贮藏和振动对草莓组织的损伤研究

本文运用电子显微技术研究了贮藏和模拟运输振动后草莓微观组织的变化。观察结果表明:贮藏和振动下细胞器的损伤演变顺序不同。改变振动加速度、频率、振动时间和CO₂/O₂的浓度,在草莓的不同部位产生不同形式的损伤。     

基于疲劳损伤理论的果品振动损伤模型表征

疲劳振动是导致果品运输机械损伤的主要原因之一。基于Palmgren-Miner理论,结合果品振动损伤特征与外界振动激励的相关性,提出果品振动疲劳累积损伤模型与模型参数确定方法。以梨果实为研究对象,进行多种工况下的疲劳损伤振动与临界疲劳损伤振动试验,获得了水晶梨的振动疲劳常数;同时依据梨果实分级标准中的优等品损伤面积临界值,得出梨果实损伤激励加速度阈值,试验结果与理论分析吻合性高。研究结果为进一步认识果品振动疲劳损伤机理、进行果品振动缓冲包装提供了技术基础。     

振动方式和频率对杏树振动采收响应的影响

为了研究受到不同振动激励后杏树的响应状态以及杏树最佳振动采收频率,该文建立了单偏心式和对称双偏心式振动激励下杏树响应模型以及杏树-采收机动力学模型;分析杏树受振动激励后,不同位置的振动响应状态。理论分析与试验表明,杏树受单偏心式振动激励时,主要表现为扭转振动,夹持位置运动轨迹为圆形;受对称双偏心式振动激励时,主要表现为弯曲振动,夹持位置在水平方向上做往复运动,运动轨迹为直线。利用LabView振动测试软件,通过沿杏树主干安装的加速度传感器,检测杏树不同位置振动加速度变化。分析表明,振动由夹持位置沿树干向上传递,同时获得不同位置的加速度振动响应曲线;通过MATLAB对达到振动稳态后0.1 s内数据进行傅里叶拟合分析表明,各级枝干检测点均做周期性简谐运动,得到不同位置加速度拟合曲线及振动响应函数;通过对0~50 Hz加速度频谱分析表明,杏树在11.56 Hz振动激励时,各检测点加速度值最大。该研究可为林果振动收获机械设计与优化提供参考。     

机械采收作业中银杏树频谱特性与振动响应关系研究

机械采收是林果收获最有效的方法,在受迫振动下果实的掉落不仅受到激振振幅、频率和持续时间的影响,还与果树自身的生长形态和固有频谱特性有关.为了研究银杏树的频谱特性与振动响应之间的关系以及振动响应在不同方向上的差异性,该文在室内冲击激振下测试了一棵Y型银杏树不同方向的频谱特性.然后,通过频谱曲线中峰值点和谷值点所在的频率对果树树干进行简谐激振获得空间加速度响应.结果显示频谱特性与振动响应之间存在一定的对应关系,基频以及10.00Hz以下的激振频率无法激发起很大的振动响应.共振频率能够引起极大的振动响应,但是加速度幅值在低频下较小并且随着激振频率的增加而增大.当频率高于25.00Hz时并不能再次引起较强的加速度响应,样品树的最佳激振频率为23.75Hz.在同一个测试位置,3个方向的振动响应呈现出相似的特性但振幅不同.随着测试位置逐渐远离激振点,沿着果树生长方向的加速度幅值显著增加,并且该方向是振动响应传递过程的主导方向.结果表明在机械采收林果时,可以首先测试果树的频谱来获得共振频率,然后在特定的共振频率下对果树进行激振来获得较强的振动响应,更高的激振频率并不一定引起更强烈的振动响应.同一个测试位置不同方向之间存在差异性,不同位置的果实可以被不同方向的惯性力移除.     

振动激励下枣树力传递效果室内模拟试验

为了提高林果振动采收的作业效率,根据果品在振动过程中瞬时加速度的变化,研究其振动采收时力的传递效果,降低激振功耗.该文以红枣振动采收为研究对象,建立红枣"枝-柄-果"的双摆振动模型,分析系统振动过程中的固有频率,获得系统的固有振动频率为14.69、17.26Hz;利用振动试验测试系统,进行扫频试验,测得枣树发生共振频率的范围集中出现在12~24Hz;当振幅分别为3、5、7mm时,频率在12~24Hz时进行枣树的定频振动试验,通过DHDAS分析软件分析,获得枣树的振动频率和瞬时加速度的关系;对受迫振动的红枣采用3D高速摄像技术进行运动分析,获得红枣在空间的最大瞬时加速度值,通过统计计算分析,红枣的最大瞬时惯性力值均大于果柄最大拉断力6N.试验表明在振幅为7mm、频率为17Hz时,红枣振动采收过程中,力的传递效果较好.该研究可为红枣收获机激振系统的设计提供理论依据和技术参考.     

不同振动特性参数对杏树振动响应的影响

为研究振动时间、振动频率和振动激励点振幅等不同振动特性参数对杏树振动的影响,该文利用ANSYS软件对杏树进行了有限元建模分析;通过三因素三水平试验分析不同振动特性参数对杏树振动检测点的影响,利用Design Expert软件进行优化分析,并进行实验室验证试验。杏树自由模态振动响应分析表明最佳杏树振动采收响应频率范围为0～20 Hz;谐振动响应分析可知在最佳频率范围内,杏树振动激励点振幅为5、10和15 mm时,同一频率下,随着激励振幅的增大,相同位置加速度增大,但振动曲线整体变化规律和趋势一致。试验分析可知,各因素影响检测点1和2加速度的强弱顺序一致:激励点振幅振动频率振动时间;各因素影响检测点3加速度的强弱顺序为:振动时间激励点振幅振动频率;建立3个检测点的响应方程,由下至上3个检测点的回归方程决定系数分别为0.906 7、0.879 3和0.973 3;多目标参数优化结果为:振动时间7.207 s,振动频率15 Hz,激振点振幅10 mm,通过验证试验可知由下至上各检测点加速度为10.4g、10.2g和9.3 g,与优化值相近。该研究可为杏振动采收机械参数设计提供参考。     

枸杞振动采收机理分析与试验

为深入研究枸杞振动采收机理,该文基于果-蒂分离条件及枸杞枝条间的动态传递特性进行试验研究分析,获得枸杞振动采收条件。利用振动分离试验台进行结果枝果-蒂振动分离试验,探寻最优采摘效果的振动参数组合,即激振频率18.22 Hz、激振振幅7.87 mm和枝条通过装置的行进速度20.93 mm/s,分析该组合参数下结果枝的加速度响应,获得枸杞果-蒂分离条件。在田间采用高速摄像系统对枸杞枝条间的振动传递情况进行跟踪拍摄,并用高速运动分析软件Pro Analyst对枸杞枝条的动态响应进行分析,获得枸杞三级枝和结果枝(四级枝)的加速度响应关系。对试验结果进行分析,获得了不同激振情况下枸杞振动采收所需加速度,即当所有结果枝被直接激振时,被激振处的加速度需要达到518.38~551.06 m/s~2,结果枝末端加速度需要达到347.64~390.56 m/s~2;当存在结果枝未被直接激振,而三级枝全部被直接激振时,三级枝被激振处加速度需要达到1 738.20~1 952.80 m/s~2。该文研究结果可为枸杞机械化采收提供参考。     

基于模拟运输条件的梨果实包装振动损伤研究

运输振动是导致果品机械损伤的重要原因之一,而包装形式与缓冲衬垫性能是影响果品运输机械损伤的最关键因素。该文根据等效加速试验原理,模拟实际公路运输工况,试验研究不同缓冲衬垫对箱装水晶梨运输振动损伤保护的影响。结果表明,不同的包装方式对于梨果实损伤的保护作用不同,瓦楞纸板衬垫与隔挡可以使梨果实损伤率减小15%～25%,瓦楞纸板衬垫、隔挡以及网罩的联合包装形式可以使梨果实的损伤率减小35%～45%。包装箱所处堆码层数对梨果实的振动损伤有重要影响,最上层梨果实的损伤最大,最下层梨果实的损伤次之,中间层梨果实的损伤最小。在同一包装箱内,最上层梨果实损伤最大,中间两层次之,最下层最小。     

偏心式林果振动采收机的研制与试验

为提高林果采收效率,降低采收成本,针对中国果园矮化密植模式下机械化作业条件差的特点,设计了偏心式林果振动采收机。该机安装在电控履带车上,通过偏心块旋转产生的离心力激振树干实现林果振动采收。建立了偏心式振动采收动力学模型,得出了采收机—果树系统稳态响应振幅表达式并分析了主要影响因素。利用该采收机对核桃(新新2号)进行了采收试验,结果表明:激振频率对树干全振幅和果实采净率具有显著性影响(P=0.05),树干全振幅和果实采净率随激振频率的增大而增大,激振频率20Hz时达到最大值,分别为8.83mm和92.6%;落果和树干夹持处均未见破坏性损伤,但激振频率越大,夹持处痕迹越明显,建议控制激振频率于19～20Hz,平均采净率约达到89.5%～92.6%,而且果实和树干没有破坏性损伤。该研究为实际生产提供指导。     

草莓果实振动损伤的预测模型

利用自制的振动试验台模拟运输环境，对草莓果实机械损伤进行较系统的研究。通过多因素组合试验，摸清了振动强度、包装材料、包装方式及成熟度对果实损伤的影响规律；通过非线性回归分析，建立了果实振动损伤的数学模型，其理论值与实测值具有很好的一致性；通过验证试验，探讨了利用修正回归模型预测草莓果实在相同条件下实际运输损伤值的可行性。     

黄花梨的撞击力学特性研究

农产品在收获、分级、包装、运输和加工中将发生机械损伤,而碰撞是导致机械损伤的主要原因之一。该文以黄花梨为试验对象,进行了不同下落高度、不同梨质量和坚实度等对碰撞参数指标如力峰值、到达力峰值时间、碰撞总时间、力峰值/到达力峰值时间的比值等影响的碰撞特性试验。试验表明3个试验因子对力峰值/到达力峰值时间的比值、损伤体积和力峰值的影响大都为显著。碰撞参数指标内部之间的相关性不尽相同。碰撞损伤预测模型可采用V=β0+β1h+β2m+β3f来表达     

香梨静压接触应力测量及损伤预测

为了实现香梨果实静压损伤面积的准确评估和预测,该文采用Prescale感压胶片对香梨不同静压水平下的接触应力分布进行测量分析和有限元模拟。研究结果表明,当香梨50～200N静压时,50N时香梨无肉眼可辨的损伤,感压胶片测量的峰值应力0.5～0.6MPa,其应力面积在香梨损伤面积中所占很小;感压胶片测量的接触应力分布中只有≥0.2MPa范围的应力面积非常接近香梨损伤面积,因此可作为香梨损伤面积的应力阈限。当该应力阈限用于香梨静压有限元模拟的损伤面积预测时,100和150N压力下的相对误差率约6%,200N压力下的预测误差为13%,这说明有限元法能够较准确地预测香梨静压损伤面积,从而可为今后香梨采收、分级和包装装置的减损结构优化设计提供依据。     

基于运行稳定性的离心泵导叶安装位置优化试验与分析

为提高导叶式离心泵的运行稳定性,探寻径向导叶相对隔舌的最佳安装位置,该文通过数值模拟确定了某型号单级单吸导叶式离心泵的3种典型导叶安装位置,并通过试验对3种安装位置下的外特性、压力脉动和振动特性进行了测试。对比分析了外特性曲线、压力脉动幅值和频域特性、振动幅值和频域特性。研究结果表明,蜗壳隔舌处于导叶出口流道中间位置时,离心泵水力性能最好,效率相对于其他2个位置最多提高2个百分点;测点在3个方向上的振动加速度幅值均处于较低水平,但是会增大蜗壳扩散段在大流量时的压力脉动幅值,最多高出2.25 k Pa。由于径向导叶的存在,2倍轴频和3倍轴频是压力脉动的主要激励频率;2倍轴频与6倍轴频是振动加速度的主要激励频率。蜗壳扩散段压力脉动幅值随着流量增加先减小后增大,在0.6倍工况达到最低值。导叶安装位置对压力脉动频域分布规律和振动加速度频谱特性的影响较小,相同工况下,测点的压力脉动频域分布规律和振动加速度频谱特性基本相同。因此,该研究为径向导叶的合理布置提供了参考。     

铲筛式残膜回收机输膜机构参数优化与试验

垄作残膜回收对机具幅宽要求较高、地膜利用低、垄体高、垄沟残膜回收难、残膜碎片多、埋膜深等特点。铲筛式残膜回收机对土下残膜具有回收能力,在垄作残膜回收领域具有良好的应用前景。输膜机构缠膜率高和收获后残膜含土率高是制约铲筛式残膜回收机推广的主要问题,为了提高铲筛式残膜回收机输膜机构作业质量,降低输膜机构的缠膜率及收获后残膜的含土率,该文运用单因素试验方法得出最优筛面结构形式,在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对残膜回收机输膜机构的工作参数进行了试验研究,以振动筛振动频率、振动筛振幅、齿片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:缠膜率影响显著性顺序为振动筛振动频率?齿片间距?振动筛振幅;含土率影响显著性顺序为齿片间距?振动筛振动频率?振动筛振幅;最优工作参数组合为振动筛振动频率3.9 Hz、振动筛振幅42 mm,齿片间距15 mm,对应的缠膜率和含土率分别为1.72%、32.81%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为铲筛式残膜回收机输膜机构的结构完善设计和作业参数优化提供参考。     

基于傅里叶描述子和共振频率的不规则果形梨果硬度评估指标构建

针对不规则果形梨果,为构建适用于评估果形不规则梨果硬度的硬度指标,该研究采用傅里叶描述子对梨果轮廓进行描述,并将试验模态分析和有限元模态分析相结合,研究果形变化对梨果振动频率的影响规律,基于振动频率和果形描述子构建硬度评估指标。结果表明,采用前15个傅里叶描述子可以准确描述啤梨果形轮廓特征,第1傅里叶描述子与啤梨低频弯曲、挤压、呼吸模态频率线性相关性较高,相关系数分别为-0.923、-0.922、0.700;挤压模态振动变形在赤道部较大,测试时易于提取共振频率,因此选取挤压模态频率构建含有第1傅里叶描述子的硬度指标,新指标评估硬度值与M-T穿刺硬度实测值决定系数为0.892。研究结果可为果形不规则梨果硬度评价提供参考。     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

基于EDEM的振动筛分数值模拟与分析

为了寻找振动筛的最佳运动学参数（振幅、频率、振动方向角）,达到提高透筛效率并减少清选损失的目的,利用EDEM软件,对振动筛分过程进行数值模拟,得出在其他条件一定的情况下,随着振幅和频率的增加,物料沿筛面后移的速度增加,同时透筛效率增高,在振幅40 mm时和频率6 Hz时出现筛分损失;随着振动方向角的增大,在25°到45°范围内,物料沿筛面后移的速度增加,在45°时达到最大,超过45°之后,物料沿筛面后移的速度逐渐降低,而透筛效率在35°时最高,超过35°,透筛效率逐渐降低。模拟结果与试验测量结果总体趋势基本吻合,这表明了利用EDEM进行数值模拟的正确性和可行性。     

青香蕉多次敲击力学特性及易损性评估

香蕉通常在绿硬期（即青香蕉）进行采运,在此过程中果指与作业部件和相邻果指之间易发生反复碰撞。为探明果指的机械性质,减少香蕉采运过程中的碰撞损伤,该研究针对不同生长位置的果指进行了敲击试验。通过方差分析检验了敲击次数、敲击能量和生长位置对果指力学特性（加速度峰值和恢复系数）及易损性（损伤尺寸和敏感度）的影响。结果表明,敲击能量越高,加速度越大,恢复系数越小,损伤尺寸和敏感度越大,果指越易损伤;在果指塑性变形对应的敲击能量阈值内,加速度、恢复系数与损伤尺寸随次数以非线性方式增加,但增量主要集中在初始5次,而损伤敏感度则以非线性方式递减,随着敲击次数的增加,果指的易损性呈非线性降低。越靠近果轴底端且在内排生长的果指,越易损伤。该研究成果可为香蕉采运等过程中的防护措施与风险因素的管理提供依据。