一种农业物料滑动摩擦系数测量装置的设计

依据斜面力学原理和光电测试技术,设计一种农业物料滑动摩擦系数自动测量装置,并以荔枝为例,测得荔枝果皮与橡胶板和尼龙板之间的滑动摩擦系数,结果表明:该装置能够快速、准确、方便的测定农业物料的滑动摩擦系数.     

除芒稻种摩擦特性测定

以东北农业大学培育的4种稻谷品种为试验材料,在测量装置上分别测定稻谷种子除芒前、后滑动摩擦角、休止角、内摩擦角。结果表明,稻谷种子滑动摩擦角、休止角、内摩擦角有差异,且除芒后其值均比除芒前小。除芒稻种在铁板、尼龙板、橡胶板三种材料上滑动时橡胶板摩擦力最大,可以考虑用橡胶材料作为除芒机的动杆。     

不同含水率黍子摩擦特性的实验研究

[目的]为给选择、确定黍子生产、加工机械设备技术参数提供依据,对黍子摩擦特性参数进行研究。[方法]以晋黍9号种子为研究对象,分别测定不同含水率条件下黍子种子的三轴尺寸、休止角以及与钢板、铁板、亚克力板间的静、动滑动摩擦系数,分析含水率对黍子形态尺寸和摩擦力学特性的影响。[结果]含水率变化对黍子几何尺寸和摩擦特性影响显著,随着含水率增加,黍子几何尺寸、休止角、滑动摩擦系数均增大;同一含水率下,黍子与铁板间滑动摩擦系数最高,钢板最低。根据实验结果,分别拟合了黍子几何尺寸、休止角和滑动摩擦系数与含水率之间的关系方程。[结论]研究结果可为黍子相关机械装备的开发与设计提供参考数据。     

花生籽粒恢复系数及摩擦系数研究

为建立花生籽粒在CFD-EDEM中的运动仿真模型,以花生主产区典型花生品种四粒红、白沙、鲁花11和海花为试验材料,基于运动学方程原理构建了花生籽粒恢复系数测定装置和滑动摩擦系数斜面仪,采用正交试验设计方法,分别研究了花生品种、接触材料、材料厚度、下落高度及花生含水率对恢复系数和滑动摩擦系数的影响。测试结果和方差分析表明,花生籽粒恢复系数随材料厚度、下落高度的增加而增大,随含水率的增大而减小;同一品种和相同含水率条件下的花生籽粒在有机玻璃、Q235钢、橡胶板材上的滑动性能依次降低;不同品种之间四粒红花生籽粒滑动摩擦系数最小,流动性最好,鲁花11花生籽粒滑动摩擦系数最大,流动性最差。花生籽粒恢复系数随含水率的增大而增大。研究结果可为花生产后加工机械仿真模拟参数设置及优化设计提供参考依据。     

面向机械化播苗的菲律宾蛤仔幼苗生物力学特性分析

为研究菲律宾蛤仔播苗装备设计及相关技术应用中所需参数,选取133枚规格相近的菲律宾蛤仔大苗的形态性状(壳长x_1、壳高x_2、壳宽x_3)和质量性状(活体质量w)进行测量,分析了1500枚不同规格(小苗5～10 mm、中苗10～15 mm、大苗15～20 mm)蛤苗的休止角,与不同接触面材料(有机玻璃、PVC、不锈钢板)的静滑动摩擦系数,并采用3因素3水平(蛤苗规格、加载速度、加载方向)正交试验研究了蛤苗的准静态压缩强度。结果表明:菲律宾蛤仔形态性状与质量性状呈极显著相关(P0.01),壳长对质量性状的直接影响作用最大,作用系数为0.536,壳高对质量性状的间接影响作用最大,作用系数为0.561;休止角随着蛤苗规格的增大而增大,最大值为39.66°;蛤苗规格越大,静滑动摩擦系数越小,其中,大苗与不锈钢板的静滑动摩擦系数最小(0.26);影响蛤苗破裂力的因素依次为蛤苗规格加载方向加载速度,小苗的加载方向为Y方向(蛤仔张口向上铰合线向下)且加载速度为0.5 mm/min时,承受破裂能力最弱,根据建立的破裂力多元回归模型预测,此时蛤苗的破裂力为6.97 N。本研究结果可为菲律宾蛤仔播苗及相关机械设备的设计研发提供数据基础。     

基于平行四杆机构的摩擦系数自动测量系统

为快速、准确、方便地测量不同农业物料的静滑动摩擦系数,结合Arduino UNO单片机和蓝牙遥控技术,研制了一种基于平行四杆机构的手机蓝牙无线遥控的散粒摩擦系数自动测量装置。结果表明,与常规测量装置对比验证,该装置可以快速、便捷并准确地测量出不同农业物料相对于不同材质平面的静滑动摩擦角和摩擦系数,可为种子筛选、窝眼选、电力选、带选以及各种清选部件、种箱导种板倾角、排种器的型孔和型槽所处位置的角度等各种运输、贮运部件设计提供了必要的基础参数。     

荔枝挤压损伤有限元预测分析

为减小荔枝的挤压损伤,通过试验测定了荔枝果壳和果肉的极限应力,建立了根据荔枝结构所对应的有限元模型,模拟了外力沿不同方向挤压荔枝的过程,得到荔枝内部组织的等效应力云图。结果显示:挤压过程中,荔枝果壳的应力大于果肉,果肉的损伤先于果壳;相同挤压力下,果壳的纵向挤压应力小于横向,但果肉的纵向挤压应力却大于横向;荔枝的挤压损伤具有各向异性,试验范围内,果肉出现机械损伤的纵向和横向挤压力分别为10 N和20 N,果壳出现机械损伤的纵向和横向挤压力为35 N和25 N。     

典型蓖麻蒴果离散元参数标定与分析

蓖麻蒴果离散元参数难以通过试验或文献直接获得,为获得蓖麻蒴果脱壳过程离散元参数需进行参数标定。以堆积试验为依据,对典型蓖麻蒴果离散元参数进行标定。选用通蓖11号和品种1987进行试验,以蓖麻休止角为响应值,应用PlackettBurman试验对物料离散元参数筛选出显著因素。利用最陡爬坡试验逼近最优参数组合区间,设计中心组合试验,选取最优参数组合。结果表明:通蓖11号的显著因素为蓖麻-蓖麻静摩擦系数、蓖麻-蓖麻动摩擦系数与蓖麻-Q235钢静摩擦系数,3个系数最优组合值分别为0.59,0.04,0.33,虚拟试验休止角平均值与真实值比值为94.48%;1987品种3个系数最优组合值分别为0.44,0.02,0.14,虚拟试验休止角平均值与真实值比值为96.44%。对通蓖11号3个参数进行优化,优化后各系数为0.6,0.05,0.4,此时虚拟试验休止角平均值与真实值比值为98%,仿真程度提高;通蓖11号各系数均大于1987品种,其中蓖麻-蓖麻静摩擦系数占比为0.27、蓖麻-蓖麻动摩擦系数占比为0.60、蓖麻-Q235钢静摩擦系数占比为0.65。3个参数越大,脱壳时的最大速度越小,仿真时间越长,最大压力及脱壳率越大。标定后的参数可为蓖麻蒴果离散元建模及分析提供参考。     

基于堆积试验的沙蓬种子离散元仿真参数标定

为了获得沙蓬种子仿真播种过程所需的参数,通过物理堆积试验与仿真堆积试验相结合的方法对沙蓬种子的离散元仿真参数进行标定。首先,对沙蓬种子相关物性参数进行了测定,建立其离散元模型,并利用物理堆积试验获得沙蓬种子的堆积角为45.995°。其次,采用Plackett-Burman试验进行仿真堆积试验,筛选出对堆积角影响显著的参数为：沙蓬种子之间恢复系数、沙蓬种子之间滚动摩擦系数、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数。然后,根据最陡爬坡试验确定显著参数的取值范围;设计二次正交旋转组合试验,建立堆积角相对误差与显著参数的二阶回归方程,得到离散元仿真最佳参数组合：沙蓬种子之间恢复系数为0.529、沙蓬种子之间滚动摩擦系数为0.057、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数为0.629。最后,将最佳参数组合的值进行仿真堆积试验验证,得到仿真试验堆积角为46.740°,与物理堆积试验相对误差为1.62%,表明最佳参数组合选取合理,可为沙蓬种子播种机械离散元仿真参数设置及优化设计提供参考依据。     

花生疲劳脱壳试验研究

为深入研究花生的物理机械特性及脱壳机理,以辽宁主栽花生品种花育23和四粒红为研究对象,对花生摩擦系数及动态疲劳进行测定,估算出单粒带壳花生在不同摩擦表面疲劳破坏时所需的能量.结果表明:花育23与四粒红在薄铁板、木板、橡胶板和铁筛网表面上的摩擦系数分别为0.356,0.536,0.775,0.798和0.348,0.527,0.669,0.689;花生的疲劳循环次数随着加载力的减小而增加,影响显著性明显次序为:铁筛网>薄铁板>木板>橡胶板;单粒花生疲劳破坏时,用橡胶板、铁筛网、木板、薄铁板分别做脱壳表面时需要的能量分别为:407.4,70.83,95.76和126.72J.试验研究结果对花生脱壳设备的进一步设计提供了理论依据.     

种子静滑动摩擦系数智能测定装置设计与试验

针对传统种子静滑动摩擦特性测定装置结构复杂、操作繁琐和读取误差较大问题,采用正切机构与Arduino单片机组合技术,设计了一种通过遥控控制能够实现角度自动测量与显示的种子摩擦特性智能测定系统。基于对称正切机构以及摩擦角测量理论,设计了种子静滑动摩擦系数智能测定装置、步进电机的控制系统与摩擦特性测量程序,通过调试系统修正系数提高了测量数据的精度。以玉米、小麦种子进行试验,与已有传统种子静滑动摩擦特性测定对比,结果表明,该装置所测数据与传统的试验数据一致,显著降低了试验工作量,可广泛用于不同种类种子静滑动摩擦特性测定。     

基于粮堆有效摩擦系数分布规律的平底筒仓储料静态压力场计算方法

为准确描述筒仓储料内部任意一点的压力,同时考虑到筒仓中储料与仓壁以及储料与储料之间不一定处于临界滑动状态,其接触面上实际摩擦应力与法向压力之比≤最大静摩擦系数,定义了"有效摩擦系数",即2个物体接触面上的实际摩擦应力与法向压力之比,并对粮堆有效摩擦系数分布的进行有限元数值模拟,提出筒仓仓壁和粮堆内部有效摩擦系数分布规律的数学表达式;基于粮堆有效摩擦系数分布规律,采用储料纵向剖分和微元体静力平衡分析的方法,提出筒仓储料静态压力场计算方法;将本研究结果与数值模拟和Janssen公式计算结果进行对比分析。结果表明:1)本研究计算方法能够计算得到储料内部任意一点的竖向压力和水平压力以及筒仓侧压力,同时能够得到同一水平面上竖向压力分布的非均匀性;2)采用本研究计算方法计算得到的粮堆内部不同深度处的压力与数值模拟结果相比较,两者存在一定差异;3)采用本研究计算方法计算得到的筒仓侧压力与数值模拟和Janssen公式计算结果相比较,三者相差不大。研究可为粮食行业内涉及储料散体压力场的诸多问题提供理论支持。     

半夏块茎物理特性研究及离散元仿真参数标定

为设计研究半夏撒播排种器，测定了半夏的本征物理特性参数，并对半夏离散元仿真参数进行标定。通过烘干试验、浸液试验、匀速压缩试验，确定了半夏种子的含水率为62.23%、密度为1 210 kg·m^-3、泊松比为0.373 1、弹性模量为5.751 MPa；通过实际碰撞试验结合仿真试验建立了回归模型，测定半夏-半夏的碰撞恢复系数为0.472 0、半夏-不锈钢板间碰撞恢复系数为0.635 8；通过实际的斜面滑动试验结合仿真试验，确定了半夏-不锈钢板间的静摩擦系数为0.615 4；利用圆筒提升试验结合最陡爬坡试验和Box-Behnken试验，确定了半夏-不锈钢板间的滚动摩擦系数为0.150、半夏-半夏的静摩擦系数为0.554、半夏-半夏的滚动摩擦系数为0.157。该研究结果可为半夏机械化生产装备设计研究和结构优化提供理论参考及设计依据。     

林木种子静摩擦系数的实验研究

讨论了单体和群体林木种子对不同材料的静摩擦系数的测定方法。提出用无底盒装种子，填加种子工作厚度等效重砝码，模拟堆集种子，测定群体种子摩擦系数，并介绍了测定仪的结构原理。利用倾斜法原理，测得６种树种，７种摩擦材料，９个平板的静摩系数，其结果胶合板为最好。     

基础摩擦滑移隔震结构摩擦系数敏感性分析

基础摩擦滑移隔震技术是一种行之有效的减震措施。主要分析了隔震系统摩擦系数的变化对结构隔震效果的影响，并给出选取摩擦系数的参考性建议。     

荔枝酿酒优良单株“皇醉”和“妃醉”初选

【目的】选育适合酿酒的荔枝实生单株,为荔枝酿酒品种的培育提供材料。【方法】以广州荔枝资源圃已开花结果的荔枝实生树为材料,通过对实生单株果实单果重、出汁率、可溶性固形物含量、pH、成熟过程营养成分变化及酿造酒品质分析等,筛选优良的酿酒新品种,并对初选的优良单株进行植物学特征观察。【结果】“皇醉”荔枝果实平均单果重22.0 g,出肉率79.7%,出汁率70.07%,可溶性固形物含量19.0%以上,100 g果肉中含酸0.50 g、总糖13.82 g,pH 3.90,其酿造的酒风味浓郁、纯净、有荔枝香气、口感协调无涩味;“妃醉”荔枝果实平均单果重21.6 g,出肉率74.1%,出汁率63.03%,可溶性固形物含量在18.4%以上,100 g果肉中含酸0.30 g、总糖15.52 g,pH 3.87,其酿造的酒风味浓郁、有荔枝香气、口感有轻微涩味。【结论】“皇醉”和“妃醉”荔枝果肉原浆可溶性固形物含量高、酸度高,属于高糖高酸品种类型,非常适合酿酒,初步选定为适合酿酒的优良实生荔枝单株。     

玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

为提高离散元方法模拟玉米秸秆揉碎过程的准确性,试验测定玉米秸秆与揉碎机锤片、玉米秸秆与玉米秸秆的接触参数。以径向堆积角相对误差值为评价指标,应用正交方法标定玉米秸秆离散元仿真需要输入的接触参数。结果表明:玉米秸秆与揉碎机锤片碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.663、0.226、0.119;玉米秸秆与玉米秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.485、0.142、0.078,此参数组合为玉米秸秆离散元仿真接触参数的最优方案,仿真结果与试验结果的相对误差为8.127%。     

包衣棉种物性参数测定与离散元仿真参数标定

针对目前在EDEM(离散元法)中直接建立的棉种颗粒模型与实际棉种在外形上存在一定差异,且缺乏准确的包衣棉种仿真参数的问题,采用物理试验方法测定‘新陆中67号’棉种的基本物理力学参数,研究包衣对棉种与有机玻璃板间的接触参数(碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数)的影响,基于逆向工程技术建立棉种离散元颗粒模型,运用响应曲面分析法建立包衣棉种种间接触参数与休止角相对误差的二阶回归模型,结合物理试验和仿真试验对仿真参数进行标定,确定包衣棉种种间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数的最优参数组合,并利用棉花精密排种器排种试验对仿真参数进行验证。结果表明:‘新陆中67号’棉种的泊松比为0.27,剪切模量为14 MPa,包衣剂对棉种表面摩擦特性有一定影响,包衣棉种与有机玻璃之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.25、0.49和0.21,包衣棉种种间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.19、0.23和0.13,此最优参数组合下排种仿真试验与台架试验的合格率和漏播率相对误差均小于5%,包衣棉种离散元颗粒模型和仿真参数可用于离散元仿真模拟试验。     

荔枝成花坐果影响因素研究

[目的]对不同荔枝品种进行促花和保花保果试验研究,为荔枝生产中促进成花坐果和高产稳产提供理论依据。[方法]采用环剥对三月红、妃子笑和桂味荔枝进行促花试验,采用环割和打孔处理三月红荔枝,采用SOD喷施鸡嘴荔。[结果]10月16日至11月16日对三月红、妃子笑和桂味荔枝进行环剥处理,其末次梢成花率分别达到68.27%、9.41%~50.52%、58.99%~83.61%,比对照分别提高了4.00、0.59~7.56、4.57~6.89倍;初花期对三月红进行环割和打孔处理后的每穂平均果数达到6.0~6.3,比对照提高了1.22~1.33倍,环割、打孔不影响果实的正常生长发育;小果期喷施0.25%~0.50%SOD后7~15 d能减少鸡嘴荔的落果,处理后15 d果穗平均小果数为8.5~10.6个,处理比对照提高了0.37~0.71倍。[结论]荔枝花芽生理分化期及之前环剥可明显提高成花,初花期环割和打孔能明显提高坐果,小果期喷施SOD能减少落果。