油菜籽粒点面接触碰撞中恢复系数的测定及分析

为建立油菜籽粒与播种、收获等机具相关重要工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,该文基于运动学方程构造了油菜籽粒恢复系数的测定装置,并针对油菜籽粒的弹性特性进行了试验测定和分析。针对华双4号油菜品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究了碰撞材料、碰撞材料厚度、自由下落高度和含水率等因素对油菜籽粒恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和碰撞材料厚度等重要因素进行了单因素试验,并进一步获得下落高度和碰撞材料厚度2个因素对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响油菜籽粒恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、自由下落高度、碰撞材料厚度和含水率。油菜籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小,并且随着下落高度的增加而减小,随着碰撞材料厚度的增加而增大。在碰撞材料为厚1 mm的Q235和籽粒含水率8.06%条件下,恢复系数随下落高度变化的回归方程决定系数R2=0.9979;在碰撞材料为Q235、籽粒含水率8.06%和下落高度420 mm条件下,恢复系数随材料厚度变化的回归方程决定系数R2=0.9872。该文结果可为油菜精密播种及高性能收获机具中相关工作部件的设计提供依据。     

采用高速摄影技术测定油葵籽粒三维碰撞恢复系数

为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,借助高速摄影技术,记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素:碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明,油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小;油葵籽粒与Q235之间恢复系数,随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大,随着下落高度的增加而减小,随着材料厚度的增加而增大,随着含水率增大而降低,且在碰撞部位试验中,籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程,且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明,影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率,其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著,材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明:基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值;三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明:三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。     

收获期马铃薯块茎碰撞恢复系数测定与影响因素分析

为了建立马铃薯块茎在土薯分离机构和振动筛上发生碰撞时的碰撞模型,该文基于质点对固定面的碰撞动力学理论在自制测定装置上对马铃薯块茎碰撞恢复系数进行了试验测定。对块茎碰撞恢复系数的主要影响因素碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种等进行了混合正交试验和单因素试验。混合正交试验结果表明,各因素对马铃薯块茎碰撞恢复系数的影响顺序为:碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种,其中碰撞材料、下落高度、块茎质量和含水率影响较为显著。单因素试验结果表明,马铃薯与65Mn钢、橡胶、马铃薯和土块间块茎碰撞恢复系数依次减小,其中新大坪的值分别为0.791 2、0.710 5、0.663 2、0.525 3,陇薯7号的值分别为0.762 7、0.695 2、0.690 4、0.563 1;马铃薯块茎碰撞恢复系数随着下落高度、块茎质量和含水率的增加而减小,回归方程决定系数均大于0.9。研究结果可为马铃薯收获机挖掘及土薯分离装置关键部件的优化设计提供参考。     

玉米螺旋式清选装置的设计与试验

针对传统振动筛存在噪音大、筛分效率不高等问题,该文基于螺旋输送原理设计出一种玉米螺旋式清选装置,装置主要由输送搅龙、料槽、半圆筛片、减速电机、变频器等组成。输送搅龙外径为100 mm,螺距为100 mm,工作长度为2 000 mm,螺旋轴轴径为20 mm,6 mm孔径的筛片开孔率约为40%,16 mm孔径的筛片开孔率约为35%。以筛分效率和破碎率增加值为试验指标,对含水率为14.5%的玉米分别进行大杂清选试验和小杂清选试验。大杂清选试验结果显示,筛分主要在筛片前部分完成,且破碎率随着输送搅龙转速的增加而增加。小杂单因素试验表明,随着输送搅龙转速的增大,筛分效率逐渐增加,破碎率增加值逐渐增大;随着初始填充系数的增加,筛分效率缓慢降低,破碎率增加值逐渐增大;随着输送角度的增大,筛分效率先增加后减小,破碎率增加值逐渐增加。小杂正交试验结果表明,3种试验因素的最优组合为初始填充系数20%,输送角度0°,输送搅龙转速500 r/min;显著性检验结果显示,输送搅龙转速对筛分效率和破碎率增加值的影响均显著（P<0.05）;输送角度对筛分效率和破碎率增加值的影响均不显著（P>0.05）;而初始填充系数对筛分效率的影响显著（P<0.05）,但对破碎率增加值的影响却不显著（P>0.05）。该装置工作过程中噪音较小,运行可靠,筛分效率达到98.5%,试验结果可为后期研发螺旋式清选设备提供参考。     

工程车辆翻车事故中司机头部伤害与保护仿真

为了研究司机的头部在碰撞中的机械响应特性,该文采用有限元三维实体建模技术,建立了成人头部碰撞模型。通过虚拟试验方法使用成人头部模型对驾驶室内饰进行冲击分析,比较不同厚度和密度的聚氨酯泡沫对人体头部损伤评价指标的影响。结果表明：头部损伤值（HIC(d)）随着泡沫厚度的增加而减小,随着密度的增大,呈现先减后增的二次抛物线趋势。在驾驶室内壁覆盖18 mm厚的聚氨酯泡沫材料可以降低翻车事故中二次碰撞对司机头部的损伤。     

切流式花生全喂入联合收获机清选机构设计

针对切流式花生全喂入联合收获机清选环节果杂分离不清、损失率高、缠膜挂秧、筛面堵塞等难题,该文设计了一种风筛组合、无阻滞、大小杂并除的清选机构,其主要由上层筛(杆筛)、下层筛(多阶弹性筛和后筛)、抖草轮、偏心套、风机等组成。该文运用动态静力学方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对筛面上滑、下滑、从筛面跃起的极限条件,确定了振动筛主要运动参数的理论值域;运用达朗伯原理开展了交变载荷下筛体的受力分析,确定了筛体关键结构参数。该文对影响清选作业质量主要因素开展了试验研究,试验结果表明:影响清选机构综合作业质量的主次作用因素为主风机转速、振动筛振幅、振动频率,较优参数组合为主风机转速2 100 r/min、振动筛振幅12.5 mm、振动频率9Hz,此时清选损失率5.03%、荚果含杂率5.39%;清选机构作业顺畅性较好,较少出现缠膜挂秧、筛面堵塞现象。研究结论可为切流式花生全喂入联合收获机清选机构的设计提供理论参考。     

油菜脱出物振动筛分运动分析及试验研究

通过分析振动筛抛射强度对筛面物料运动状态的影响，以颗粒的碰撞理论为基础，建立单个物料颗粒在筛面上的运动模型，并通过运动稳定性分析，得到不同抛射强度下物料颗粒的运动规律。通过试验得出对应抛射强度下的清选损失率。根据振动筛主要工作参数对筛面抛射强度的影响，为油菜联合收割机清选装置振动筛运动参数的合理选取提供参考依据。     

全喂入谷子联合收获机脱出物含水率对其悬浮特性的影响

谷子脱出物的悬浮特性是研究谷子收获清选参数优化及装备改进设计的基础特性。该文采用气吹式粮油作物脱出物悬浮速度测量装置,根据悬浮速度测定方法国家标准要求,设计分段悬浮试验测量了谷子经联合收获时的待清选脱出物各组分的悬浮速度及其在不同含水率下的悬浮速度,探究了谷子脱出物悬浮速度与其含水率的关系,预估了适宜的清选风速范围,并通过清选试验进行了验证。试验结果表明:收获的谷子脱出物籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度分别是4.29～8.88、1.03～5.48、1.71～5.33、1.03～3.09 m/s,籽粒的悬浮速度大于叶子的悬浮速度,但与穗瓣、茎秆的悬浮速度数值区间有极小部分重叠。随着谷子作物含水率的降低,谷子籽粒悬浮速度与穗瓣、茎秆、叶子悬浮速度的差距在增大。含水率均显著影响谷子脱出物各组分的悬浮速度(P≤0.05),谷子籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度均随其含水率的增高而增大,且均与其含水率呈二次函数关系(R2≥0.95)。清选试验结果证明预估是合理的,谷子脱出物的适宜清选风速范围为4.29～5.48m/s,最佳清选风速为4.47m/s,此时籽粒损失率为4.68%,籽粒清洁度为98.83%。该研究可为谷子适时收获时期和最优清选工作参数的确定提供参考。     

无导向片旋风分离清选系统的试验分析（简报）

为简化微型小麦联合收割机旋风分离清选系统的结构,便于推广应用,进一步满足微型小麦联合收割机清选性能要求,该文运用正交试验、通用旋转组合试验和优化设计,找到了分离筒内无导向片的旋风分离清选系统各部分的结构参数和运动参数的最优组合.试验结果表明,吸杂风机转速、扬谷器转速和分离筒上锥角对籽粒清洁率和清选损失率影响均显著,但简体高度对籽粒清洁率和清选损失率影响不显著.当吸杂风机的转速为2399 r/min,扬谷器的转速为1097 r/min,所得到的清洁率可达到99.15%,损失率为0.295%.     

脱出物喂入量对多风道清选装置内部气流场的影响

为研究联合收获机脱粒装置脱出物喂入量对清选装置内部气流场的影响,研制了多风道清选试验台,在清选室内振动筛上、下方分别布置25个气流速度测点,并在风机转速1 350 r/min、鱼鳞筛开度22 mm、分风板Ⅰ倾角24°、分风板Ⅱ倾角20°的额定工作参数下,采用VS110型热线式风速仪对清选装置内部无脱出物和1~4 kg/s脱出物喂入量工况分别进行气流场测量试验。试验结果表明:各测点的气流速度随脱出物喂入量的增大而有着不同程度的减小;无脱出物时各测点的气流速度最大,喂入量每增大1 kg/s,振动筛上方测点的气流速度下降1.2%~16.4%,振动筛下方测点的气流速度下降1.4%~9.3%;特别是在最大4 kg/s喂入量时,振动筛上方气流速度衰减较多,比无脱出物时气流速度下降12.6%~30.7%;相同喂入量条件下,振动筛横向1/3、2/3处的气流速度比1/2处大,振动筛纵向筛面上方前部气流速度较小、中后部气流速度较大、筛尾处气流有所回升。研究结果为多风道清选装置的设计和田间试验时参数调整提供依据。     

冰草种子物性参数测定与离散元仿真参数标定

为了提高冰草种子丸化包衣过程离散元仿真模拟试验所用参数的准确度，该研究通过物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先，采用物理试验的方法测定冰草种子的基本物性参数（外形尺寸、千粒重、密度、含水率、泊松比、弹性模量和剪切模量）和接触参数（静摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数），参考物理试验测定结果选择仿真试验参数取值范围，采用Plackett-Burman试验对仿真参数进行显著性筛选，筛选试验结果表明：冰草种子-冰草种子静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数对仿真试验休止角有显著性影响。进一步通过最陡爬坡试验确定3个显著性参数最优取值范围，并根据Box-Behnken设计试验得到显著性参数与休止角的二阶回归模型，以物理试验实测的休止角30.54°为优化目标值获得最优参数组合：冰草种子-冰草种子静摩擦系数为0.57、冰草种子-冰草种子滚动摩擦系数为0.74、冰草种子-冰草种子碰撞恢复系数为0.54。最后对物理试验休止角和仿真试验休止角进行双样本T检验得出P>0.05，结果表明仿真得到的休止角与物理试验值无显著性差异，且最优参数组合下仿真试验休止角结果30.86°与物理试验休止角结果30.54°的相对误差为1.037%，进一步验证了仿真试验的可靠性。研究结果表明标定所得的最优参数可用于冰草种子丸化包衣过程的离散元仿真试验。     

农业和食品领域中颗粒碰撞恢复系数的研究进展

颗粒碰撞广泛存在于农业和食品领域中,碰撞恢复系数是确定颗粒碰撞后运动行为的主要参数之一,通常以颗粒碰撞前、后速度的比值来表述,使用合适的测量装置可以获得准确的碰撞恢复系数,与其他参数结合应用理论分析和数值模拟可以预测颗粒碰撞后的响应行为。该研究针对在农业和食品领域中颗粒3类碰撞恢复系数（牛顿恢复系数、Poisson恢复系数、能量恢复系数）适用性不明确,颗粒碰撞恢复系数测量装置功能的局限性,颗粒碰撞恢复系数在应用中的简化等问题,介绍了3类碰撞恢复系数的定义,讨论了它们的等价性与适用性,归纳分析了颗粒碰撞恢复系数测量装置的特点,概述了颗粒碰撞恢复系数标定的研究现状,总结了不同因素对颗粒碰撞恢复系数影响的试验研究,重点阐述了颗粒碰撞恢复系数在理论模型和数值模拟中的应用。并对颗粒多点碰撞恢复系数的研究、颗粒碰撞恢复系数测量装置的创新设计及颗粒碰撞恢复系数在应用中的完善提出展望,以期为农业物料和食品碰撞恢复系数的深入研究提供参考。     

降低气力输送小麦能耗的试验研究

气力输送是应用广泛的物料输送方法，但能耗较高是一大弊端，为了降低谷物气力输送的能耗，从而充分发挥气力输送的优越性，故采用正交的二次回归旋转组合试验，以小麦为试验材料，选择谷物含水率、气流速度和料气浓度比作为试验因子，进行能量消耗的测试。找出了能耗与各因素间的回归方程，并确定了影响能耗的主次因素，得出了主要因素对能耗的影响规律。对试验结果进行统计计算和方差分析，得出：风速对能耗影响最大，浓度比次之，含水率最小；气流速度与能耗成二次抛物线关系；料气浓度比与能耗成一次线性关系；小麦含水率与能耗成二次抛物线关系。在试验研究和理论分析的基础上提出：在满足生产率要求和不破碎、不掉料的前提下，尽可能选择能够输送的较低的气流速度；若设备动力有余量，可以适当提高浓度比，但应注意浓度比提高引起的输送不稳定性；为获得较好的输送效果，应尽量选择谷物水分适当。     

小麦籽粒振动筛分黏弹塑性接触模型构建及其参数标定

为更好地模拟小麦籽粒(麦粒)振动筛分过程,该文在现有离散元接触模型基础上,通过EDEM软件应用程序编程接口,构建了一种麦粒黏弹塑性接触模型。该接触模型法向方向通过将Kuwabara and Kono非线性黏弹性接触模型中的黏性耗散项引入Thornton滞回接触模型进行构建;切向方向采用简化Thornton切向接触模型;滚动摩擦力矩计算同Hertz-Mindlin(no slip)接触模型。法向模型参数标定采用单轴加载-卸载试验、碰撞试验,分别构建了模拟-试验接触力误差平方和与麦粒屈服重叠量、恢复系数与法向阻尼系数的二阶回归方程,得到麦粒屈服重叠量为7.63×10-6 m,麦粒-麦粒/钢板法向阻尼系数分别为190.68和306.65。切向模型参数利用旋转鼓试验进行标定,得到最佳麦粒-麦粒/钢板静摩擦系数组合为0.40和0.44。最后利用振动筛分试验对所标定参数进行验证,模拟与试验所得筛下麦粒质量分数最大误差为8.97%,模拟中筛下物分布规律与试验结果无显著性差异,表明所建立的接触模型及标定的参数能够很好地模拟麦粒振动筛分过程。该文也可为其他农业物料黏弹塑性接触模型构建及其参数标定提供参考。     

Influence of Foliar Iron Fertilization Rate on the Breakage Susceptibility of Wheat Seeds

The objectives were to determine the effect of different levels of foliar iron fertilization on the some physical properties and breakage susceptibility of wheat seed. Foliar iron treatments were combinations of three fertilization rates [0 (control), 1.2 and 2 L ha^?1, Fusin] at three replications. The harvested seeds were then subjected to impact energies of 0.1 and 0.2 J, at moisture contents of 8.5, 15, 20 and 25% (w.b.), using an impact test apparatus. Results indicated that the values of the seed physical properties increased with increasing iron rate. Iron fertilizer rate, moisture content and the interaction between two variables significantly influenced breakage susceptibility of wheat seeds at the 1% probability level (P < 0.01). Resistance to the breakage of wheat seeds increased following a polynomial relationship with increase in the foliar iron rate. Increasing the rate of foliar iron from 0 to 2 L ha^?1 caused a significant decrease in the mean values of damage by a factor of 1.8 from 66.188 to 36.688%. As the moisture content of the seeds increased from 8.5 to 25%, the amount of the percentage breakage of seeds decreased, as a polynomial. The maximum rate of decrease in the damage to seeds, with increasing moisture content, was obtained at higher iron fertilizer rates.     

机械式小麦射播排种器参数优化与试验

针对机械式小麦射播排种器作业过程中存在的种子碰撞力较大、破损率高的问题，该研究采用TRIZ（Theory of the Solution of Inventive Problems）理论对小麦机械式射播排种器的关键部件参数进行优化，通过对种子在排种器内部的运动学分析，确定了影响小麦种子与排种器内部碰撞程度的因素为排种器转速、叶片后倾部分曲率半径与叶片安装角度，采用EDEM软件模拟小麦种子在排种器内部的运动情况，以种子破损率、平均排种速度与播种深度变异系数为试验指标，进行台架试验，结果表明，当排种器转速为1 000 r/min，叶片后倾部分曲率半径为40 mm，叶片安装角度为15°时，种子破损率为1.1%，平均排种速度为32.5 m/s，播种深度变异系数为8.9%，满足小麦播种作业要求。