摘"要：【目的】""研究不同含水率对罗布麻力学特性以及剥麻效果的影响，分析罗布麻茎秆基本力学参数及不同含水率时力学参数的变化，并选取适合剥麻和除杂的含水率，为提高机械剥麻过程中的麻皮质量、降低除杂难度提供有效参数支持。
【方法】""以新疆尉犁县所产的罗布麻茎秆作为试验对象，设计罗布麻的茎秆、木质部和韧皮部进行力学特性试验，分别对比含水率为19.31%、38.52%和54.68%的罗布麻茎秆进行拉伸、压缩和弯曲试验，测得力学参数，分别进行剥麻试验，分析剥麻效果。
【结果】""一般待加工罗布麻含水率为6.86%，其罗布麻茎秆韧皮部的最大抗拉载荷为72.00 N；罗布麻茎秆和木质部的拉伸弹性模量分别为389.38、348.07 MPa，抗压强度分别为1.10、1.27 MPa，抗弯强度为65.75、60.12N。不同含水率的罗布麻力学特性呈一定的规律性。
【结论】""获得了不同含水率的罗布麻力学参数，对比剥麻试验，综合剥麻效果和除杂效果，含水率在38.52%左右的罗布麻茎秆剥麻效果较好。
关键词：""罗布麻；含水率；力学特性；除杂；剥麻
中图分类号："S563.7""""文献标志码："A""""文章编号："1001-4330（2024）11-2797-10
0"引 言
【研究意义】罗布麻属夹竹桃科，是一种多年野生草本韧皮纤维作物，主要生长在盐碱、沙荒地区。我国罗布麻在新疆、甘肃、吉林等省（区）广泛分布。罗布麻纤维作为韧皮纤维植物，纤维含量高，纤维强度大［1］。罗布麻纤维具有丝的光泽、麻的挺括、绒的展性、棉的柔软，具有抑菌、防臭、防霉的优点，可纯纺或与棉等纤维混纺等，在纺织业具有较高的商业应用价值［2］。在实际的生产中，剥麻存在含杂率高、麻杂分离难、剥麻长度短等问题。现有的手工剥麻虽然含杂率低、剥麻质量较好，但效率很低。而现有的剥麻机虽然效率较高，但剥出的麻皮长度较短，质量不高，且除杂效果一般，含杂率较高［3］。罗布麻性质特异，分离过程较为复杂，因此研究机械剥麻对不同含水率罗布麻的力学特性以及剥麻效果，对提高机械剥麻质量有重要意义。【前人研究进展】有文献对苎麻等其他植物的力学特性试验进行研究［4］，通过开展罗布麻力学特性及其含水率影响的研究，进行力学特性试验得到一系列力学参数，为后续机械机构设计研究提供参数支持。
【本研究切入点】
目前对于罗布麻力学特性的研究还少见报道，特别是罗布麻含水率对其力学特性和剥麻以及除杂效果的影响研究较少。需研究不同含水率对罗布麻力学特性以及剥麻效果的影响，对比不同含水率剥麻效果，筛选一个相对适合剥麻和除杂的含水率。【拟解决的关键问题】设置不同含水率的罗布麻进行力学特性以及剥麻试验，对比结果分析，提出相对适合剥麻和除杂的含水率，提高机械剥麻过程中的麻皮质量，同时降低除杂难度；通过力学特性试验获取罗布麻基本力学参数，为罗布麻的机械剥取以及建模等提供基本参数支撑。
1"材料与方法
1.1"材 料
1.1.1"罗布麻
用加工的罗布麻较为干燥，罗布麻茎秆由内至外依次为髓部、木质部和韧皮部［5］，内部中空，故可将罗布麻茎秆视作由韧皮部和木质部复合而成的空心圆柱体结构［6］。图1
选用新疆尉犁县提供的罗布麻原杆，无病虫害，去除根、叶、梢、花和分枝，选择自根部10 cm处通直且粗细均匀的茎秆作为试样［7］。进行拉伸、压缩和弯曲试验时，参考其它麻类力学特性试验文献，分别参照拉伸、压缩试验以及夹层结构弯曲性能试验的标准，分别制备试件，含水率测定采用木材含水率测定。拉伸试验时，木质部和茎秆试样长度制为100～120 mm，韧皮部试样长度制为40～60 mm；进行压缩试验时，木质部和茎秆试样长度制为60 mm左右；弯曲试验时，木质部和茎秆试样长度制为80 mm左右［8］。
1.1.2"设 备
试验在新疆大学智能制造现代产业学院进行，试验所需的仪器有：电子万能生物材料试验机、电热鼓风干燥箱、电子天平、格尺、游标卡尺等。图2
1.2"方 法
1.2.1"罗布麻茎秆含水率的测定
取茎秆样品，在电子天平中称重，记录为M1，放入电热鼓风干燥箱中干燥，调整干燥箱温度为108℃，在此温度下烘至恒重记录为M2，即每间隔10 min称重1次，先后2次重量差不超过后1次重量的0.05%，并记录，由（1）式计算得罗布麻茎秆含水率［9］。图3
W="M2"M1"×100%. （1）
式中，W为罗布麻茎秆含水率；M1为罗布麻茎秆烘干前质量（g）；M2为罗布麻茎秆烘干后质量（g）。
测得一般待加工罗布麻茎秆的含水率为6.86%，通过对罗布麻茎秆进行加湿，分别测得19.31%、38.52%和54.68%的罗布麻茎秆，后续将进行4种不同含水率的罗布麻茎秆力学特性试验并对比。
1.2.2"拉伸试验设计
拉伸试验在电子万能生物材料试验机上进行。使用夹具加紧试样两端，使试样竖直，在韧皮部进行拉伸试验时，需特殊制作试验试样使夹具能加紧试样，将韧皮部上下两端缠绕在木质块上并固定。加载速度为5 mm/min［10］。韧皮部、木质部和茎秆分别进行5组有效拉伸试验，记录载荷—位移曲线，可对近似直线部分进行观察，根据试验数据由（2）式和（3）式计算试样的拉伸弹性模量和抗拉强度［11］。图4
E="σ"ε"."（2）
σ1="F1"S"."（3）
S=π×（"D"2"2）. （4）
式中，E为材料弹性模量（MPa）；σ为材料应力（MPa）；ε为材料应变；σ1为材料抗拉强度（MPa）；F1为材料所受最大拉伸载荷（N）；S为材料横截面积（mm2）；D为材料外径。
1.2.3"压缩试验设计
压缩试验在电子万能生物材料试验机上进行。试验时采用圆盘式压缩压块，试验试样放在压缩压块中心［12］，加载速度为5 mm/min。木质部和茎秆各进行5组有效压缩试验，记录载荷—位移曲线，可对近似直线部分进行观察，根据试验数据由（5）式计算试样的抗压强度［13］。图5
P="F2"A"."（5）
式中，P为材料的抗压强度，MPa；F2为材料所受最大压缩载荷，N；A为材料受力点横截面积，mm2。"
关于A的确定，文献［14］（6）式如下。
A="D1+D2+D3-d1-d2-d3"3"×l."（6）
式中，D1、D2、D3为材料任意一端不同位置3次测量的外径（mm）；d1、d2、d3为材料任意一端不同位置3次测量的内径（mm）；l为材料长度（mm）。图5
1.2.4"弯曲试验
弯曲试验在电子万能生物材料试验机上进行。试样放置于弯曲试验两支座之间，跨距为60 mm，加载压头向下施加载荷，加载速度为4 mm/min［15］，采用三点弯曲的方法。木质部和茎秆各进行5组有效弯曲试验，记录载荷—位移曲线，可对近似直线部分进行观察，根据试验数据由（7）式计算试样的抗弯强度［16］。图6
σ2="F3DL"8I"."（7）
式中，σ2为材料的抗弯强度（MPa）；F3为材料的最大弯曲载荷（N）；D为材料的平均外径（mm）；L为标距（mm）；I为惯性矩（mm4）。
其中标距L取60 mm，关于I有（8）式。
I="π"64"［D4-d4］."（8）
式中，d为材料的平均内径（mm）。
2"结果与分析
2.1"不同含水率下拉伸试验
研究表明，对一般待加工的罗布麻即含水率为6.86%的罗布麻进行拉伸试验，韧皮部、木质部和茎秆各选5组有效试验，罗布麻的拉伸载荷-位移曲线，刚开始的载荷-位移曲线呈现近似线性关系。
茎秆的拉伸载荷最大值为836.537 N，最小值为611.505 N，平均值为739.06 N，抗拉强度的最大值为38.50 MPa，最小值为28.36 MPa，平均值为33.46 MPa，拉伸弹性模量的最大值为491.85 MPa，最小值为248.63 MPa，平均值为389.38 MPa；木质部的拉伸载荷最大值为494.798 N，最小值为327.943 N，平均值为430.58 N，抗拉强度的最大值为22.09 MPa，最小值为17.97 MPa，平均值为20.7 MPa，拉伸弹性模量的最大值为466.18 MPa，最小值为284.47 MPa，平均值为348.07 MPa；韧皮部的拉伸载荷最大值为103.357 N，最小值为54.692 N，平均值为72.00 N。"
按照同样的方法分别对含水率为19.31%，38.52%和54.68%的茎秆进行拉伸试验，每个试验。表1～3，图7
各选5组有效试验，进行对比，得到不同含水率弹性模量。图8
2.2"压缩试验
研究表明，对一般待加工的罗布麻即含水率为6.86%的罗布麻进行压缩试验，木质部和茎秆各选5组有效试验，呈现近似线性关系。
茎秆的压缩载荷最大值为398.260N，最小值为113.197N，平均值为226.75N，抗压强度最大值为1.95MPa，最小值为0.52MPa，平均值为1.10MPa；木质部的压缩载荷最大值为479.085N，最小值为170.344N，平均值为294.45N，抗压强度最大值为2.17MPa，最小值为0.80MPa，平均值为1.27MPa。
分别对含水率为19.31%，38.52%和54.68%的茎秆进行压缩试验，每个试验各选5组有效试验进行对比，得到不同含水率抗压强度。表4～5，图9～10
2.4"剥麻对比试验
研究表明，含水率为6.86%的罗布麻茎秆经过剥麻后，韧皮部的断裂较大，木质部碎裂明显，且碎块较小不利于后续除杂，剥麻效果不理想；含水率为19.31%的罗布麻茎秆经过剥麻后，韧皮部的断裂较小，保存较为完整，木质部碎块较大，剥麻效果较好；含水率为38.52%的罗布麻茎秆经过剥麻后，韧皮部保存最为完整，基本无断裂，木质部与韧皮部脱离明显，且木质部碎块较大且完整，有利于后续除杂，剥麻效果最好；含水率为54.68%的罗布麻茎秆经过剥麻后，韧皮部有较大碎块，木质部碎裂不明显，且韧皮部和木质部粘连在一起，不利于后续除杂，剥麻效果不理想。图13
3"讨 论"""3.1
计算出茎秆和木质部的抗拉强度、拉伸弹性模量［17］等，开始的载荷-位移曲线呈现近似线性关系［18］，现阶段的剥麻机主要采用碎茎制麻法［19］，由压麻装置和剥麻装置对喂入的罗布麻进行碾压和打麻等操作，主要部件为成对的光辊和打麻辊［20］。试验研究测得了一般用来加工的罗
布麻含水率为6.86%，对其进行力学特性试验，试验结果表明，其茎秆拉伸弹性模量平均值为389.38 MPa，抗压强度平均值为1.10 MPa，抗弯强度平均值为65.75 MPa；木质部拉伸弹性模量平均值为348.07 MPa，抗压强度平均值为1.27 MPa，抗弯强度平均值为60.12 MPa；韧皮部拉伸载荷平均值为72.00 N。获得的参数可为继续研究罗布麻提供参照，同时为罗布麻剥麻机的机械机构设计提供了有效参数。
3.2
试验对罗布麻茎秆进行加湿，并测得其含水率，获得了含水率为19.31%、38.52%和54.68%的罗布麻茎秆，分别对其进行力学特性试验。含水率为19.31%的罗布麻茎秆拉伸弹性模量平均值为488.08 MPa，抗压强度平均值为1.16 MPa，抗弯强度平均值为47.58 MPa；含水率为38.52%的罗布麻茎秆拉伸弹性模量平均值为592.38 MPa，抗压强度平均值为1.08 MPa，抗弯强度平均值为30.64 MPa；含水率为54.68%的罗布麻茎秆拉伸弹性模量平均值为334.38 MPa，抗压强度平均值为0.67 MPa，抗弯强度平均值为24.29 MPa。试验结果表明，弹性模量随着含水率增加而上升，在含水率为38.52%达到最大值，而后在含水率为54.68%又落回；抗压强度在含水率为19.31%有一点上升，随后又开始下降；抗弯强度则是随着含水率增加而降低。
4"结 论
测得一般用来加工的罗布麻含水率为6.86%，并通过力学特性试验获得了基本力学特性参数；初步获得了含水率对罗布麻茎秆力学参数的影响规律；对不同含水率的罗布麻茎秆进行剥麻试验，观察剥麻效果，在含水率为38.52%，罗布麻的剥麻效果最佳，木质部碎裂明显且块大，也有利于后续除杂，不同含水率对罗布麻力学特性和剥麻效果具有一定影响。
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Effects of different moisture contents on the mechanical ""properties and peeling effect of Apocynum venetum
LIU Chenyang，ZHANG Liping，ZHENG Weiqiang，LUO Haowei
（College of Mechanical Engineering， Xinjiang University，Urumqi "830017， China）
Abstract：【Objective】 ""To study the effects of different moisture contents on the mechanical properties and stripping effect of Apocynum venetum， and ultimately obtain the basic mechanical parameters of Apocynum venetum stem and the changes in mechanical parameters under different moisture contents in the hope of providing effective parameter support for subsequent research， and selecting a suitable moisture content for stripping and impurity removal， which might improve the quality of hemp bark during mechanical stripping and reduce the difficulty of impurity removal.
【Methods】 """The mechanical properties of Apocynum venetum stem， xylem， and phloem were studied using Apocynum venetum stem produced in Yuli County， Xinjiang as the experimental object.Tensile， compressive， and bending tests were performed on the stems of Apocynum venetum with moisture content of 19.31%， 38.52%， and 54.68%， and then the measured mechanical parameters were compared.Finally， separate hemp stripping tests were conducted to observe the hemp stripping effect.
【Results】 """Generally， the moisture content of the processed Apocynum venetum was 6.86%， and the maximum tensile load of the phloem of the Apocynum venetum stem was 72.00 N; The tensile elastic modulus of Apocynum venetum stem and xylem were 389.38 and 348.07 MPa， respectively， with compressive strength of 1.10 and 1.27 MPa， and bending strength of 65.75 and 60.12 N.The mechanical properties of Apocynum venetum with different moisture contents exhibited certain regularity.
【Conclusion】 """The mechanical parameters of Apocynum venetum with different moisture contents are obtained.By comparing the hemp stripping test and considering the hemp stripping effect and impurity removal， the effect of Apocynum venetum stem with moisture content around 38.52% is better.
Key words：""Apocynum venetum; moisture content; mechanical properties; remove impurities; stripping hemp
Fund projects：""Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2022D01C394）
Correspondence author：""ZHANG Liping（1980-），female，from Xinjiang，associate professor，doctor，research direction： smart agricultural equipment，（E-mail） 1642685246@ qq.com
收稿日期（Received）：
2024-04-28
基金项目：
新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（2022D01C394）
作者简介：
刘晨阳（ 1998-），男，河南周口人，硕士研究生，研究方向为智慧农业装备，（E-mail）1747244232@ qq.com
通讯作者：
张立萍（ 1980-），女，新疆人，副教授，博士，研究方向为智慧农业装备，（E-mail） 1642685246@ qq.com
