种子玉米籽粒果柄断裂机理试验研究

为降低种子玉米脱粒过程中的机械损伤,掌握种子玉米籽粒果柄的断裂机理,该文对不同品种、不同籽粒含水率、不同施力方式下的种子玉米籽粒果柄断裂特性进行了分析,试验结果表明：随籽粒含水率的增大,果柄抗压强度、抗弯强度、抗剪强度都减小,但抗拉强度增大;压力施力方式对果柄断裂力的影响程度最大,剪切力施力方式对果柄断裂力的影响程度最小;在同一分离方式下,不同品种玉米粒穗分离的难易程度不同。从而为玉米种子低损伤脱粒方式及部件研究和脱粒系统设计提供依据。     

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。     

差速式玉米种子脱粒机的性能试验

为优化差速式玉米种子脱粒机脱粒系统的有关参数,进而降低玉米种子在脱粒过程中的损伤,该文采用二次回归正交旋转组合设计的方法,以籽粒破碎率为主要性能指标,选取直辊转速、喂入量、籽粒含水率为试验因素,对差速式玉米种子脱粒机进行了性能试验。分析结果表明：籽粒含水率对破碎率的影响呈二次函数关系,籽粒含水率太大或太小,对籽粒破碎率的影响都很大;喂入量越小,籽粒破碎率就越小,当喂入量低于0.9 kg/s时,籽粒破碎率稳定,基本不受喂入量的影响;直辊转速越小,籽粒破碎率就越小;直辊转速、籽粒含水率和喂入量对籽粒破碎率的交互影响也很显著,当籽粒含水率在18%,喂入量在0.9 kg/s,直辊转速在200 r/min时,籽粒破碎率取得最小值。研究成果对进一步研究玉米种子的差速脱粒原理、优化脱粒系统参数、开发低损伤脱粒工艺具有重要的意义。     

冬小麦籽粒受挤压特性的有限元分析及试验验证

为降低小麦籽粒在收获、贮藏、运输过程中的机械损伤,掌握小麦籽粒粉碎机理,运用有限元法建立小麦籽粒的力学模型,研究小麦籽粒在压缩载荷作用下的应力分布规律。在材料力学万能试验机上进行压缩试验,测得不同含水率9.1%～21.6%的小麦籽粒在3种压缩型式下的弹性模量为98.86～206.59 MPa,屈服强度为0.8～1.95 MPa,破碎负载为63.44～154.77 N,最大应变为0.71%～1.02%。结果表明：在3种压缩型式下,破碎负载、弹性模量、屈服强度随着含水率的增加均有明显下降;在同一含水率下,B型压缩时破碎负载最大,L型压缩时次之,H型压缩时最小;屈服强度和最大变形在采用B型和L型压缩时较大,在H型压缩时较小;其主要破碎形式为在腹沟位置产生裂纹。比较3种压缩型式下的试验值的和仿真值,二者最大差异是12%,验证了仿真数值解可行性。     

玉米籽粒冲击破碎特性试验研究

农业物料的冲击破碎特性对运输、排种和粉碎等机械设备的工作参数设定具有重要参考意义。该研究以玉米籽粒为研究对象，设计并搭建了单颗粒物料冲击破碎试验装置，开展了5种不同含水率（10.86%±0.13%，13.87%±0.18%，17.24%±0.08%、20.23%±0.19%和23.46%±0.23%）玉米籽粒的冲击破碎试验，并以籽粒破碎模式、临界速度和破碎程度表征籽粒的破碎特性。试验结果表明，玉米籽粒的破碎模式可分为未破碎、破裂和破碎3种形式，其中破裂形式包括整体破裂和局部破裂；以碎粒中大颗粒质量与玉米籽粒质量间的比值W界定玉米籽粒的破碎模式，并建立了不同含水率玉米籽粒的W值与冲击速度间的回归模型，模型的决定系数均大于0.92，确定了5种不同含水率（含水率由低到高）玉米籽粒的临界破裂速度分别为11.45、15.54、19.84、30.49和34.28 m/s，临界破碎速度分别为19.55、23.75、28.68、42.07和46.79 m/s，表明玉米籽粒的临界破裂速度和破碎速度均随含水率的增加而增加；采用响应曲面法建立了破碎颗粒平均粒径与冲击速度和含水率之间的回归模型，模型的决定系数为0.96，方差分析结果表明冲击速度、含水率及其交互作用对玉米籽粒的破碎程度影响极显著（P<0.01），且破碎程度随冲击速度的提高而增加，随含水率的提高而降低。该研究可为玉米籽粒处理设备的工作参数设定提供参考，并为农业物料颗粒的冲击破碎特性研究提供理论依据和试验方法参考。     

玉米强弱势粒间机械脱粒破碎率的差异

为明确机械脱粒时玉米强弱势粒间破碎率的差异及其影响因素,选用2个玉米品种,将玉米分强弱势粒分别机械脱粒,比较分析3次机械脱粒日期(8月9日、8月16日、8月23日)强弱势粒的含水率、百粒重、力学强度、淀粉粒形态和破碎率。结果表明,参试品种‘仲玉3号’在8月9日、8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率均高于强势粒,‘先玉1171’在8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率也均高于强势粒;不同机械脱粒日期强势粒的含水率和百粒重显著高于弱势粒,同时较弱势粒具有明显的力学强度优势。籽粒顶面压碎强度和胚部压碎强度与破碎率呈极显著和显著负相关(r=-0.46**,r=-0.34*),可更好地反映籽粒耐破碎能力;强势粒的角质胚乳淀粉粒大于弱势粒,强势粒的粉质胚乳淀粉粒主要呈多面体,弱势粒主要呈球体。强弱势粒含水率差异难以反映其耐破碎能力,粒重和力学强度差异是造成强弱势粒破碎率差异的重要原因。     

纹杆块与钉齿组合式轴流玉米脱粒滚筒的设计与试验

为解决黄淮海地区玉米直接进行籽粒收获破碎率和未脱净率高的问题,该文在分析现有脱粒滚筒结构特点的基础上,设计了组合式轴流玉米脱粒滚筒,选取滚筒转速、滚筒倾角和凹板间隙为试验因素,在自制的玉米脱粒试验台上进行了单因素试验和正交试验,并运用SAS统计分析软件对试验结果进行了分析。单因素试验结果表明:随着滚筒转速的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率则急剧减小并趋于稳定;随着滚筒倾角的增大,籽粒破碎率和未脱净率则逐渐变小;随着凹板间隙的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率先升高后降低并趋于稳定。正交试验结果表明:影响籽粒破碎率和未脱净率的主次因素顺序均为滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙,且转速430 r/min、滚筒倾角6?和凹板间隙55 mm时籽粒破碎率和未脱净率均最低。该研究可为高含水率玉米脱粒滚筒的设计提供参考。     

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.     

含水率对大豆静压机械特性的影响

为探明不同含水率的大豆物理机械性质、揭示脱粒与输送过程中大豆机械损伤机理,以沈农12大豆为试验对象,应用万能生物材料试验机进行了5种含水率下的大豆破裂强度、弹性模量和压缩功等准静压力学特性试验,获得了6.84%～21.37%含水率范围内、3个方向的大豆破裂强度、弹性模量和压缩功及其变化规律,研究结果可为改进大豆脱粒和输送装置、确定工艺参数提供参考。     

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。     

基于准静态压缩方法的玉米粒破碎试验

为减少粮食因破碎而导致的损耗浪费,探索玉米颗粒的抗破碎能力,该研究利用准静态压缩试验共获得了920组玉米粒的力学数据,并通过韦伯分布拟合对玉米粒破碎力进行了分析。试验对比压缩方位及压缩速率对玉米粒破碎力的影响,确定准静态压缩的试验条件,在此基础上探索玉米含水率、粒径、轴比对玉米粒破碎性质的影响。结果表明：沿玉米厚度方向压缩可获得玉米粒的最大破碎力;压缩速率小于0.10 s^-1时,压缩速率对玉米粒破碎力分布无影响。另外,玉米粒的含水率、粒径、轴比均影响其破碎力分布。含水率14.72%的玉米粒破碎力分布更为集中;小粒径玉米粒更容易破碎,粒径小于7 mm时玉米粒破碎率达100%;玉米粒破碎率和破碎力均与轴比呈反比,表明饱满圆润的玉米颗粒更容易发生破碎。该试验为玉米在储运、加工过程中的降碎降损提供了可靠的数据支撑。     

轴流式和切流式机械脱粒对稻谷损伤及加工品质的影响

为确定不同机械脱粒滚筒收获方式对收获后稻谷品质性状的影响,以手工收获方式稻谷为对照组,对轴流式和切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷的品质性状进行研究,检测不同收获方式稻谷的裂纹率、裂颖率、发芽率、幼苗生长、腹部与背部作为承压面糙米的三点弯曲破碎力、加工品质指标等。测试结果表明:机械脱粒方式收获稻谷与手工收获方式相比,裂颖率增加,发芽和幼苗生长、三点弯曲破碎力和加工品质降低,其中裂颖率最大增加约35.6%,发芽率降低最大达53%,茎秆长度最大降低15 mm,根数量最大降低2.4个,腹部和背部三点弯曲破碎力减小最大值为4.5和3.8 N,整精米率最大降低12.11%;而切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷与轴流式相比,裂颖率较大,发芽率降低达34%~51%,茎杆长度降低最大达12.6 mm,根数量降低最大达1.8个,腹部和背部三点弯曲破碎力差异较小,整精米率降低10.38%。总体来说不同机械脱粒收获方式对稻谷的品质性状影响具有差异性,轴流式脱粒收获方式对稻谷的机械损伤小于切流式脱粒收获方式,机械脱粒损伤稻谷品质性状的评价应该根据稻谷具体使用目的进行客观全面的评价。     

机械脱壳时花生仁损伤特征及规律

为深入研究机械脱壳过程中花生仁损伤机理和规律,改进花生脱壳机的设计,以辽宁省花生主产地花生品种为对象,运用微型电子拉压试验机、体视显微系统,研究了花生仁外形特征、损伤特征与规律,并进行了不同品种花生仁、不同加载速率、不同受压部位的相关力学特性试验。研究结果表明：不同品种、不同受压部位的花生仁破碎力差异显著,四粒红和花育23在加载速率为10 mm/min时的正压和侧压下平均破碎力分别为106.2、96.6 N和79.8、58.3 N;加载速率不同时,花生仁的破碎变形量和最大破碎载荷都随着加载速率的增大而减小。     

基于仿生脱粒的鸡喙啄取玉米果穗引起籽粒离散过程分析

在先离散后脱粒工艺基础上,为探究玉米果穗的低损伤离散,该文利用玉米离散试验系统对鸡喙啄取玉米籽粒的过程进行试验研究。结果表明,鸡喙接触玉米籽粒后,籽粒离鸡喙越近,推力的水平分力越大,籽粒运动越明显,越容易从果穗上分离下来,籽粒离鸡喙越远,推力的水平分力越小,籽粒越难与果穗分离;离散过程中,籽粒遵循"组砌规律"进行力的传递,传递的范围近似为"塔形",脱离果穗的籽粒的运动类似于斜抛运动;玉米果穗在果穗切线方向上的受力最大,其次是玉米果穗轴线方向上的受力,垂直于试验台方向上的受力最小;验证试验结果:玉米果穗的平均离散率为67.53%,平均离散损伤率为0.16%,表明模仿鸡喙的离散辊对玉米果穗有较好的离散效果,且损伤率低。该研究对低损伤玉米脱粒系统的设计提供了仿生学思路。     

挤搓式玉米脱粒机的研制

为了解决我国长期以来存在的种子玉米脱粒损失量大的问题，该文介绍了一种利用挤搓原理的，宽板齿、低转速脱粒滚筒、栅格式凹板结构的玉米脱粒机的设计方法。该系列脱粒机的特点是脱净率高、破碎率低，适应玉米籽粒含水率在13％～20％范围内，既适合普通玉米脱粒、也适合种子玉米脱粒。该玉米脱粒机在设计上采用了挤搓脱粒技术。经过对该应用技术设备的设计、试制、试验、使用及测试，其结果表明，完全适合种子玉米脱粒。该文还介绍了在对该玉米脱粒机进行设计研究过程中初步总结的一些规律和认识。     

三倍体西瓜种子种壳结构及机械破壳力学特性

为实现机械破壳代替人工破壳的方式提高无子西瓜种子的发芽率。对比二倍体西瓜种子,用种壳超微结构分析方法解释了三倍体西瓜种子的发芽障碍原因;并采用3种常见的三倍体西瓜种子黑牛、蜜红和花皮,含水率分别为11.1%、11.2%和10.6%,运用常用试验方法对实现机械破壳的力学特性进行了试验研究。试验结果得出三倍体西瓜种子的加载速度对破壳力的影响;设计压缩摇杆时,其调节量标准以各品种的压缩变形量最大值为基准;加载速度宜选择80～100mm/min;最大破壳力为68.97N。研究得到的结果为开发三倍体西瓜种子破壳机械提供了基本参数和理论计算依据。     

玉米摘穗收获机械损伤影响因素分析

针对辊式玉米收获机收获损失大、籽粒损伤高的问题,该文通过理论分析与台架试验相结合的方法对摘穗过程中玉米损伤的影响因素及趋势进行了分析,建立了摘穗时果穗受力的数学模型并分析了各作用力随摘穗辊间隙、果穗直径的变化规律及其对收获损失和籽粒损伤的影响:随着摘穗辊间隙和果穗直径增大,摘穗辊凸棱对果穗的作用力、果穗受到摘穗辊的摩擦力以及果穗大端籽粒所受竖直方向的作用力都呈增大趋势,果穗损伤增加;果穗长度超过175 mm时,随果穗长度增加籽粒损伤明显增大,但果穗长度对籽粒损失无显著影响;摘穗辊转速在650~850 r/min变化时,果穗损伤率和籽粒损失随转速增加呈现先减小后增大的趋势;利用高速摄像技术对果穗的运动分析发现:果穗竖直方向运动速度对果穗损伤无明显影响,但果穗与摘穗辊接触时间越长,越容易对果穗造成损伤。该文通过对机械摘穗损伤机理的分析明确了影响摘穗损伤的主要因素,可为玉米摘穗装置的优化设计提供参考。