基于玉米穗轴内部膨胀裂解的低损伤率玉米预脱粒机制研究

为解决玉米机械脱粒过程中籽粒损伤率高的问题，研究人员提出了一种基于穗轴内部膨胀裂解的新型预脱粒方法。通过设计多楔形膨胀杆实验装置，验证了该方法可将玉米穗裂解为13-18个片段，使单个片段籽粒数从38降至15，边缘籽粒比例提升至55.89%，损伤率仅增加0.08%-0.96%，为低损伤脱粒设备设计提供了理论支撑。

　　

玉米作为全球重要的粮食、饲料和工业原料作物，其机械化收获效率直接影响农业生产效益。然而，传统脱粒过程中高速旋转滚筒对完整玉米穗的冲击力，往往导致籽粒破损率居高不下。研究表明，籽粒与穗轴间的连接力及籽粒间的相互支撑力是造成损伤的关键因素——单个籽粒所需脱粒力会因周边支撑籽粒数量呈倍数增长。尽管通过优化滚筒结构、柔性脱粒元件和弹性凹板等改进措施取得一定成效，但现有技术仍难以突破籽粒紧密排列带来的物理限制。

吉林大学农业机械化工程团队在《Biosystems Engineering》发表的研究中，创新性地提出从玉米穗轴内部实施膨胀裂解的预脱粒策略。该方法通过特制膨胀杆的楔形结构径向扩张，将玉米穗裂解为多个片段，从而破坏籽粒的紧密排列结构。研究人员首先测试了不同支撑行数列数对剥离力的影响，发现水平剥离力仅为垂直方向的28.6%-37.5%；继而设计4/6/8楔形膨胀杆实验装置，对TK 601、RP 909和ZD 958三种玉米进行裂解实验。

Stripping force measurement test results
力学测试表明：当支撑行数从完整穗轴的16行降至片段中的2行时，垂直剥离力降低85.7%；水平剥离力更可减少92.3%。这验证了减少籽粒间相互支撑能显著降低脱粒外力需求。

Conclusion
实验数据显示：8楔膨胀杆使TK 601玉米裂解为最多18个片段，单个片段平均籽粒数降至15个，边缘籽粒（至少一侧无接触）比例提升至55.89%，而损伤率仅从0.08%微增至0.96%。该技术通过物理裂解改变籽粒受力环境，使后续脱粒所需外力大幅降低。

这项研究的重要意义在于：首次从玉米穗内部力学特性出发，通过可控膨胀裂解实现籽粒排列结构的主动解构。相比传统外部冲击式脱粒，该方法避免直接接触籽粒表面，且片段化处理使80%以上籽粒处于易剥离状态。研究不仅为低损伤脱粒设备设计提供新思路，其内部膨胀力学模型对其它农作物收获技术也有借鉴价值。论文中建立的楔形元件数量-裂解效果关系模型，可直接指导农机参数优化，推动精准农业装备发展。