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基于电子万能试验机的加强筋地膜力学性能研究

发布时间:2020-8-10 11:16:0  浏览:

新疆春季风沙灾害天气较多,由于目前使用的地膜强度较低,受风沙破损严重,导致重新覆膜播种,种植成本增加,且残膜不能完全回收,污染严重。目前,新疆南疆地区种植棉花均增加防风隔断防止风沙破损,致使劳动力增加,地膜采光面减小;人工揭膜和捡拾残膜,劳动强度高,效率低,无法清除耕层残膜,大量的残膜污染严重影响作物的生长和发育,且污染周边环境。针对以上问题,研制成功一种加强筋地膜。该地膜抗拉强度增大,抗风沙作用破损能力提高,不需要增加防风隔断,增大了地膜采光面;残膜回收期间,该地膜在加强筋的作用下,仍然有很大抗拉强度,人工揭膜可一次性回收残膜95%以上。

1、加强筋地膜设计思路

本加强筋地膜针对现有普通地膜进行加强,目的是防止风沙对地膜的破坏,且方便残膜回收。加强筋地膜是一种新概念,就是在现有地膜的基础上,研制一种加强筋。该加强筋为透明塑料胶带,以Bopp双向拉伸聚乙烯薄膜为基材,经过加温均匀涂抹压敏胶乳液制得。其粘结力强、贴合速度快、损耗少,厚度为0.012mm,宽度为10mm,利用加强筋地膜加工机械和普通地膜迅速粘结。因此,要求加强筋即可与地膜很好粘结,还要有足够的强度和延展性。新疆种植生产棉花主要有760mm等行距、(680+80)mm×100mm和(660+100)mm×100mm3种栽培模式。为了适宜棉花种植模式,加强筋布置在种行两边,避免种子播在加强筋上,出现漏播情况。图1所示为适宜(660+100)mm×100mm棉花栽培模式的加强筋地膜示意图。

 地膜力学研究

2、试样规格

 

加强筋使地膜的抗拉能力增强,能有效减少残膜污染。本文对加强筋地膜和普通地膜的力学性能进行分析和对比。试验统一采用GB/T-1040-79标准,使用电子万能材料试验机,对加强筋、加强筋地膜、普通地膜进行拉伸,拉伸速度为5mm/min。对试样采用模具进行压切,其形状、尺寸和材料采用GB/T1040。样本试样标准如图2所示。

 

试样分为夹具夹持部分n、过度部分(忽略不计)和待测部分(L-2n)。标距(L-2n)是待测部分的主体,其截面积为A0。按标距(L-2n)与其宽度D之间•902•2015年7月农机化研究第7期DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.07.049成比例(5∶1),拉伸试验的样本分为加强筋地膜、加强筋、普通地膜,其试样如图3所示。

 样本的制作采用(150×10)mm的刀具,切削工具采用KY-4025型冲片机,压制样本时采用人力旋转进行切削。切削时,将试样折叠几层,进行一次压制样本,根据试样的材料的不同,各取5个样本,采用电子万能材料试验机进行拉伸试验。

电子万能材料试验机

电子万能材料试验机的性能参数如下:

测量范围/N:20~10000

试验力示值相对误差/%:-0.5~0.5

横梁最大行程/mm:800

横梁移动速度范围/mm•min-1:0.05~500

加载荷方式:高精度丝杠驱动

位移分辨率/mm:0.01

横梁速度相对误差/%:-0.5~0.5

机器质量/kg:约200

横梁速度设定方式:人机对话式13级设定

 

3、力学性能参数分析

 试验过程中的性能参数如表1所示。随着恒速拉伸,普通地膜塑性较好,破坏载荷约为1.42N,断裂载荷为1.08N。加强筋塑性较差,但破坏载荷为29.66N,断裂载荷为26N,高于普通地膜力学性能。加强筋地膜力学性能与加强筋力学性能相近,加强筋地膜的破坏载荷为30.76N,断裂载荷为29.6N。

 

4、试验结果分析

普通地膜、加强筋、加强筋地膜断裂载荷的对比,如图4所示。普通地膜的断裂载荷为离散点,其曲线接近直线;而加强筋和加强筋地膜的离散点浮动较大,但拟合曲线仍为线性。故其断裂载荷浮动在一定的范围内,这为相同材料属性的实验提供了科学依据。

断裂载荷是加强筋地膜的力学性能重要指标之一,断裂载荷直接影响加强筋地膜残膜回收效率。普通地膜的断裂载荷最大约为1.5N,人工揭边膜时残模埋于土下,残膜上土的压力超过普通地膜断裂载荷,导致残膜无法回收,是农业白色污染的主要原因。而加强筋的断裂载荷约为26N,加强筋的力学性能直接影响加强筋地膜的力学性能,断裂载荷约为普通地膜的24倍。而加强筋地膜由于存在加强筋,其断裂载荷明显高于普通地膜,约为29.6N,为普通地膜的27.4倍。加强筋有效提高了加强筋地膜的力学性能,提高了残膜回收效率。本课题组研制的加强筋地膜源于普通地膜的残膜回收率较低、污染严重、浪费劳动力及农业成本增加等问题。加强筋地膜的研制成功基本解决农业残膜污染问题,残膜回收率为95%,缓解了农业生产中劳动力不足,为后续的生产提供了保障。

 

5结论

1)加强筋地膜的拉伸强度约为54.972MPa,破坏载荷为29.66N,断裂载荷为26N。

2)加强筋地膜比加强筋力学性能高。该加强筋地膜约26N时发生断裂,而加强筋地膜,约29.6N时样本发生断裂。

3)普通地膜的断裂载荷最大约为1.08N,加强筋的断裂载荷约为26N,加强筋的断裂载荷约为普通地膜的24倍。而加强筋地膜的断裂载荷约为29.6N,约是普通地膜的27.4倍,加强筋地膜其它力学性能完全优于普通地膜。

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