花生荚果碰撞模型中恢复系数的测定及分析

针对CFD-DEM仿真过程中花生荚果与收获机械重要工作部件间的碰撞模型参数缺失问题,利用运动学方程原理设计了花生荚果恢复系数的测定装置,对花生荚果的弹性特性参数进行试验测定与分析。花生品种选用四粒红和白沙,采用L_(16)(4~4×2~3)混合正交试验方案研究碰撞材料、下落高度、荚果质量、含水率、品种、材料厚度等因素对花生荚果恢复系数的影响。结果显示:影响花生荚果恢复系数的因素主次顺序为,碰撞材料、荚果质量、含水率、下落高度、材料厚度和花生品种,碰撞材料、荚果质量及含水率较为显著。花生荚果恢复系数随Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等材料依次减小,并随着荚果质量和含水率的增加而递减。碰撞材料为Q235(厚1mm)、含水率为17.5%的白沙、下落高度为100cm、荚果质量为1.3g时恢复系数达到最大值为0.426 7;在相同条件下选用质量为2.5g含水率为8.3%的荚果时恢复系数达到最大值0.390 9。该研究可为花生收获机械的参数设计及优化提供参考依据。     

籽棉碰撞模型中恢复系数的测定及分析

为建立籽棉与其收获及处理机具工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,采用基于运动学方程的恢复系数测定装置,对籽棉恢复系数进行测定及分析。不同下落次数的籽棉恢复系数通过下落实验进行测试,实验装置下落高度范围200～400 mm、材料厚度2～6 mm,考察材料为Q235钢、铝合金、有机玻璃和橡胶的碰撞。针对含水率为12.54%的"中棉6913"籽棉品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究碰撞材料、材料厚度、自由下落高度和籽棉个数四因素对籽棉恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和材料厚度进行单因素试验,并获得下落高度和材料厚度对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响籽棉恢复系数因素的显著性顺序为:碰撞材料下落高度材料厚度籽棉个数;其中籽棉个数对恢复系数影响不显著。由单因素试验结果可得:籽棉与碰撞材料之间恢复系数顺序为:Q235铝合金有机玻璃橡胶;在试验范围内,籽棉恢复系数随着下落高度的增加而近似线性减小;随碰撞材料厚度的增加先呈显著增大后缓慢增大。上述结果可为籽棉收获及处理机具中相关工作部件的合理设计及籽棉与机构联合仿真提供理论参考。     

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。     

蓖麻蒴果力学特性试验及仿真研究

为探究蓖麻蒴果破壳力变化规律及破裂机理,以1987品种、通蓖7号、通蓖9号及通蓖11号为研究对象,首先计算其球度,并采用WDW-2型微机电子万能试验机进行准静压力学特性试验,测得4个含水率下的蓖麻蒴果在顶部加载及中部加载下的破壳力,并根据试验结果将破壳过程分为达到破壳力、外种皮破裂及籽粒破损三个阶段。试验结果表明:品种对球度无显著影响;品种对破壳力有显著影响,1987品种蒴果破壳力最小,通蓖7号及通蓖11号次之,通蓖9号最大;含水率对破壳力有极显著影响,破壳力与含水率呈二次曲线关系;加载方式对破壳力有显著影响。其次将蓖麻蒴果视为球体,计算其在51.26N的作用下球心应力为0.80MPa。最后以通蓖11号蒴果为例,对破壳各阶段进行有限元分析。结果表明:顶部加载下达到破壳力时室与室结合破坏,在内侧形成缺口,外种皮破裂时裂纹在缺口处延伸,单室蒴果在法向最大轴线处种皮破裂,籽粒破损时籽粒裂纹在法向最大轴线处形成;中部加载下达到破壳力时,外种皮破裂阶段与顶部加载相同,籽粒破损阶段裂纹出现在切向最大轴线处。仿真分析得到的裂纹与试验结果一致,中心点处应力计算值与仿真结果比值为1.17。研究结果可为蓖麻蒴果脱壳机关键部件的设计提供参考。     

马铃薯恢复系数测定试验分析

针对马铃薯与收获机摆动分离工作部件间的碰撞模型参数缺失问题,选择"费乌瑞它"、"克新1号"、"大西洋"和"甘农薯5号"作为试验对象,研究下落高度、碰撞材料、碰撞材料厚度和马铃薯硬度等相关因素对马铃薯恢复系数的影响。结果表明影响马铃薯恢复系数程度的主次顺序为马铃薯硬度、碰撞材料、下落高度和碰撞材料厚度。马铃薯恢复系数随下落高度、碰撞材料厚度和硬度的回归方程研究结果表明恢复系数随65Mn钢、铝合金、木板和橡胶等材料依次减小,随马铃薯下落高度的增加递减,并随着硬度和碰撞材料厚度的增加而增加。本研究可为马铃薯挖掘机摆动分离筛等工作部件的设计和优化提供参考。     

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。     

镉对不同品种蓖麻种子发芽的影响

土壤中镉(Cd)对农作物有重要影响,模拟研究了7个不同浓度Cd处理对3个蓖麻品种种子发芽的影响。结果表明:3个蓖麻品种中哲蓖4号发芽情况最好,发芽率、发芽势、芽长、根长均高于其他品种,且在Cd浓度低于40 mg/L的情况下具有较大的发芽指数和活力指数,可作为受Cd污染土壤的首选品种。不同蓖麻品种对Cd的反应不同,哲蓖4号表现为低浓度(低于20 mg/L)Cd可促进发芽,而高浓度的Cd对其发芽具有一定的抑制作用;通蓖5号和通蓖6号在各浓度Cd处理下均表现为抑制作用。     

盐碱胁迫对蓖麻种子萌发的影响

选择哲蓖3号、哲蓖4号、通蓖5号3个品种的蓖麻种子,采用不同浓度的混合盐碱溶液处理进行发芽试验.结果表明:低浓度盐碱处理能促进蓖麻种子萌发,相对发芽率、发芽势、发芽指数升高,而高浓度盐碱处理则抑制蓖麻种子萌发,发芽率、发芽势、发芽指数下降;低浓度盐碱处理蓖麻子叶中可溶性糖含量升高,高浓度盐碱处理蓖麻子叶中可溶性糖含量降低;3个品种蓖麻种子中,哲蓖3号种子对盐碱胁迫的耐受力强于通蓖5号、哲蓖4号.     

旱作对蓖麻产量和农艺性状的影响

研究了旱作对5个蓖麻品种主要农艺性状和籽粒产量的影响。结果表明:旱作对哲蓖4号果穗长和果枝长等穗部性状及产量指标影响较小;旱作条件下产量由高到低依次为哲蓖4号、通蓖5号、通蓖杂6号、通蓖杂4号、哲蓖3号     

蓖麻新品种"湘蓖1号"

一、特征特性湘蓖1号蓖麻茎秆紫色,蒴果有刺,株型紧凑。属中熟品种,从出苗到主茎穗成熟120天左右。平均株高195.7厘米,主茎穗位40.1厘米,分枝4～8个,有效穗长43厘米,单株成熟穗6～10个。     

葡萄果实碰撞损伤试验研究及有限元分析

针对葡萄在收获、储运过程中的碰撞损伤问题,对其进行不同高度的跌落碰撞试验,采用高速摄像机拍摄碰撞过程,分析跌落碰撞速度与果实碰撞损伤程度之间的关系;进行应力松弛试验;基于ABAQUS建立葡萄果实碰撞力学模型,进行跌落碰撞仿真试验,并对其进行有限元分析,将有限元分析结果与碰撞试验结果进行比较。结果表明:当葡萄的碰撞速度从0.5m/s增大到3m/s时,变形量从1.1mm增加到4.2mm,恢复系数由0.5减少到0.4;当葡萄碰撞速度达到1.5m/s时,果实内部开始发生较大损伤,此时内部最大碰撞应力为0.19MPa;当碰撞速度≤1.5m/s时,所建立的葡萄果实碰撞力学模型具有很高的精度,误差为8%。     

机器人采摘荔枝的跌落碰撞损伤试验

【目的】减小机器人采摘荔枝时因回收放置不当产生的跌落碰撞损伤。【方法】对荔枝进行跌落碰撞试验,分析不同的跌落碰撞条件对荔枝失质量率及果壳褐变指数的影响。【结果】荔枝失质量率及果壳褐变指数随着采摘回收下放高度的提高和储藏时间的延长而分别增加;相同下放高度,碰撞接触材料为PVC板时,荔枝失质量率及果壳褐变指数最大;试验范围内,回收装置采用塑料框时,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为60 cm,储藏1周为30 cm;回收装置为瓦楞纸果箱,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为75 cm,储藏1周为45 cm;回收装置底层布满荔枝后,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度可提高到90 cm,储藏1周可提高到60 cm。【结论】该研究可为荔枝机器人采摘回收放置减损策略的构建提供指导。     

考虑颗粒间黏结力的黏性土壤离散元模型参数标定

【目的】实现黏性土壤离散元模型的接触参数与接触模型参数标定。【方法】基于土壤堆积角物理试验结果,采用考虑颗粒间黏结力的"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型进行土壤堆积角仿真试验,借助GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型关键参数(包括JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数与动摩擦系数),进一步运用Box-Behnken试验方法进行堆积角仿真试验。【结果】通过对试验结果进行多元回归拟合分析获得了堆积角回归模型,回归模型的方差分析表明该模型极显著,试验因素对堆积角的影响为二次多项式,且存在复杂的一次与二次交互作用。以堆积角40.45°为目标对回归模型进行寻优,得到了优化解:JKR表面能7.91J·m-2;恢复系数0.66;静摩擦系数0.83;动摩擦系数0.25。以此优化解进行仿真试验获得的堆积角为39.73°。堆积角仿真试验与物理试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性。【结论】可利用该优化参数对样品土壤进行进一步的黏性土壤与触土部件间的离散元仿真,从而揭示黏性土壤在触土部件作用下的运动规律。     

水分调控与抗蒸腾剂处理对枣裂果的影响

裂果是造成枣树产量降低和果实品质下降的一大难题,水分是影响裂果的主要因子之一。以赞皇大枣为试材,通过水分调控与抗蒸腾剂处理,研究不同水分处理措施对赞皇大枣树体含水量及果实品质的影响,以分析水分含量与枣裂果的关系。结果表明：实施水分调控措施和喷施抗蒸腾剂均能降低果实裂果率,叶片相对含水量的变化与裂果存在相关性。     

基于DUS测试的不同品种黄瓜性状研究

为优化黄瓜DUS测试中符合系数、变异系数、F检验和相关性分析方法的应用,明确试验黄瓜品种的特异性和稳定性,观察测量3个黄瓜品种植株、叶片和果实性状,对黄瓜群体目测性状和个体测量性状表达差异性进行分析研究,采用不同的方法对测试性状进行综合评价。结果表明,21个群体目测性状中有14个性状的符合系数为1,生长势、果实棱、刺毛密度和瘤数量存在不同程度的差异。雌花节率、果实瓜把长度的变异系数幅度分别为0.18~0.27、0.12~0.19,品种之间存在较大差异。F检验和相关性分析得出,第一雌花节位、雌花节率、主蔓节间长度、果实纵径、果实纵径/横径、果实棱呈现出显著性差异。利用F检验得出品种间的产量呈现显著性差异。综合分析可以判定,品种1（新改良烟台地黄瓜）和品种2（中农烟地1号）具有特异性和稳定性。     

自然生草对渭北旱塬苹果园土壤孔隙和水分入渗的影响

为促进渭北旱塬果园土壤水分入渗,提高土壤蓄水保水能力,促进苹果生产,以果园清耕为对照,探讨不同年限的自然生草(繁缕和牛繁缕群落,自然生草持续12、8和4年)对果园土壤孔隙、土壤保水性能、土壤水分入渗和苹果品质等的影响。结果表明:自然生草对果园0~40 cm土层土壤容重和土壤孔隙度无显著影响,但显著提高了0~40 cm土层土壤含水量、田间持水量和饱和含水量,极显著提高了土壤水分入渗速率,且自然生草持续的年限越长其影响越大。自然生草提高了苹果产量、果实着色面积、果实硬度、果实可溶性固形物含量和固酸比,但对果实单果质量、果形指数和可滴定酸含量无显著影响。综上,自然生草可改善果园土壤通透性,促进土壤水分入渗,提高果实产量和品质,是改善渭北旱塬果园土壤蓄水保水能力的有效措施。     

声波助长仪对早春茬豇豆生长及品质的影响

以日光温室早春茬豇豆为试材,研究了声波助长仪对豇豆株高、茎粗、总产量、单果质量、可溶性糖、蛋白质、维生素C、含水量和纤维素的影响。结果表明:安装声波助长仪的日光温室豇豆的株高、茎粗、总产量与对照相比,均达到显著性差异水平;安装声波助长仪的12号日光温室豇豆比对照相比,总产量增加了8.6%,单果质量增加了6.6%;声波助长仪对豇豆可溶性糖、维生素C、蛋白质、含水量和纤维素的影响均达到显著性差异水平。本试验结果对声波助长仪在日光温室中的应用具有指导作用。