黄金榕枝干物理力学特性参数研究

为给黄金榕切割机构设计提供一定的理论依据及建立黄金榕有限元力学模型,需要研究黄金榕力学性能参数。以黄金榕枝干为试验材料,测量其含水率,并对其进行径向压缩、轴向压缩、三点抗弯和抗剪试验。结果表明:枝干稍部、上部和中部的径向平均抗压弹性模量依次为65.27、80.01和118.30 MPa;枝干轴向平均抗压弹性模量依次为20.64、22.78和26.72 MPa;枝干平均抗弯弹性模量依次为120.10、180.34和221.56 MPa;枝干中部最小抗剪强度为5.60 MPa,最大抗剪强度为16.95 MPa。研究发现,同一部位的枝干所能承受的最大载荷随含水率增加而减小,因此在设计绿篱机时可增设洒水装置,或在黄金榕具有一定湿度时进行修剪。      

番茄藤秸秆高效切割的机理及仿真研究

番茄是我国重要的蔬菜作物之一,其大面积种植带来了严重的秸秆处理问题。由于番茄藤秸秆根部表皮较厚,有较多的维管束,具有较强的抵抗外载荷的能力,不易切断,其切割方式、切割刀片及切割参数等对切割性能都具有重要影响。通过对番茄藤秸秆专用切割刀片切割力学分析和切割力计算分析研究了番茄藤秸秆高效切割的机理。建立了番茄藤秸秆高效切割模拟模型,运用仿真技术对番茄藤秸秆切割过程进行了有限元分析;对不同结构参数切割刀片进行切割对比试验。结果表明:1切割力随着秸秆横截面积的增加,随着刀片楔角的增加而逐渐增大,随着刀片后角的增加呈下降的趋势;2随着切割速度的增加,刀片切割应力有一定的增大,切割能量损耗加大,仿真分析得到的最大切割应力和理论计算结果在数值上较接近,证明了所推导的刀片切割力计算方法的正确性,验证了秸秆切割模型的合理性;3专用等滑切角(40°)锯齿型刀片与等滑切角平型刀片和普通刀片相比,2 kg的番茄藤切割电能最小,为0.18k W·h,切割时间最短,为2min,切割效率最高,切割后粗细均匀,效果也最好。该研究揭示了采用等滑切角锯齿型刀片对番茄藤秸秆高效切割机理和性能,为研制番茄藤秸秆专用切割机及实现高效切割提供了理论和试验依据。     

金针菇拉伸试验研究

瓶栽金针菇采摘机械的设计需要进行金针菇相关力学试验研究来提供相关参数,从而加快金针菇由人工采摘向机械化采摘模式转变的进程。依据瓶栽金针菇测量的数据结果,将金针菇的菌柄划分为上部、中部和根部三部分,对上部和中部进行拉伸试验研究,建立金针菇力学模型,计算金针菇菌柄不同部位的弹性模量和拉伸应力等相关力学参数。金针菇上部最大拉伸载荷平均值为1.89 N,弹性模量平均值为5.11 MPa,剪切模量平均值为1.96 MPa,拉伸应力平均值为0.52 MPa;中部最大拉伸载荷平均值为3.09N,弹性模量平均值为8.27 MPa,剪切模量平均值为3.18 MPa,拉伸应力平均值为1.06 MPa。结果表明单根金针菇越靠近其根部,抗拉强度越强。为采摘机械的行程设计和采摘部位的选取提供依据,促进金针菇机械化采摘和食用菌产业机械化、智能化发展。     

黄糊精/秸秆纤维复合材料弯曲性能分

利用模压方法制备了黄糊精/秸秆纤维复合材料,并利用试验方法研究黄糊精/秸秆纤维复合材料的弯曲性能.研究结果表明:在试验条件下,通过对黄糊精/秸秆纤维复合材料弯曲强度和弯曲弹性模量的极差分析发现最优组合相同,即热压温度A=170℃、热压压力B=9.8 MPa、热压时间C=20 min、黄糊精质量D=30 g,并对最优组合进行了试验验证,得出其弯曲强度为15.34 MPa,弯曲弹性模量为2 522.78 MPa.通过对复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量的方差分析发现,热压时间是不显著因素,而热压压力是显著因素.     

甘薯成熟期秧蔓的机械物理特性参数研究

为了给甘薯秧切割机构的设计及切割动力学分析提供甘薯秧的力学性能参数,以成熟期品种商薯19号甘薯秧为试验材料,在WDW-5E微机控制电子万能试验机上对甘薯秧进行了拉伸、压缩和弯曲试验,得到其拉伸弹性模量为179.77MPa,压缩弹性模量为15.34MPa,弯剪弹性模量为71.79MPa。运用材料力学及弹性力学理论,确定同性面横向剪切模量为6.00MPa,同性面泊松比为0.28,异性面泊松比为0.03。研究结果表明:甘薯秧的拉伸弹性模量与压缩弹性模量存在显著差异,甘薯秧表现为各向异性弹性材料模型。试验结果为建立甘薯秧蔓的力学模型进行甘薯秧蔓的切割研究提供了理论依据,对甘薯秧处理回收机切割装置的结构设计及作业参数确定等具有一定的指导和实际意义。     

玉米秸秆物理机械特性试验研究

为深入研究免耕播种机破茬开沟装置切割秸秆的切割机理,以玉米秸秆为研究对象,应用万能材料物理试验机等仪器,对玉米秸秆在不同含水率时的物理机械特性进行试验研究.研究结果表明,在玉米秸秆直径和变形位移相同的情况下,随着玉米秸秆含水率的不断增加,秸秆弯曲载荷呈先下降后平稳趋势、穿刺载荷呈不断的下降趋势.     

玉米秸秆取样条件对其弹性模量的影响研究

弹性模量是研究玉米秸秆机械特性的关键指标之一。本文利用二次正交旋转组合试验设计方案,通过秸秆样品三点弯曲试验研究了含水率、叶鞘位置和取样位置3个玉米秸秆取样因素对玉米秸秆弹性模量的影响。试验表明,各因素的一次项中,只有含水率对玉米秸秆弹性模量的影响极显著;然而3个取样因素的二次项对玉米秸秆弹性模量的影响均显著;此外,含水率和叶鞘位置的交互作用,以及含水率和取样位置的交互作用,对玉米秸秆弹性模量的影响均为极显著。这一结果说明,玉米秸秆弹性模量随取样位置和叶鞘位置的不同而变化的规律,还会受到含水率的交互影响。这些因素对弹性模量的影响很可能是由于玉米秸秆的内部组织结构的不均匀性所导致的。      

棉秆剪切力学特性的研究

以新疆棉花主要种植品种新陆早的秸秆作为试验材料,10mm/min的加载速度,在万能试验机上对收获期的棉秆进行剪切力学特性试验。试验结果表明:棉秆根部、中部、顶部的平均峰值切割力范围分别为3.16~3.55kN、1.82~2.08kN、0.70~0.88kN;影响棉秆破坏载荷的关键因素为棉秆直径;棉秆破坏载荷随含水率增加先减小后增大,含水率在17%时破坏载荷最小,由此可以确定此时进行棉秆收获或粉碎还田最适宜。     

麦秸秆受切特性的试验研究

采用正交试验设计方法对麦秸秆各种条件下的切断速度进行试验研究,找到了影响麦秸秆切断速度的主要因素及因素影响显著性程度。试验表明,含水率对麦秸秆的切断速度特别显著,随着含水率的增大,切断速度增大;定刀型式对麦秸秆的切断速度特别显著,双定刀及较小刀片间隙时,切断速度较低;切割部位对麦秸秆的切断速度特别显著,根部较顶部和中部的切断速度都低得多;切割根数对麦秸秆的切断速度特别显著,同时切割3根比切割1根的2根所需的速度都大。     

西红柿力学性能试验

结合国内西红柿采摘方式仍比较单一,大多处于人工采摘的现状,对西红柿采摘技术进行研究,从西红柿本身入手,对西红柿的受力进行力学分析,采用带有藤的西红柿作为试验材料,使用精密型微控电子万能试验机进行剪切和压缩试验。采用统计软件对西红柿以及藤的每个阶段力学特性参数进行数据分析,得出西红柿最大抗压弹性强度为0.017 MPa,其弹性模量为8.33 MPa;西红柿藤被剪断的力最小值为233.05 N。西红柿的抗压性能以及西红柿藤受剪切时的参数为西红柿采摘机设计提供参考依据。      

胡麻茎秆生物力学特性试验

为提高胡麻收获及脱粒效率,减少胡麻茎秆缠绕割台和脱粒滚筒,选取陇亚14号胡麻茎秆为试验材料,测定其含水率,并做生物力学特性试验,得出胡麻茎秆不同部位的生物力学特性参数,从而对胡麻机械化收获与脱粒提供参数支持。结果表明:当含水率为9.435%时,陇亚14号胡麻根部茎秆平均直径为2.472mm,抗拉强度最小,最大拉伸力居中,分别为49.8 MPa、148.113N;中部茎秆平均直径为2.144mm,抗拉强度和最大拉伸力均达到最大值,分别为179.6 MPa、166.362N;颈部茎秆平均直径为1.384mm,抗拉强度和最大拉伸力均小于根部和中部;而抗压强度、抗弯强度和剪切强度以及最大压缩力、最大弯曲力和剪切最大载荷由根部、中部、颈部的顺序依次减小;相比较而言,颈部与果穗连接处的各参数均为最小值。由此可见陇亚14号胡麻茎秆机械化收获、脱粒时根部、中部茎秆对脱粒滚筒、割刀及割台提出更高的要求,该试验为提高胡麻收获和脱粒效率,以及胡麻机械化收获、脱粒等机具的研发提供一些参考。     

苹果损伤力学特性

为了减少采摘机器人在采摘苹果的过程中对苹果果皮造成挤压和碰撞等机械损伤，对苹果机械损伤规律进行研究。以成熟红富士苹果为试验材料，采用CMT6502型精密型微控电子万能试验机进行压缩试验。通过分析苹果方块受压时的力学特性，建立其受压力学模型，计算得到苹果的抗压弹性模量为2.091 MPa，受压时的最大弹性限度0.130 MPa，苹果方块受压时的弹性模量变化基本保持在5~7 MPa。当苹果方块受到的应力值达到其下屈服极限0.125 MPa时，苹果方块形变加快。此研究可为苹果的机械损伤做出较为合理的预判。      

红心萝卜力学特性试验研究

利用万能试验机对红心萝卜试样进行压缩、剪切及拉伸试验,研究了加载速度、位置对红心萝卜的弹性模量及抗压强度的影响,探索了红心萝卜力学结构,得到了红心萝卜皮的弹性模量和最大抗压强度,确定了红心萝卜的剪切特性。试验表明:加速度对弹性模量及最大抗压强度的影响显著,随着加载速度的增大,红心萝卜的弹性模量逐渐增加,而最大抗压强度先增大、后减小;当加载速度为10mm/mim时,抗压强度最大,红心萝卜头部弹性模量及最大抗压强度最大,中部次之,尾部最小;红心萝卜纵向试样的弹性模量及最大抗压强度大于横向试样的数值,红心萝卜芯部弹性模量及最大抗压强度大于萝卜外部试样的数值,红心萝卜皮的弹性模量及最大抗压强度比萝卜内部的小;红心萝卜的平均剪切强度为0.058MPa,剪切力峰值与试样的横截面积呈线性相关。     

葱白力学特性参数的试验研究

收获期大葱葱白的结构尺寸及含水率等影响大葱收获方案、夹持位置和铺放流程的设计,掌握葱白的力学特性,可为大葱的夹送收获方式及收获过程仿真研究提供支持。为此,借助Design-Expert12软件的四因素三水平方案,确定含水率、位置、直径、加载速度对葱白抗压强度及剪切强度的影响规律,且位置对抗压强度及剪切强度的影响显著。通过葱白力学参数测定数据的统计分析,确定葱白各部分的力学特性差异不大,主要受葱白组织结构的影响,且中部的抗压强度及剪切强度较弱,上部和下部相近。试验结果表明:葱白上部抗压强度平均值为0.33MPa,弹性模量平均值为2.44MPa;葱白中部抗压强度平均值为0.37MPa,弹性模量平均值为2.76MPa;葱白下部抗压强度平均值为0.39MPa,弹性模量平均值为2.56MPa;葱白上部剪切强度平均值为0.207MPa,葱白中部剪切强度平均值为0.19MPa,葱白下部剪切强度平均值为0.21MPa。由此可见,大葱葱白力学特性差异不大可视为匀质体,被夹持位置应尽量夹在上部与下部,从而减少大葱的收获损伤。     

秧草茎秆力学特性实验研究

秧草茎秆的力学特性是设计秧草收获机械收割装置的重要依据之一。为此,利用TA-XT2i物性测定仪对秧草茎秆的质量、抗剪切力和拉伸力进行了实验,通过实验得到秧草的平均质量为0.897g,秧草的平均高度为8.69cm,平均直径为0.946mm,平均抗拉应力为3.737MPa,平均抗剪应力为5.1MPa,并对直径大小与拉伸强度、剪切强度的变化规律之间的关系进行定性分析,可以指导秧草收获机械切割装置的设计。     

矮化密植种植模式红枣物料特性试验研究

基于新疆红枣矮化密植的模式下,红枣物料特性是设计红枣收获机械的理论基础。为探究灰枣和骏枣的抗挤压能力与力学性能等物料特性,首先采用排水法测定灰枣和骏枣的密度,然后运用直接干燥法105℃烘箱法测量其含水率,使用GY-4数显果实硬度计仪器测定其上、中、下部分的硬度,最后运用WD-D3电子万能材料试验机,结合Hertz接触理论测定其弹性模量,通过设定加载速度为35 mm/min、40 mm/min、45 mm/min对灰枣和骏枣进行单因素试验。结果表明:灰枣与骏枣的平均密度分别为848.59 kg/m~3、733.20 kg/m~3,含水率分别为27.03%、21.91%,整果硬度分别为14.151 9 kgf/cm~2、12.112 5 kgf/cm~2,竖直方向平均弹性模量分别为0.263 MPa、0.467 MPa,竖直方向平均弹性模量分别为0.447 MPa、0.733 MPa,灰枣和骏枣的水平方向压缩破裂时的应变能分别为118.959 mJ、323.014 mJ,竖直方向压缩破裂时的应变能分别为446.602 mJ、585.016 mJ。     

红麻茎秆力学特性试验研究

以六安大麻红麻试验站的新鲜红麻茎秆为试验对象,假定几何模型,对红麻的茎秆、韧皮部和木质部进行力学特性研究。根据复合材料力学理论、正交各项异性材料公式,得出红麻茎秆、木质部和韧皮部的轴向弹性模量分别为1101.11、656.56、2853.71MPa,径向弹性模量分别为11.36、18.12、6.67MPa、异性面径向剪切模量分别为55.83、91.12、47.59MPa,同性面轴向剪切模量分别为4.37、6.97、2.57MPa。试验可为降低生产装备在收割过程中对红麻茎秆韧皮纤维的损伤、提高割茬切口的质量、提升机械收获效率提供理论研究基础。     

生姜力学特性的试验研究

为解决生姜机械化收获损伤率高等问题，探讨了生姜的物理及力学特性。通过试验，测定了收获期生姜含水率为89%～93%,且中部最高、上部次之、下部最低。通过弯曲试验，确定子姜从母姜断裂时的抗弯强度为(1.067±0.033)MPa。借助Design-Expert 12软件，确定了生姜取样位置、取样角度对抗压强度显著，取样位置对抗剪强度显著。通过测定生姜抗压强度试验及抗剪强度，结果表明：生姜上部抗压强度平均值为0.77MPa,弹性模量平均值为2.74MPa,剪切强度平均值为0.47MPa;生姜中部抗压强度平均值为0.82MPa,弹性模量平均值为3.01MPa,剪切强度平均值为0.53MPa;生姜下部抗压强度平均值为0.74MPa,弹性模量平均值为2.95MPa,剪切强度平均值为0.46MPa。由此可见，在收获、运输等环节应尽量避免对生姜子姜上部、下部施加较大力，降低生姜损失。     

萝卜物理及压缩特性的试验研究

通过对白萝卜和青萝卜块根外形尺寸的测量,得出萝卜的物理几何模型,并确定了基本尺寸的变化区间及分布规律。利用万能试验机对萝卜试样进行压缩试验,分别研究加载位置、加载速度对两种典型萝卜的影响。研究结果表明:白萝卜和青萝卜的横截面近似为圆形,几何模型为圆柱体与圆锥体的结合体;萝卜的弹性模量和最大抗压强度受加载位置与速度的影响较大;白萝卜头部的弹性模量及最大抗压强度最大,尾部次之,中部最小;青萝卜尾部的弹性模量及最大抗压强度最大,头部次之,中部最小。随着加载速度的增加,萝卜弹性模量及最大抗压强度逐渐增加。萝卜环状维系结构的受载力学特性存在差异,纵向抗压能力大于横向抗压能力,外部的弹性模量与最大抗压强度分别小于芯部的(差值大于5%),且青萝卜抵抗弹性变形及抗压能力大于白萝卜。     

大葱力学特性试验研究

大葱的高效收获对于提高地区经济发展水平有着重要的意义,但葱在机械收获时,对葱的力学特性缺少考虑,收获过程造成葱的损坏。以香葱和分葱为试验材料,在CTM6502精密型微控电子万能试验机上进行拉伸试验。通过分析葱受拉时的力学特性曲线,建立其对应力学模型,获得香葱试样被拉伸时的弹性模量为18.369 12 MPa,分葱试样被拉伸时的弹性模量为50.905 53 Mpa;香葱弹性极限强度为0.253 78 MPa,分葱弹性极限强度为0.164 46 MPa;香葱的屈服极限为0.643 07 MPa,分葱的屈服极限为0.358 16 MPa。上述力学数据结论可为大葱收获机械的夹持机构设计及工作参数确定提供理论依据。