催芽和未催芽状态下西洋参种子的物理机械特性

西洋参是具有特殊治疗价值的贵重补益药品,国内西洋参种植农艺要求窄行距单粒密植,播种仍以人工压穴点播为主,迫切需要研制西洋参单粒精密播种机。西洋参的物理机械特性是进行西洋参精密排种器结构设计与优化的重要参数依据。对催芽和未催芽西洋参种子的基本物理参数、摩擦学特性、压缩力学特性和碰撞恢复系数等物理机械特性参数进行测量和对比分析。结果表明,未催芽种子含水率为13.85%,催芽种子含水率达到45.29%;未催芽种子千粒质量为33.320 g,催芽吸水后千粒质量增加到53.261 g;未催芽种子容重为389.984 g/L,催芽后达到522.650 g/L;西洋参种子为扁D状异形种子,催芽前种子长、宽、厚平均尺寸分别为6.20、4.92、2.91 mm,球度为72.06%,催芽后出现膨胀增大,长、宽、厚平均尺寸分别为6.24、5.04、3.35 mm,球度增加到75.69%;未催芽种子休止角和滑动摩擦角分别为37.63°、33.34°,屈服力为45.535 N,应变平均值为0.277,催芽后因籽粒吸水,种子间和种子表面粘附性较未催芽时增加,种皮变软,休止角和滑动摩擦角分别增加至38.45°、36.72°,屈服力降低为29.671 N,应变平均值0.195;西洋参种子催芽前种皮坚硬,且呈闭口状态,测得其与铁板的碰撞恢复系数为0.682;经过浸泡催芽处理后,西洋参种皮纤维结构变软,且种胚膨胀呈裂口状态,导致碰撞时变形量增大,较未催芽西洋参种子碰撞能量损失多,测得其与铁板的碰撞恢复系数为0.206。该研究结果为西洋参精密播种机关键部件的设计与优化提供了相关参数依据。     

苹果跌落冲击力学特性研究

果品跌落冲击力学特性的研究是表征其流变性能、跌落损伤机理以及设计作业件的基础。构建果实自由跌落冲击力学参数测试系统，对“富士”苹果进行不同高度的单次自由跌落、同一部位的多次跌落试验。在测试获得冲击力－时间数据的基础上，基于运动学原理进行理论分析计算，得到加速度－时间、冲击力－变形量、应力－应变以及跌落冲击弹性恢复系数等动态关系。研究结果表明随着跌落高度、跌落次数的增加，苹果冲击力、加速度峰值、冲击最大变形、冲击结束后的残余变形逐渐增大。苹果跌落弹性恢复系数随着跌落高度而逐渐降低，随着跌落次数增加而逐渐增大。跌落次数对跌落变形量增加的影响不显著，随着跌落次数的增加残余变形变化很小。     

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。     

基于Hertz接触理论的黑水虻幼虫碰撞恢复系数测定

为建立黑水虻幼虫与收集、输送、分离等机械工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,基于黑水虻幼虫生物特性,应用Hertz弹性碰撞理论推导了黑水虻幼虫碰撞过程动力学方程,结合运动学方程原理构建了黑水虻幼虫恢复系数的测定装置并进行了黑水虻幼虫恢复系数测定试验。试验针对第5龄期的黑水虻幼虫,采用L16(44×23)混合正交试验方案研究了碰撞材料、材料厚度、下落高度、碰撞角、跌落方向、含水率等因素对黑水虻幼虫恢复系数的影响,然后对碰撞材料、材料厚度、下落高度、碰撞角、跌落方向进行单因素试验,并获得了材料厚度、下落高度、碰撞角对恢复系数的影响规律与回归方程,且方程的决定系数均不小于0.9427。试验结果表明,影响黑水虻幼虫恢复系数的因素影响由大到小为：碰撞材料、下落高度、碰撞角、跌落方向、碰撞材料厚度、含水率,其中含水率对恢复系数影响不显著。单因素试验结果可得：黑水虻幼虫与Q235钢、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料间的恢复系数依次降低,随下落高度的增大而逐渐减小,随材料厚度的增加而逐渐增大,恢复系数随碰撞角的增大而整体呈增大趋势,且横向跌落方向大于纵向跌落方向。该文研究结果可为黑水虻幼虫收集、输送、分离等机械相关工作部件优化设计提供参考依据。     

玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

为提高离散元方法模拟玉米秸秆揉碎过程的准确性,试验测定玉米秸秆与揉碎机锤片、玉米秸秆与玉米秸秆的接触参数。以径向堆积角相对误差值为评价指标,应用正交方法标定玉米秸秆离散元仿真需要输入的接触参数。结果表明:玉米秸秆与揉碎机锤片碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.663、0.226、0.119;玉米秸秆与玉米秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.485、0.142、0.078,此参数组合为玉米秸秆离散元仿真接触参数的最优方案,仿真结果与试验结果的相对误差为8.127%。     

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。     

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。     

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。     

苹果之间碰撞损伤的研究

苹果碰撞后，两个苹果的总损伤体积与能量线性相关，总损伤体积与接触面积之间呈５／２次方的线性关系，恢复系数随碰撞能量以非线性的方式变化，该系数并可作为显著损伤的临界值。     

半夏收获中碰撞恢复系数测定

为获取半夏收获机收获部件的设计依据,建立了半夏球茎碰撞恢复系数测量系统。对影响碰撞恢复系数各因素材料厚度、下落高度、半夏质量和碰撞材料进行了混合正交试验和单因素试验。试验结果表明,碰撞材料和半夏质量影响显著,下落高度与材料厚度影响不显著。单因素试验表明,碰撞恢复系数随着半夏质量增加而减小,橡胶的恢复系数小于Q235钢。田间试验材料为Q235时半夏损伤率为3.53%,材料为橡胶时损伤率为2.19%。当半夏质量为4~6 g时,半夏球茎损伤率为4.80%;半夏质量为1~3 g时,半夏球茎损伤率为3.20%。该研究为半夏收获机工作部件设计与优化提供参考。