1314@163.com。通訊作者：楊炳南(1962-)，男，山西平陸人，研究員，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)yangbn@caams.org.cn。

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD08B00)

收稿日期：2015-04-03