基于EDEM和3D打印成型的外槽轮排肥器排肥性能研究

外槽轮排肥器是使用最广泛的排肥器之一,目前外槽轮排肥器结构和几何尺寸单一,无法适用不同肥料颗粒排肥需求,直接影响了排肥效果。EDEM为目前对于颗粒类仿真最有效的方法之一。采用测量和统计学方法获得肥料颗粒的三轴尺寸,以近似球体假设肥料颗粒形状,建立肥料颗粒和外槽轮排肥器的EDEM模型,通过改变槽轮的结构尺寸等,对其排肥过程进行仿真,分析外槽轮排肥器的排肥特性;3D打印成型设计槽轮,通过台架试验验证仿真结果的准确性。结果表明:凹槽半径、槽轮转速对施肥量影响较大,满足线性正相关,螺旋升角对施肥量影响不显著(P0.05),仿真结果与试验结果的相对误差为0.85%~15.98%,平均相对误差为7.21%。本文所建立的EDEM仿真模型准确,具有实际工程应用价值。     

基于离散元法的旋耕刀三向工作阻力仿真分析与试验

为分析旋耕刀所受三向工作阻力及其变化规律,该文通过实测南方果园土壤颗粒参数,逆向重构旋耕刀三维实体,基于离散元颗粒接触理论,构建了适应南方土质环境的旋耕刀-土壤相互作用仿真模型。土槽扭矩对比试验表明,仿真值与试验值的变化趋势相同,扭矩均随转速增加而变大,最大相对误差10%;扭矩先从0增加到某个最大值,接着逐步减小到一个低值,随后又快速增加到一个高值,最后回落,该变化过程同旋耕刀与土壤之间的接触状态相关。单刀受力仿真分析表明,水平阻力方向与前进方向相同,侧向阻力方向为由刀具弯折区内侧面指向刀体,垂直阻力方向为先垂直土面向上后转为向下;水平阻力和侧向阻力在最大耕深处出现最大值,而垂直阻力在入土后转动约30°时出现最大值;水平阻力和垂直阻力的仿真波形与理论计算、土槽试验结果比照表明,对应曲线的变化趋势基本一致,且仿真结果与土槽试验结果更为接近,水平阻力相对误差为11.3%,垂直阻力相对误差为16.8%;水平阻力最大值大于侧向和垂直方向阻力最大值,水平阻力是功率消耗的主要因素;随着转速的增加,3个方向阻力最大值均增大,当转速高于250 r/min时,增速加快;侧向阻力和垂直阻力随前进速度增加而平稳增大,水平阻力却出现下滑趋势;耕深对三向阻力的影响比较显著,增加耕深会急剧增大三向阻力值。相关试验数据可为旋耕机能耗分析、机体作业振动及刀片磨损等研究提供参考。     

基于小波变换的木材声发射驻波信号特征研究

为研究木材损伤断裂时的声发射(AE)信号所激发的驻波信号特征与木材固有特性之间的关系,采用薄木条折断的方式产生AE源,在小波变换的基础上分析驻波频率,并计算纵波传播速率,依据弹性波理论计算出木材顺纹弹性模量(MOE)。首先,在2种不同长度的木材试件一端分别加工出8根80 mm×10 mm的薄木条,通过外加冲击力折断木条以产生AE源,通过放置在试件端面的2个传感器采集原始AE信号,采样频率设定为500 kHz。然后,根据驻波特性确定原始信号的驻波阶段,进而对该阶段AE信号进行4层小波分解,依据分解后信号的时频域特征析取驻波信号波形。最后,依据驻波产生原理计算纵波传播速率,并结合弹性波理论计算试件的MOE。结果表明,拉伸试验测得樟子松和榉木试件的MOE分别为9.30 GPa和11.63 GPa, 800 mm樟子松和榉木试件通过驻波计算所得MOE分别为9.37 GPa和12.34 GPa,与实测MOE的误差分别为0.75%和5.24%;600 mm的樟子松和榉木试件通过驻波计算所得MOE分别为9.31 GPa和11.81 GPa,与实测MOE的误差分别为0.10%和1.55%。     

基于恒力机构的香蕉落梳装置设计与自适应性分析

针对香蕉机械化落梳过程中出现的自适应性差的问题,设计了基于恒力机构的可自适应环抱蕉茎插切式香蕉落梳装置,并对落梳装置的径向自适应性和转动自适应性进行了分析。采用两斜置压缩弹簧的结构,引入负刚度,再与正刚度的水平压缩弹簧并联组成恒力机构,提高了落梳刀具组对果轴粗细的径向自适应性,对恒力机构的力-位移特性曲线和刚度-位移特性曲线进行分析,并优选关键参数,得出斜置压缩弹簧的刚度系数k1=12 N/mm,水平压缩弹簧的刚度系数k2=3 N/mm,初始状态斜置压簧的倾斜角θ0=36. 87°,恒力行程对应的落梳刀组包络圆直径范围为80～100 mm,对应的恒力f=180 N。在加载有扭簧的虎克铰链基础上设计了可释放两个转动自由度的落梳刀盘,根据测定的香蕉果轴弯曲度设置刀盘旋转角范围为±10°,根据建立的三维模型中的几何参数得出,落梳刀具末端的工作空间是一个半径为300 mm的球面。对落梳刀具末端的柔度矩阵进行分析,结果显示,落梳刀盘旋转角为0°,即刀盘与机架上底面平行时线柔度最大,最大值为0. 818 2 mm/N,落梳刀盘旋转角为10°时线柔度最小,最小值为0. 77 mm/N,说明落梳刀具末端的线柔度随刀盘旋转角的增大而减小。试验结果表明,梳柄切口符合试验指标的蕉梳占所有样本的81. 25%,切口质量良好,该装置设计合理,且满足实际落梳作业的要求。     

果园货运链索风致振动非线性动力学分析

为解析风荷载持续激励对果园货运系统工作稳定性的影响,研究了行进链索在不同风荷载条件下的风致振动响应。基于Hamilton原理推导了风荷载作用下行进链索横向振动的动力学微分方程,采用Crank-Nicolson半显示数值离散方法对方程进行离散求解,仿真分析了行进链索在不同平均风速作用下的横向振动特性。设计了链索货运系统的风荷载试验平台,采用Lab Windows/CVI对采集视频分帧后的图像进行处理,试验对比研究了不同平均风速风荷载激励的链索横向振动。研究结果表明,平均风速在0~10 m/s范围内变化的低速风荷载起到了一定的气动阻尼作用,行进链索的横向振动幅值减小并呈收敛趋势。该文为风荷载作用下轴向行进链索横向振动控制研究提供了理论参考。     

香蕉假茎、球茎和根系动态生长模型构建研究

通过香蕉假茎、球茎和根系的表型生长模型及相关分析可为香蕉变量施肥作业提供数据基础。为解决人工测量球茎、根系外接圆难以确定问题,采用基于图像处理方法测量相关表型参数。通过测量广西宝岛蕉全生长周期内的20个阶段,采用图像处理表型测量方法测量假茎直径、球茎直径与根系水平分布长度,分别建立表型特征的生长模型并进行相关性分析。结果表明:假茎直径、球茎直径和根系水平分布长度表型生长模型均呈现“S”形,遵循作物的生长规律;香蕉假茎和球茎极显著正相关,相关系数为0.991 77(P<0.05);假茎和根系极显著正相关,相关系数为0.994 06(P<0.05);球茎和根系极显著正相关,相关系数为0.998 43(P<0.05),假茎、球茎和根系表型性状之间分别存在极显著正相关关系。由此表明,可通过测量香蕉假茎表型参数预测地下球茎和根系的表型参数,进而为变量施肥作业提供数据依据。     

选区激光熔化316L不锈钢多孔过滤零件的组织性能研究

【目的】揭示选区激光熔化316L不锈钢粉末成型多孔过滤零件的成型规律和机理。【方法】试验设计孔洞尺寸为1 mm的圆形、正方形多孔316L不锈钢过滤零件,采用选区激光熔化方法进行成型,选用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等手段对其组织特征和性能进行分析检测,采用显微硬度计测量其显微硬度。【结果】获得了无气孔、裂纹、偏析等缺陷,且致密度达到95%的成型组织。组织内部主要由垂直于界面呈现外延生长的树枝晶组成,所得组织分层均匀,各层间呈冶金结合,定向凝固特征明显。【结论】多孔过滤零件成型件由奥氏体组成,显微硬度为:258~294 HV0.3。采用选区激光熔化方法可以成型孔洞尺寸较小的过滤零件。     

树枝直刃剪切数学模型与试验

【目的】基于材料力学和弹性地基梁理论对直刃刀片剪切树枝过程进行理论建模,并根据该模型计算出直刃刀片剪切树枝所受的剪切力。【方法】以石硖品种龙眼树枝为试验材料,利用万能材料试验机和摩擦试验台等仪器测定龙眼树枝的相关力学特性参数和滑动摩擦因数,测量并用模型计算树枝不同含水率(w)、直径和不同刀片刃角下动刀片剪切龙眼树枝的峰值剪切力,剪切试验所用刀具的刃角分别为10°、20°和30°。【结果】当树枝直径为20.4 mm、相对含水率为76%、刀片刃角为20°时,刀片剪切力理论计算曲线与试验曲线趋势一致,峰值剪切力的误差约为2.3%;当树枝直径为15.3 mm,刀片刃角为20°,且树枝含水率大于纤维饱和点(30%)时,刀片峰值剪切力随含水率升高而增大,计算值在试验值的误差范围内;当树枝直径为24.6 mm、含水率为76%,且刀片刃角从10°增大到30°时,峰值剪切力显著增大,计算值处于试验值的误差范围内。【结论】该理论模型可用于预测剪切力并分析不同力学参数对峰值剪切力的影响,为修剪机具剪切机构的设计和优化提供参考。     

脚踏式高枝剪的研制及其TRIZ模型分析

高枝剪在果树修剪作业中具有较广的应用范围。为此,针对传统手握式高枝剪切断能力和操作等问题,设计试制了一种脚踏式高枝剪,主要由脚踏机构、传动机构和执行机构组成,依靠人体重力和腿的支撑提供压力,可切断较粗的枝条。通过与传统高枝剪效率和切断能力的对比试验,论证了脚踏式高枝剪具有切断较大直径枝条和适合较长时间连续作业的优点。针对试验中遇到的一些问题,利用TRIZ模型进行分析,探索进一步提升高枝剪性能的途径。     

荔枝龙眼生产机械化现状与发展趋势

荔枝、龙眼生产机械化的普及对于提高果园生产率、加强环境可持续性和增加果农收人有重要的积极意义.根据产业经济发展的需求,以灌溉、施肥、喷药、修Q和采收等生产环节为主,研究了国内外生产设施与机械装备的应用现状,并探讨了技术发展趋势.