香梨振动模态分析及硬度评估指标构建

为了实现香梨硬度这一重要内部品质的无损检测评估,该文结合有限元模态和试验模态分析方法,以了解香梨果形对不同振动模态频率的影响,并基于模态频率建立适于不同果形香梨硬度评估的指标。研究结果表明,扁圆-扁椭模态和第一类球形模态的频率可用于检测分析,信号感测适宜位置分别为香梨的梗端和赤道部,所获得的频率随香梨纵横比增大分别呈线性递减和递增趋势,根据这2种模态频率建立了新的硬度指标,与传统硬度指标比较,应用香梨硬度评估新指标计算时,香梨2种模态频率的有限元结果与试验结果的比值更接近1,分别为1.0050±0.0042和1.0000±0.0043。因此,硬度评估新指标可以准确地评估香梨的硬度,并且成功消除了果形的影响,研究结果对今后香梨果实硬度振动法无损检测技术开发更具有实际指导意义。     

库尔勒香梨振动模态的有限元分析及坚实度评估

为了实现香梨坚实度的可靠评估,该文采用有限元法对香梨振动模态分析,以明确库尔勒香梨果形对固有频率的影响,并建立更适于香梨坚实度评价的指标。研究结果表明：香梨梗端和萼端是振动信号激励和感测的适宜位置,其扭转模态、弯曲模态、拉压模态的固有频率?可用于香梨坚实度评估;采用香梨固有频率?、质量m、密度ρ及描述果形的纵横比q建立的公式?2m2/3ρ1/3qt能够有效评估香梨坚实度,各模态的固有频率?对应的t值分别为：扭转模态时,t=1.19;弯曲模态时,t=1.47;拉压模态时,t=0.47。这可为香梨内部品质的振动检测提供研究依据和实践指导。     

考虑质量时变的收获机械工作模态分析与试验

为研究复杂开放环境下收获机械田间作业过程由质量时变影响的工作模态及振动行为,该文搭建了一套收获机械工作模态测试系统,以4YZP-4HA型122 k W玉米联合收获机械为研究对象,建立收获机械车架工作模态测点模型,测定工作模态试验下的土壤-机器-植物等边界条件,并进行田间收获作业和运输工况的振动响应数据采集和时频域分析,利用时域随机子空间SSI(stochastic subspace identification)和频域的增强型频域分解EFDD(enhanced frequency domain decomposition)算法,辨识了在质量时变(田间收获作业)和质量非时变(运输工况)影响下的模态参数(模态频率、阻尼比及模态振型),并比较分析了2种算法的工作模态辨识结果。利用时频域分析方法获取了不同测点振动加速度幅值统计特征及频率分布规律,研究结果表明:田间收获作业工况振动强度高于运输工况,振动频率集中分布在20~150 Hz范围内,测点频率之间存在差异主要由不同位置刚度变化所致;通过比较SSI和EFDD方法辨识的模态频率,发现SSI和EFDD方法在相同频率范围内相差较小,且均落入傅里叶变换方法的频率分布区间,表明SSI和EFDD方法计算结果可信,能够较为准确地确定模态频率;质量时变下的收获机械车架模态振型特征主要表现为扭转、弯曲、弯扭和局部模态振型,其中1阶扭转振型频率接近29 Hz(SSI:29.578 Hz;EFDD:29.300 Hz)。研究结果可为复杂农田作业环境下收获机械的工作模态分析与试验提供参考。     

黄花梨果形的机器视觉识别方法研究

黄花梨的果形是分级的重要特征之一。利用机器视觉采集黄花梨图像,研究了不规则果品的形状描述方法,提出在黄花梨的分级过程中采用傅立叶变换与傅立叶反变换对来描述果形,开发了基于人工神经网络的果形识别软件。研究发现该傅立叶描述子的前１６个谐波的变化特性足以代表梨体的主要形状,采用傅立叶描述子与人工神经网络相结合的方法进行果形识别的精确率可达９０％。而且只要有合适的训练对,该方法也可以用来对其它水果进行外形识别     

玉米收获机割台振动特性及其主要影响因素分析

针对收获机械割台振动剧烈、故障率较高等问题,研究了割台动态振动特性及其影响规律。以4YZP-3XH-1型玉米联合收获机割台为研究对象,首先建立了割台机架有限元模型并计算其自由模态,研究了割台模态试验方法,利用特征实现算法识别其模态参数;其次,利用模态试验验证了有限元模型的准确性和可靠性,在此基础上,计算获取割台机架的约束模态;再次,利用时域和频域方法分析振动时域信号,获得怠速、运输和田间收获工况割台的振幅分布特征、主振方向和频率分布规律;最后,研究了割台振动的影响因素及其振动主频与模态参数之间的对应关系,指出了振动频率激起模态振型的规律。研究结果表明,割台机架第1阶试验模态频率为27.260 Hz,第2~10阶模态频率范围为34.311~126.035 Hz,模态振型以弯曲振型和扭转振型为主,割台主轴(28.77 Hz)、切碎刀(29.63 Hz)、还田机(43 Hz)等工作频率均落入其前10阶约束模态频率内;在怠速、运输和田间收获作业工况下,工作部件运行工况相较于仅发动机工作,2种模式下割台振幅相差1个数量级;引起割台振动的主要因素为:发动机的2阶发火频率(76.25 Hz),割台主轴、切碎刀、搅龙、拨禾链、还田机等工作部件的耦合振动,以及道路激励(1.5、2.5 Hz)。对比割台约束模态与振动频率,发动机2阶发火频率引起割台弯扭组合振型,道路激励引起整体振动,割台主轴(28.77 Hz)和切碎刀(29.63 Hz)振动频率激起割台机架的一阶弯曲振型,还田机(43 Hz)振动频率激起割台的扭转振型。研究结果可为收获机械割台模态试验与振动特性分析、对标设计和优化提供参考。     

玉米起茬机构的强度及振动特性分析与试验

玉米地膜污染治理中,玉米根茬较大、根系中大量气生根与地膜穿插在一起,致使玉米地膜回收较为困难,该文设计采用圆盘式起茬机构将玉米根茬起出,进行地膜回收,可有效解决玉米大根茬影响地膜回收的问题。但在双圆盘起茬过程中,田间地面不平引起的随机激励和圆盘刀等激励产生的振动频率接近起茬机构固有频率时,将引起共振加速,影响整机结构动态特性与可靠性。采用振动测试与模态分析方法,分析起茬机构田间振动特性,避免机构的共振影响起茬工作。首先,进行模态分析,提取机构固有频率与振型;其次,通过整机田间动态信号测试,进行动态数据采集分析,每个测点的振动响应进行快速傅里叶变换的频谱分析,测点位置的主要振动频率为19.53 Hz,与模态分析的一阶固有频率38.176 Hz相差较大,不在同一频率范围内,机构不会产生共振现象发生。根据胡克定律在一定的比例极限范围内应力与应变成线性比例关系,对田间动态数据进行计算得到机构的受力情况,计算受力最大处的测点4应力为227.94 MPa,小于普通炭钢的屈服强度为235 MPa,满足强度要求。该研究可避免起茬装置的共振发生,可为农机装备的振动特性分析与强度设计提供参考。     

秸秆抛送装置抛送叶轮的振动特性分析

针对叶片式秸秆抛送装置工作时的振动、噪声以及叶片疲劳断裂等问题,为减少共振的发生,利用有限元分析软件ABAQUS对抛送叶轮的自由模态与预应力模态进行了数值计算,其中预应力模态采用单向流固耦合方法对流场和叶轮结构响应进行求解,获得了该系统的前12阶模态频率以及振型,并利用扫描式激光测振仪对抛送叶轮进行了模态试验,验证了理论分析和数值计算的准确性。在分析了系统外部激振频率特点的基础上,对影响叶轮振动特性的结构参数进行了对比模拟。研究结果表明:预应力使叶轮的1和2阶频率提高幅度较大,对振型没有影响;叶片数对模态频率和振型影响最大,叶轮是否加筋对频率的影响其次,叶片厚度对低阶频率影响最小;三叶片叶轮最不易发生共振,四叶片次之,五叶片最易发生共振;叶片厚度为4 mm时最不易发生共振,5 mm时次之,6 mm时最易发生共振;叶轮加筋可以改善其动态性能,不易发生共振。该研究可为叶片式抛送装置结构振动特性的描述及动态性能的优化提供参考。     

用于振动采收的有果有叶果树振动模型构建

现有的果树振动有限元模型仅对果树的枝杆部分进行重建,忽略了果树的果实与树叶对果树固有频率的影响。该研究提出了一种将激光扫描技术与有限元法相结合,用空间6自由度梁单元构建果树空间振动模型。基于研究果实和树叶在树枝上的位置和质量分布规律,构建果树有果有叶、无果有叶、无果无叶振动模型。并对一棵小型实体银杏树分别处于有果有叶、无果有叶和无果无叶3种状态的频谱特性进行测试,并与构建的理论振动模型计算的各阶固有频率进行比对分析。结果表明,计算固有频率数量要多于实测所体现出来的固有频率数量,但实测固有频率均可在仿真频率中找到十分相近的值,且仿真模型的果树各枝振型幅值与实测的各枝加速度响应幅值相互的对应关系基本吻合;计算模型的最大相对误差为5.76%。该研究所述建模方法能够较准确有效地获取果树固有频率。     

基于改进HHT的泵站管道工作模态辨识

为提高管道工作模态辨识精度,在希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)辨识基础上,发展奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)联合滤波技术与HHT时频域辨识结合的模态辨识方法。SVD-EMD联合滤除结构振动信号中的强噪声,凸显结构振动特性,有效避免了后期HHT参数辨识过程中虚假模态干扰,提高辨识精度和准确性。将该方法应用于景泰二期工程3泵站2管道的模态参数辨识问题中,建立该管道有限元模型并计算其结构动力特性。对比该文方法辨识结果、随机子空间辨识结果与有限元计算结果,该文方法辨识结果稍小于随机子空间辨识结果,与有限元计算结果更接近,其最大辨识误差为3.6%。研究表明,该方法能准确辨识管道频率,且有效降低管道结构背景强噪声。该研究可为管道安全运行和在线健康监测提供参考。     

摇枝式油茶果采摘装置作业过程分析与试验

为了解决油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大和耗能过大的问题,针对摇枝式油茶果采摘装置,该文通过对油茶果振动脱落过程的分析,建立油茶果振动脱落模型并求解,得出影响油茶果脱落的主要因素为作用在枝条上的外力的振幅、频率、作用时间以和夹持位置,并通过预试验和正交试验得到摇枝式油茶果采摘装置的作业参数范围及漏采率最低情况下的作业参数组合。利用高速摄像对油茶果振动脱落过程进行记录,然后回放录像并分析,以油茶果脱落时间作为评价指标,得出采摘效率较高的振动频率、振幅范围为6～10 Hz和20～40 mm,根据平均落果时间范围确定采摘装置的振动作用时间约为4～12 s。根据油茶果在树上的主要分布范围(距离树冠表层260 mm左右),设计四因素三水平正交油茶果采摘试验,得出漏采率最低的作业参数组合为振动夹持位置在距离树梢末端260 mm以内、振动频率10 Hz、振幅20 mm、振动时间8 s,此时油茶果的漏采率为10.87%,花苞损伤率为31.80%。机械夹持方式和铁质的夹持材料对花苞损伤较大,需进一步优化采摘装置作业参数,优化夹持方式和采用柔软的夹持材料,实现油茶果的机械采摘。     

黄花梨的撞击力学特性研究

农产品在收获、分级、包装、运输和加工中将发生机械损伤,而碰撞是导致机械损伤的主要原因之一。该文以黄花梨为试验对象,进行了不同下落高度、不同梨质量和坚实度等对碰撞参数指标如力峰值、到达力峰值时间、碰撞总时间、力峰值/到达力峰值时间的比值等影响的碰撞特性试验。试验表明3个试验因子对力峰值/到达力峰值时间的比值、损伤体积和力峰值的影响大都为显著。碰撞参数指标内部之间的相关性不尽相同。碰撞损伤预测模型可采用V=β0+β1h+β2m+β3f来表达     

基于声振响应法的香梨硬度无损检测

为了探索香梨硬度无损检测的方法,该研究搭建了由压电梁式传感器进行信号激励和感测的检测装置,分析了装置信号检测的稳定性,提取了香梨共振频率和声速并进行香梨硬度评估,然后将这两响应参数的评估硬度与香梨硬度的M-T穿刺法(Magness-Taylor)测量结果进行线性回归分析,以构建香梨硬度的检测模型。结果表明,检测装置的共振频率和声速信号检测稳定可靠,并且在香梨赤道部不同位置激励感测均无显著差异(P0.05);基于共振频率法和声速法的硬度评估指标可以构建3种香梨硬度检测模型,相关系数分别为0.841、0.877和0.938,其中由共振频率检测硬度和声速检测硬度联合构建的检测模型硬度检测敏感度为67.30%,最接近M-T穿刺法检测敏感度,该模型对香梨正常果和粗皮果的检测准确率较高,达到86.7%。研究结果可为声振法无损检测香梨硬度提供参考。     

Compositional changes in 'Bartlett' pear ( Pyrus communis L.) cell wall polysaccharides as affected by sunlight conditions

Preharvest conditions can have a great impact on fruit quality attributes and postharvest responses. Firmness is an important quality attribute in pear, and excessive softening increases susceptibility to bruising and decay, thus limiting fruit postharvest life. Textural characteristics of fruits are determined at least in part by cell wall structure and disassembly. Few studies have analyzed the influence of fruit preharvest environment in softening, cell wall composition, and degradation. In the current work 'Bartlett' pears grown either facing the sun (S) or in the shade (H) were harvested and stored for 13 days at 20 °C. An evaluation of fruit soluble solids, acidity, color, starch degradation, firmness, cell wall yield, pectin and matrix glycan solubilization, depolymerization, and monosaccharide composition was carried out. Sun-exposed pears showed more advanced color development and similar levels of starch degradation, sugars, and acids than shaded fruit. Sunlight-grown pears were at harvest firmer than shade-grown pears. Both fruit groups softened during storage at 20 °C, but even after ripening, sun-exposed pears remained firmer. Sunlight exposure did not have a great impact on pectin molecular weight. Instead, at harvest a higher proportion of water-solubilized uronic acids and alkali-solubilized neutral sugars and a larger mean molecular size of tightly bound glycans was found in sun-exposed pears. During ripening cell wall catabolism took place in both sun- and shade-grown pears, but pectin solubilization was clearly delayed in sun-exposed fruit. This was associated with decreased removal of RG I-arabinan side chains rather than with reduced depolymerization.     

Effects of preharvest calcium sprays on apple and pear quality

Fruit from apple (Malus domestica Borkh.) and pear (Pyrus communis L.) trees sprayed with calcium chloride (CaCl₂) had higher fruit calcium (Ca) concentrations by 10% or more than the unsprayed control trees. In ‘Delicious’ and ‘Golden Delicious’ apples, the incidences of bitter pit, scald, and internal breakdown were substantially reduced with CaCl₂ sprays. In most instances, firmness, total acidity, and juiciness ratings of apples were improved with CaCl₂ sprays. In ‘Anjou’ pears, the incidence of cork spot was reduced with CaCl₂ sprays. Only sprays of NutriCal and CaCl₂ + Regulaid showed substantial increases in fruit firmness of ‘Anjou’ pear. In 1991, yield of ‘Anjou’ pear trees was increased by 36% with CaCl₂ sprays compared with the control trees.     

模拟3自由度振动条件下水果运输振动加速度传递率及损伤研究

为探寻水果卡车运输的振动及损伤，通过模拟3自由度振动试验，研究了梨塑料箱盛装时包装箱在各方向振动的加速度传递率，分析了振动频率对梨损伤的影响，探讨了梨在一定频率下振动至失去商品性时的振动次数与振动积累加速度的关系。试验结果表明，在一定振动频率范围内，越是上层塑料箱，其在各方向振动的加速度传递率越大，顶层塑料箱在左右、前后方向振动的加速度传递率远大于上下方向的；在相同加速度条件下，振动频率越小梨越容易产生损伤；在确定的振动频率下，梨振动至失去商品性时的振动次数N，与振动积累加速度g₀存     

新疆地方品种梨果实品质性状综合评价

为了优良品种的筛选、选育及推广应用提供科学理论依据,建立8个新疆地方品种梨的果实品质综合评价体系。以‘鄯善红梨’‘鄯善句句梨’‘鄯善黄麻梨’‘晚熟塔西梨’‘鄯善早熟句句梨’‘诺尕依梨’‘雅格丽克梨’和‘库车句句梨’为试材,测定其14项果实内外品质指标,对14项指标进行相关性分析和因子分析,建立基于因子分析的综合品质评价模型,并根据综合品质得分进行优良度排序。结果表明:8个新疆地方品种梨14项果实品质性状变异系数有所不同,其中色差值a~*(红绿差异)的变异系数较大,其变异系数为225.40%,单果质量、果实纵径、果心质量、色差值L~*、果实硬度、总酸含量和糖酸比的变异系数均中等,在20.0%～45.0%范围之内,其余果实品质指标的变异系数均相对较小(小于20.0%),且各果实品质指标间均存在不同程度的相关性。经因子分析提取出特征根值均大于1的4个公因子,其累计方差贡献率达88.90%,其中第1公因子的贡献率为31.15%,主要由果实纵径、单果质量、果心质量、果实横径和果形指数5个因子决定,主要反映了果实大小、果心大小和果实形状。第2公因子的贡献率为23.31%,由糖酸比、果实硬度、含糖量和总酸含量4个因子决定,主要反映了果实酸甜口感品质和耐运强度的高低。第3公因子的贡献率为18.29%,由色差值L~*、色差值a~*和色差值b~*3个因子决定,主要反映了果实表面颜色色差程度。第4公因子的贡献率为16.15%,由可食率和果柄长度2个因子决定,主要反映了果实可食部分大小和果实抗风能力强度的高低。经综合品质评价模型得出,新疆梨8个地方品种果实综合品质得分的优良度排序依次为‘诺尕依梨’‘雅格丽克梨’‘库车句句梨’‘鄯善黄麻梨’‘鄯善句句梨’‘鄯善红梨’‘鄯善早熟句句梨’‘晚熟塔西梨’,研究结果为新疆地方梨品种的合理应用及科学推广提供参考。     

基于力声信号锯齿化多特征融合的香梨脆度评价

为了实现香梨脆度更符合感官评价的检测,该研究采用质构仪与麦克风同步采集香梨果肉破裂时的力声响应信号,然后采用峰值法、傅里叶功率谱法和表观分形维数法对力声响应曲线的锯齿化特征进行度量,分别提取了29个力学锯齿度参数和14个声学锯齿度参数用于香梨果肉感官脆度预测。研究结果表明,在43个锯齿度特征参数中,35个特征参数与香梨果肉感官脆度存在显著相关性（P<0.05）,可反映香梨脆度变化。通过主成分分析提取了前8个主成分解释原变量85.58%的信息,以这8个主成分构建预测感官脆度的多元线性回归模型,模型校正集相关系数为0.862,均方根误差为0.588,表明该模型具有较高的预测精度和稳定性,可为香梨脆度的仪器准确检测提供研究基础。     

Response of apple and pear trees to nitrogen,phosphorus, and potassium fertilizers

Apple (Malus domestica, Borkh) and pear (Pyrus communis, L.) trees responded to nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) fertilizers. In low P soils, leaf, and fruit P concentrations were increased and yield was improved with moderate rates of mono‐ammonium phosphate (MAP) fertilizers. Improved fruit quality including fruit firmness, red fruit color of ‘Delicious’ apples, and a lower incidence of fruit disorders of apples (bitter pit) and pears (alfalfa greening and cork spot) was frequently associated with trees that were fertilized with calcium nitrate [Ca(NO₃)₂] (CN). Although yield was often improved in experiments containing N‐P‐K or MAP fertilizers, long‐term use of N‐P‐K or MAP could be associated with a higher incidence of fruit disorders and a lower soil pH than with CN fertilizer at equivalent rates of N.