不同含水率对谷子籽粒压缩力学性质与摩擦特性的影响

为了探明不同含水率谷子籽粒的物理机械性质,减少谷子籽粒在播种、碾米加工及储运等过程中受到压缩载荷及摩擦而产生的机械损伤,该文针对不同含水率的谷子籽粒进行压缩力学性质与摩擦特性试验。研究了谷子籽粒的挤压破碎过程,获得不同含水率谷子籽粒的力-位移（变形）曲线,破坏力、变形量及破坏能。随着含水率升高,破坏力减小,变形量和破坏能呈现先降低后升高的变化规律。同时采用赫兹接触理论,得到谷子籽粒单向表观弹性模量和许用挤压应力,结果表明二者都随含水率升高线性降低。分别测定了谷子籽粒与钢板和铝板间的滑动摩擦系数,随含水率升高,谷子与该2种材料的摩擦系数均增大,且与铝板的摩擦系数要高于钢板。根据试验结果,分别拟合得到了压缩和摩擦力学性能指标与谷子含水率的关系方程,为谷子播种、仓储、加工等装备设计及参数优化提供了基础依据。     

荞麦籽粒群摩擦力学特性研究

为减少荞麦籽粒在机械化作业过程中的摩擦损失,本文研究了荞麦籽粒群的摩擦力学特性。分别选取黑丰1号和榆荞4号为研究对象,研究不同品种、不同含水率的荞麦籽粒群与不同材料间的滑动摩擦因数,分析不同含水率的荞麦籽粒群休止角。结果表明:品种、含水率对荞麦籽粒群的滑动摩擦因数影响均显著,黑丰1号的滑动摩擦因数均大于榆荞4号;随含水率增加,荞麦籽粒群的滑动摩擦因数呈线性增大趋势。含水率对荞麦籽粒群休止角影响显著,随含水率增加,荞麦籽粒群的休止角近似线性增大,变化范围为27.98°～38.70°。荞麦籽粒群与不锈钢板、铝板两种材料间的滑动摩擦因数分别为:0.332～0.454、0.368～0.503;荞麦籽粒群与不锈钢板间滑动摩擦因数较铝板低。本研究为荞麦机械化作业装备的研制与优化提供理论依据。     

犁体曲面离散元仿真试验与参数优化

为了优化犁体曲面结构参数、减小铧式犁耕作阻力,采用水平直元线法设计犁体曲面,运用Solidworks软件建立实体模型,利用EDEM软件建立犁体—土壤离散元模型,并以犁体阻力最小为目标,对犁体铧刃角、犁铲安装角和导曲线扣垡角三因素进行正交仿真试验。仿真结果表明:所建立的犁体—土壤离散元模型可以较好地反映犁体在耕作过程中的阻力的变化情况,犁体阻力随着犁体与土壤接触面积的增大而增大,当犁体全部进入耕作状态时,犁体所受阻力达到2 621～2 795N,且趋于稳定。正交试验结果表明:铧刃角对犁体阻力影响极显著,犁铲安装角和导曲线扣垡角对犁体阻力影响显著。犁体结构最佳设计参数组合为:铧刃角45°,犁铲安装角25°,导曲线扣垡角5°,犁体阻力为2532 N,比优化前减少6. 36%。研究结果为犁体曲面优化设计提供一种离散元分析方法,也为犁体曲面的设计提供数据参考。     

荞麦籽粒生物力学性质及内芯黏弹性试验研究

针对可供相关作业机械设计参考的荞麦籽粒生物力学性质指标可用参数缺乏的现状,该文研究了优种荞麦籽粒的常规力学性质及芯粉黏弹性力学性质,并对相关影响因素进行了分析。试验测定了不同品种荞麦籽粒在不同含水率下的三轴尺寸、千粒质量、容重等基本物性参数,采用斜面仪、休止角测定装置测定了荞麦籽粒的滑动摩擦系数及休止角,应用DMA(Q800)动态力学性能分析仪测定了荞麦(粉状)的动态黏弹性,运用物性分析仪测定了荞麦籽粒的破坏力、破坏能等力学性质,利用摆锤式动载试验机测定了荞麦籽粒所能承受的最大撞击载荷。结果表明:同一品种荞麦籽粒的长、宽、高、千粒质量、几何平均径均随含水率的降低而减小,容重随着含水率的降低而增大;摩擦系数随含水率的降低而减小,籽粒与Q235钢板的摩擦系数最大,与7075铝合金板的次之,与304不锈钢板的最小;休止角随含水率的降低而减小;随着含水率的降低,破坏力、表观弹性模量和最大接触应力逐渐增大,变形量逐渐减小,破坏能呈上升趋势。而在相同含水率下,不同品种荞麦籽粒的物性参数及上述力学特性参数均呈现极显著差异(P0.0001)。荞麦粉末的储能模量随含水率的降低而增大,弹性性能提高,损耗模量和损耗正切随含水率的降低而减小,黏性性能降低。同一品种荞麦在相同含水率下,撞击载荷越大,破碎率越高;同一撞击载荷下,随着含水率的降低,籽粒的破碎率先减小后增大。研究结果可为荞麦收获及加工装备研制、参数优化提供基础依据。     

谷子籽粒压缩力学性质及损伤裂纹形成机理

在谷子联合收获机及谷子加工机械装备设计研制中需要掌握谷子籽粒的基本物性参数和力学性质,以及受压致谷子谷壳与米粒损伤及裂纹形成过程,从而确定和优化工作参数.为此该文测定了不同含水率下(25.1％,20.9％,17.5％,15.2％)4种优质谷子品种(晋谷21,张杂10号,吨谷,长谷)籽粒的基本物性参数,包括千粒质量、三轴尺寸等,并研究了不同含水率、品种和压缩方位(长度、宽度和高度方向的压缩方位)对谷子籽粒的压缩力学性质的影响,对试验数据进行了多响应完全随机区组分析.结果表明:同一品种谷子籽粒的长、宽、高、千粒质量、算数平均径、几何平均径均随含水率的降低而减小,不同品种间的物性参数差异显著(P＜0.001);影响屈服载荷、变形量、破坏能以及表观弹性模量的主要因子依次是压缩方位、含水率、品种.对于同一种谷子,籽粒的长度、宽度和高度方位压缩时的屈服载荷和表观弹性模量都随着含水率的升高而减小,压缩变形量和破坏能随着含水率的降低呈先减小后增大的趋势.长度、宽度和高度方位压缩时,损伤裂纹的形成过程及发生机理、扩展形态和部位均不同,分别是:从籽粒的尖冠处沿着胚和胚乳连接处扩展,形成几乎贯穿籽粒长度方向的裂纹:从上下两接触点处由应力集中形成的贯穿籽粒宽度方向的裂纹;从腹面的种脐处沿胚乳抗压性最弱的部位延伸且贯穿籽粒一半的裂纹.研究结果为谷子播种,联合收获机及相关加工机械的设计、参数优化提供依据.     

谷子茎秆叶鞘叶片及其结合部位的拉伸力学性能

针对谷子机械收获作业过程中存在的秆叶易缠绕问题，该文以晋谷21、张杂10为对象，分别对谷子不同节间的茎秆、叶鞘、叶片和叶环各部位进行拉伸力学测试，并利用SAS统计软件对测试数据做分析，在此基础上分析了相关力学参数沿茎秆节间的变化规律。两个谷子品种的茎秆在上下节间处的弹性模量、抗拉力和抗拉强度均差异显著（P<0.05）。由茎秆表皮拉伸测试测得晋谷21的茎秆弹性模量为4.2～6.6 GPa，抗拉强度为67.65～130.13 MPa，抗拉力为344～1 600 N；张杂10的茎秆弹性模量为4.5～8.0 GPa，抗拉强度为73.22～136.50 MPa，抗拉力为167～567 N。两个谷子品种在不同节间位置、不同部位（叶鞘、叶片及叶环）的抗拉力和抗拉强度差异均极显著（P<0.01）。晋谷21的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、10.13和4.18 MPa，平均抗拉力分别为122.16、41.23和25.80 N。张杂10的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、11.77和4.24 MPa，平均抗拉力分别为104.30、59.48和22.87 N。测试结果表明，谷子茎秆、叶鞘、叶片和叶环部位中抗拉强度最弱位置在鞘叶相连接的叶环位置处。谷子机械收获时可选择在茎秆中部以上、穗部第2节间以下各节间的叶环位置处进行秆叶分离，施力大小25～30 N。研究结果可为谷子收获装置的设计与优化提供参数依据。     

谷子摩擦特性试验及其影响因素分析

为了给谷子机械化播种、收获、加工、储运等作业装备设计及相关技术应用提供摩擦特性参数,该文运用自制的小籽粒休止角测定装置、摩擦系数仪、直剪仪等试验设备,测定了含水率分别为10.7%、13.7%、16.0%、19.8%的谷子的形态尺寸和休止角、滑动摩擦系数、内摩擦系数等摩擦特性参数。分别分析了含水率对谷子各摩擦力学特性参数的影响规律,不同接触材料对谷子滑动摩擦系数的影响,以及剪切速度和垂直应力对谷子内摩擦系数的影响规律。试验结果表明：含水率的变化对谷子形态尺寸的影响不显著（P>0.05）;谷子休止角随含水率增加而线性增大（R2=0.9875）;谷子与钢板、铁板、亚克力板间的动、静滑动摩擦系数均随含水率的增加而线性增大（R2≥0.9795）,与钢板间的滑动摩擦系数最小,亚克力板次之,铁板最高;谷子内摩擦系数受剪切速度的影响并不显著（P>0.05）,随着含水率的增加而线性增大（R2≥0.908）,随着垂直应力的增大而减小。研究结果可为谷子机械化装备的研发与设计提供参考。     

基于空间啮合理论的摆线钢球行星传动根切研究

介绍了摆线钢球行星传动的结构组成和传动原理,提出了利用锥形铣刀包络内、外摆线封闭槽的数学模型,建立了摆线槽齿面的包络面方程。根据空间啮合理论推导出摆线槽齿面的根切界限函数,分析了根切界限函数随基本设计参数的变化规律。结果表明,随着基本设计参数的变化,内、外摆线封闭槽齿面会按一定的先后顺序发生根切,并且总是内摆线槽内侧齿面最先根切,从而得到了不发生根切必须满足的不等式方程,并通过具体实例及计算机图形仿真进行验证。本研究为摆线钢球行星传动的设计制造提供了理论依据。