塑性土壤的弯曲破碎

弯曲加载是需要最小力及最少能耗使塑性土壤破碎的一种有效的加载方式。进一步的试验表明，使用由旋转切割刀片和支承板组成的弯曲加载装置能很好地产生弯曲破碎，只要支承板和旋转刀片的位置选择合适，其切割阻力及能耗与在水田耕作中得到广泛应用的旋耕刀片相比，约分别为后者的５０％～６５％和２０％。     

玉米秸秆压缩加载条件对其裂纹和机器功耗的影响

针对中国北方刚收获的玉米秸秆含水率高需进行调质处理的情况,为设计玉米秸秆调质装置,该文通过单因素试验,研究了压缩调质时加载方式(单点直压和三点弯曲)、加载位置(节间和节部)和加载方向(长轴和短轴)对相同含水率玉米秸秆压缩裂纹、载荷和功耗的影响。结果表明:施压过程中,2种加载方式的秸秆表皮均沿轴向产生4条主裂纹,且其呈上、下、左、右对称分布。加载位置和加载方向相同时,三点弯曲和单点直压开始产生各主裂纹的压下位移相近,但前者的载荷和功耗均低于后者。当达到最佳调质压下位移(18 mm)时,三点弯曲载荷和功耗的均值较单点直压分别显著降低约55.5%和25.5%(α=0.05)。研究结果为玉米秸秆收获调质装备关键部件的设计提供依据。     

收割期芦竹底部茎秆机械物理特性参数的试验研究

试验研究芦竹底部茎秆的机械物理特性，以获得其最大破坏应力、弹性模量等机械物理特性参数，并分析芦竹切割过程中应力、应变分布状态，能为芦竹切割刀具和切割方式的设计提供理论依据和基础技术参数，对低能耗、高效率的芦竹切割器的设计具有重要的指导意义。该文利用微机控制电子万能材料试验机对收割期的芦竹底部的茎秆进行了顺纹拉伸、压缩、弯曲试验，获得试验条件下顺纹拉伸、压缩、弯曲的应力－应变曲线，并进行了分析。试验测得芦竹底部茎秆顺纹拉伸最大抗拉强度平均值为123 MPa，弹性模量值为1260 MPa；顺纹压缩最大抗压强度平均值为52 MPa，弹性模量值为595 MPa；顺纹弯曲最大抗弯强度平均值为125 MPa，弹性模量值为1715 MPa。结果表明，芦竹破坏应力参数接近毛竹，远大于玉米、小麦等茎秆的破坏应力参数，芦竹的机械化收割不宜采用传统的切割器。     

面向机器人采摘的荔枝果梗力学特性

为了给荔枝采摘机器人夹持与切割器的设计和控制提供依据,对荔枝果梗分别进行了切割性能和夹持性能的影响因素试验以及弯曲试验。试验结果表明:峰值切割力和切割强度随着切割速度增加而减小,随着切割角度的减少而减少,凹刃和凸刃的峰值切割力和切割强度都比平刃小;除果梗直径因素外对峰值切割力和切割强度影响显著的因素均依次为切割角度、刃口形式和切割速度;切割角度每减少1,峰值切割力和切割强度分别减少4.45N和0.16MPa;相比平刃的峰值切割力和切割强度,凸刃分别减少166.90N和2.11MPa,而凹刃分别减少167.39N和4.21MPa。随着夹持力增加,荔枝果梗与夹持物间摩擦力增加,夹持物为橡胶时,摩擦力最大,夹持力对摩擦力的影响大于夹持材料;试验范围内,最大摩擦力为44.54N。荔枝果梗具有较强的抵抗变形的能力,平均弹性模量为867.15MPa;试验范围内,最大弯曲力的平均值为118.95N,抗弯强度的平均值为56.03MPa。该研究为荔枝采摘机器人的夹持与切割机构的优化设计和控制提供了理论依据。     

甘蓝根茎部切割部位及方式优化试验研究

为了获得甘蓝根茎部的较佳切割区域和切割要素组合,对甘蓝根茎部进行了切割试验研究。分析了甘蓝根茎部不同直径处的最大切割力、平均切割力、平均含水率和粗纤维含量的分布及相互关系。进行了切割4因素混合水平正交试验,研究了夹持方式、切割方式、切割方向和切割速度对切割力指标的影响。分析结果表明,最大切割力和平均切割力与直径的关系均可用二次多项式拟合,且与粗纤维含量呈线性关系,直径30~35 mm范围为较佳切割区域;夹持方式和切割速度对最大切割力和平均切割力的影响均显著,切割方式仅对最大切割力的影响显著,对平均切割力的影响不显著,切割方向对最大切割力和平均切割力的影响均不显著。较优切割要素组合为单点夹持方式、滑切、向下削切和低速切割。研究结果为甘蓝收获机切割器的设计与改进提供了理论依据。     

油菜茎秆切割力影响因素试验

为了减少油菜联合收割机割台切割力，降低油菜切割损失，该文针对切割油菜茎秆切割力的主要影响因素切割方式、茎秆切割位置、切割刀片形式和切割速度在自制切割试验台上进行了单因素和多因素切割力测试试验。单因素试验结果表明：锯齿形刀的切割力比光刀的切割力要小；切割方式以滑切最省力；切割速度和切割位置对切割力影响最大，表现为切割速度越大，茎秆位置离地面高度越高，其切割力越小。多因素试验表明：在油菜茎秆离地高度400 mm处，采用锯齿形刀片滑切时切割力最小。研究结果为设计工作效益高、性能可靠的切割机构提供了理论依据。     

甘蓝根茎切割力影响因素分析

为了合理设计4YB-1型甘蓝收获机切割装置,使其对甘蓝根切割效果更好.该文在微机控制多功能试验机上,进行单因素和多因素正交试验,研究了切割方式、切割刀片形式、切割速度和切割位置对甘蓝根茎切割力的影响.结果表明,切割位置对切割力的影响最大,切割力随着切割位置接近甘蓝顶层叶而减小,较优的切割位置距顶层着叶5~40 mm处,根径为22~30 mm用锯齿刀滑切时能大大降低甘蓝根茎的切割力;切割力随着切割速度的增加而减小,切割速度为150 mm/min 时有利于顺利切割,此时最大切割力为97.8 N;甘蓝根茎切割采用锯齿刀、滑切方式为宜.研究结果为4YB-I型甘蓝收获机切割器的设计和安装提供了理论依据.     

蔬菜嫁接苗高速切割装置设计

针对现有嫁接机存在技术不成熟、价格较高、难以大规模推广应用的问题,提出一种采用高速蔬菜苗切割输送装置配合人工嫁接的新型嫁接模式。蔬菜苗高速切割输送装置包括穴盘输送装置、拨苗装置、切割装置和蔬菜苗输送装置等。根据切割装置结构和工作原理,分析了穴盘输送速度、拨苗轮转速和切割频率之间的关系,并进行了试验研究。试验结果表明:切割装置采用成排连续切割的方式,其蔬菜苗切割效率达到37 000株/h,能够满足嫁接流水线37个人工嫁接工位的用苗需求,达到了30工位的设计要求;刀具切割频率、拨苗轮转速需要匹配穴盘输送速度才能获得最小伤苗率和最优切割成功率。该装置的研制为规模化嫁接苗的生产提供了一种高效率、低成本的人机协同生产方式。     

设施蔬菜收获切割影响因素优化试验

为实现设施蔬菜收获机在收获过程中具有最佳的收获效果,该文设计了SHQG-I型设施蔬菜收获切割试验平台,该试验平台可对各个因素有效工作范围进行调整,采用响应曲面试验法对收获过程中刀具切割蔬菜茎部的切割综合影响因素进行优化。该文以奶油生菜为研究对象,根据奶油生菜的生长状况及种植情况,对收获切割的过程进行了分析,选取设施蔬菜的切割部位、切割方式、切削速度、削切角度、夹持距离、夹持角度6个参数作为影响因素,切割力大小作为试验指标,设计了SHQG-I型设施蔬菜收获切割试验平台。利用响应曲面试验法进行了试验,并利用Design-expert软件对试验结果进行分析,确定最优的工作参数:切削速度675 mm/s,削切角度4.85°,夹持距离98.5 mm,夹持角度64.5°。最终确定最优参数下的理论切割力为17.9 N,实际切割力为17.4 N,保证了收获成功率100%的情况下,有效降低了收获过程中切割力3~8 N/棵。该研究结果将用于温室蔬菜收获机的改进,同时对设施蔬菜收获提供参考。     

玉米茎秆往复切割力学特性试验与分析

为了研究玉米切割器切割茎秆的切割力与切割功耗,提高切割性能,研制了摆切式茎秆切割试验台。采用悬臂梁称重传感器、高频数据采集卡和LabVIEW软件组成的测试系统进行切割力学性能影响因素试验研究。根据测得的切割力连续变化曲线求得切割功耗,并分析了削切角、切割速度、切割位置、茎秆外皮与节点等因素对切割力及功耗的影响。试验结果表明：峰值切割力和切割功耗随着切割速度的增大和切割位置的增高而逐渐减小,且在削切角为20°左右时较小,切割性能较好;峰值切割力和切割功耗在节点处比节间增加56%,外皮所需切割力占63%～83%。该研究为提高切割器的切割性能提供了理论依据。     

适宜核桃壳划口位置改善其破壳特性提高整仁率

针对目前传统单一的机械破壳方式存在的破壳率和整仁率难以平衡的问题,该文以预处理视角研究了对新疆核桃进行破壳前划口预处理的静态压力试验,试验结果表明,核桃划口预处理相比未处理核桃的破壳力和破壳形变量明显减小,整仁率明显增加;当核桃划口位置和施加载荷位置均在核桃肚部时,核桃破壳力和破壳形变量均明显减小,与未处理的核桃相比破壳力减小了139 N,减幅为38.4%;破壳形变量减小了0.37 mm,减幅为18.2%;利用三维扫描仪对研究对象进行三维建模,使其更接近物料实形,并实施模型核桃划口处理。有限元静力学分析结果表明:未划口处理的核桃,其壳体表面最大应变、应力和形变发生在加载位置;当加载力相同时,划口预处理条件下在核桃划口位置产生的应变、应力和形变量最大;当核桃划口位置和加载位置均在核桃肚部时,核桃壳表面产生的应变、应力和形变量均较大。该研究结果经验证与静态压力试验结果基本吻合。研究结果为核桃划口机和核桃破壳设备的研制提供理论支撑。     

码石扦插联合生态护坡技术研究及其应用

为探讨码石扦插柳干措施在边坡治理中的适用性,系统地介绍了该技术的施工方法,并对其生态效果进行了调查。以北京市延庆县上辛庄水土保持试验示范基地码石扦插柳枝护坡小区为例,对扦插植物生长情况、根系生物量和土壤理化性质性进行了调查分析。结果表明:完工4a后,试验小区旱柳成活率达到94.19%,旱柳生长状况良好,枝繁叶茂,坡面生境得到较快恢复,物种多样性增加,土壤理化性质有所改善,坡面稳定性增强,土壤剪切力增大,水土保持效果显著。最后总结了码石扦插联合措施在边坡防护中的施工要点以及后期管理措施,以期实现该技术的推广应用。     

天然草场改良用振动式间隔松土机作业机理

为了提升草地振动式间隔松土机的作业性能,需要对机具的作业机理进行研究。通过对机具的工作单体进行运动仿真分析,探讨了松土部件在强迫振动作用下对草耕层土壤的破碎机理。通过分析得出松土部件的工作过程为切削土壤和抛起土壤两个交替作用的阶段,在松土作业过程中,松土部件既有挤压松土又有振动松土,土垡因受剪切、弯曲和拉伸等作用得到松碎,松土部件产生与松土铲切削方向呈一定角度的振动有利于土壤疏松和降低机具的牵引阻力。     

种子玉米籽粒果柄断裂机理试验研究

为降低种子玉米脱粒过程中的机械损伤,掌握种子玉米籽粒果柄的断裂机理,该文对不同品种、不同籽粒含水率、不同施力方式下的种子玉米籽粒果柄断裂特性进行了分析,试验结果表明：随籽粒含水率的增大,果柄抗压强度、抗弯强度、抗剪强度都减小,但抗拉强度增大;压力施力方式对果柄断裂力的影响程度最大,剪切力施力方式对果柄断裂力的影响程度最小;在同一分离方式下,不同品种玉米粒穗分离的难易程度不同。从而为玉米种子低损伤脱粒方式及部件研究和脱粒系统设计提供依据。     

甘蔗茎在弯曲荷载下的破坏

研究甘蔗的物理力学特性对研究甘蔗切割过程、设计刀片具有重要意义。该文采用三点弯曲方法研究甘蔗茎在弯曲荷载下的力学特性。以“桂林—1号”甘蔗为试验材料,在日本SHIMADZU公司生产的AG-I 50 AUTOGRAPH材料力学试验机上进行了蔗茎的弯曲试验。试验结果表明：蔗茎在弯曲荷载下主要有4种破坏形式：中性层裂纹、横向裂纹、底部纵向裂纹、不规则裂纹。其中基部和尾部试样以横向裂纹为主,其他部位的试样产生中性层裂纹;“桂林-1号”甘蔗基部弹性模量的平均值为1172 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为46.5 N/mm²;基部去掉蔗皮后,弹性模量的平均值为1514.8 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为42 N/mm²;蔗茎基部的弹性模量在剥皮前后有显著差异,且基部蔗芯的弹性模量明显高于未剥蔗皮基部的弹性模量。蔗茎基部的抗弯强度在剥皮前后无显著差异。     

滑剪组合式甘蔗根切装置的设计与试验

针对甘蔗切割过程中存在的宿根破头率高的问题，该研究通过分析甘蔗茎秆与刀具之间的相互作用关系，设计了一种基于“滑切+剪切”相组合的甘蔗根切装置，旨在提高根切作业质量。首先，通过分析传统圆盘式根切器的无支撑切割与滑剪组合式根切器的有支撑切割的作用原理，表明有支撑切割可以有效降低茎秆的弯曲阻力和惯性力，因此一定程度上阻止了茎秆产生较大的变形，有效保证了茎秆的切割质量，而滑切可有效降低切割阻力。并通过建立茎秆的根切受力模型，对根切器关键零部件的参数进行确定，采用等滑切角式刀片曲线进行滑切作业，滑切角和刀片刃口角分别为40°和45°。基于 ANSYS/ Workbench对根切器进行了静力学分析及模态分析，得到刀具的屈服强度为450～650 MPa，大于刀具所受最大应力102 MPa，最大变形量为4.94×10^-5 m，满足使用性能要求。切割电机和喂入电机对应的激振频率分别为 0~6.667 Hz 和 0~11.667 Hz，模态分析结果表明两电机的激振频率远小于根切器的一阶固有频率（60.89 Hz），因此不会引起共振现象，能够保障室内试验的顺利进行。搭建了可调刀盘转速、喂入速度及切割倾角的根切试验台，台架单因素试验结果表明当切割倾角、刀盘转速和喂入速度分别在10°～15°、140～220 r/min、1.1～1.7 m/s时，综合评价值较小，切割质量较优。正交试验方差分析结果表明各因素对综合评价值y均有显著影响；正交试验极差分析表明当切割倾角为15°，刀盘转速180r/min，喂入速度为1.4m/s时为最佳试验水平。经试验验证，此时综合评价值为0.256和0.298，切割质量较优。参考DG/T 117-2021 甘蔗收获机械试验方法对甘蔗破头率进行检验，剪切合格率高达90.4%，破头率降低至10%以下，滑剪组合式甘蔗根切器作业质量满足行业要求。本研究可为新型甘蔗根切器的设计与研制提供理论参考。     

黄瓜抓持特性与末端采摘执行器研究

为了设计用于黄瓜采摘的末端执行器,首先测定了黄瓜的抗压特性、表面摩擦系数和果柄切断阻力等物理特性。针对黄瓜抓持模型进行了力学分析,建立了气动驱动器中的气压值与抓持能力之间的关系。最后,研制了可用于黄瓜采摘的末端执行器,由抓持器和切割器组成,抓持器由2个基于气动柔性驱动器的弯曲关节构成,切割器由旋转气缸和刀片构成。该采摘执行器机械结构简单,输出力较大。试验结果表明：黄瓜抓持成功率为90%,黄瓜果柄割断成功率为100%,采摘时间为3 s。该采摘执行器采摘黄瓜效果良好,具有较好的实际应用前景。     

苎麻茎秆力学模型的试验分析

为了提供苎麻收割、剥制机械研究设计的力学参数及理论基础,论文对苎麻茎秆的几何形状进行假定,运用复合材料力学理论建立苎麻茎秆力学模型,利用微机控制万能试验机对苎麻茎秆各向(轴向、径向)及各组分(木质部、韧皮部和茎秆整体)进行拉伸、压缩、弯曲等力学试验,获得力学参数数据,并通过数据的分析计算获得苎麻茎秆力学模型的全部弹性参数。同时,试验结果表明,苎麻茎秆在轴向拉伸中表现更多为木质部的承载作用,其韧皮部与木质部的粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移;苎麻茎秆径向弹性参数测量值和通过各组分弹性参数值计算获得的计算值接近,苎麻茎秆径向符合复合材料的特性。     

4TSQ-2型甜菜切顶机设计及试验

针对甜菜分段收获技术需求,结合国内外甜菜收获技术及装备,该文提出了一种甜菜秧缨粉碎与顶部定切厚方式,并设计了切顶机。该切顶机主要由碎缨清理装置和仿形切顶装置组成,可一次完成甜菜缨叶的粉碎及青头的切削。理论分析了该机的关键部件结构参数及传动配置关系,确定了辊轴上2排甩刀或4排橡胶条的排列方式、25片/m的甩刀排列密度和26片/m的橡胶条排列密度,以及甩刀、橡胶条的结构参数。通过对仿形切顶装置进行运动学和力学分析,明确了连架杆、仿形板及切刀决定仿形效果及切顶质量,并确定了位置仿形机构和定厚切顶机构的关键结构参数。田间试验结果表明,该机的切顶合格率为93.6%,多切率为2.1%,满足甜菜切顶收获的指标要求。