玉米根土复合体剪切性能试验

以玉米品种沈农46自然状态的根土复合体为试验材料,在电子万能试验机和自制的试样周围压力系统上进行剪切力学性能试验。试验结果表明：含水率是影响极限剪切应力的最显著自然因素,极限剪切应力基本随着含水率增加而增大;距离根茎中心约20 mm的竖直剖面极限剪切应力最大,通过根茎中心的剖面次之,对于大于20 mm的其他剖面,距离根茎中心越远,极限剪切应力越小,结合垄作规格,破茬刀在距离垄台中心40 cm左右的剖面进行作业是合理的;在该剖面地表下20~60 mm位置,玉米须根最发达,抗剪切应力最大,约为5.20~7.15 MPa,是破茬装置功率损耗最大的工作段。     

草地切根下根土复合体本构关系研究

为降低切根作业过程中的阻力,对不同盖度草地复合体的坚实度、容重、含水率、孔隙度、含根量、根系直径等物理特征及根系分布特征进行了数学统计分析;通过草地原状土及重塑土的三轴试验,对不同退化程度的草地复合体的本构关系进行了研究,并利用ABAQUS仿真软件验证了不同退化程度草地复合体的本构关系。结果表明,不同盖度草地复合体的物理特征及根系分布特征差异较大,盖度为30%～50%的退化草地物理状况最好;草地原状土试样的黏聚力、抗剪强度、弹性模量及割线模量均随草地退化程度的加剧而减小,切根刀对草地的剪切强度应大于243.03 kPa;仿真三轴试验与实际三轴试验所得偏应力极限值的相对误差均小于8%,所确定的本构参数可直接应用于草地土壤的数值建模。研究可为草地切根作业及切根刀的优化设计提供理论依据。     

水下根土复合体原位剪切装置设计与试验

针对现有原位剪切装置不具备防水功能,试验时难以保证推力匀速进给和推力及对应位移数据的同步采集等问题,为了能在水下进行原位剪切试验来测定植物水下根系的固土能力,结合水下原位剪切的特点,设计一种水下根土复合体原位剪切装置。剪切装置由剪切系统、液压系统、数据采集系统和取样框等组成。该装置能在水下正常工作,试验时推力进给匀速,速度可调可控,能同步自动实时采集、读取、记录、存储数据,并绘制剪应力—位移关系曲线。野外试验表明水下素土的抗剪强度为4.23 kPa,是陆上的74.9%,风车草、花叶芦竹根土复合体的水下抗剪强度分别为17.52 kPa和14.38 kPa,是陆上相同RAR根土复合体的56.7%、44%。仿真分析及试验结果表明该剪切装置强度、刚度、精度、稳定性和可靠性均满足使用要求,且能较好的测定水下根系的固土能力。     

基于三轴试验的根土复合体抗剪性能试验研究

以沙地柏群落中的土壤及其根系为研究对象,模拟采样地含水率与土壤密度,制备根土复合体。对试样进行常规三轴试验中的不排水不固结试验(UU试验)。分析不同根系分布形式及根系直径大小对根土复合体抗剪强度的影响。结果表明,沙地柏根系的加入能够提高土体抗剪强度。各级法向应力下,在特定的含根量下,且根系直径相同时,根土复合体抗剪强度与布根方式之间关系为:水平布根方式下抗剪强度最小,垂直布根居中,复合布根最大。在相同的布根方式下,根土复合体抗剪强度大小与所含根系直径间的关系为含1mm根的根土复合体抗剪强度最小,含2mm根的根土复合体抗剪强度居中,含1.5mm根的根土复合体抗剪强度最大。     

根土复合体的抗剪特性研究

为了研究根系对土体的加固效应,模拟矿区排土场边坡恢复植被油松样地的含水率与土壤密度,以根径和埋根方式为控制因素,制备根土复合体,利用全自动三轴仪,进行了固结不排水(CU)剪切试验。结果表明,与素土相比,根系能够提高土体的极限主应力差,增强土体抵抗破坏的能力。根土复合体是一种特殊的弹塑型材料,其主应力差与轴向应变曲线呈光滑非线性特征,随着围压的增大,表现出由应变硬化型向应变软化型转型的特征;围压对极限主应力差影响显著,埋根方式、根系直径对极限主应力差的影响不显著。随着根径的增加,不论是水平埋根还是垂直埋根,根土复合体的粘聚力均为增加的趋势;垂直埋根的根土复合体则随着根径的增加内摩擦角增大,而水平埋根的根土复合体的内摩擦角则有轻微的减小。根土复合体的Wu-Waldron根粘聚力模型修正系数K″范围为0.11~0.37。     

水稻根茬-土壤复合体剪切特性试验

为了降低稻茬地少耕免耕过程中的阻力,提高作业质量,同时为破茬开沟装置提供设计依据,采用自制的剪切试验装置在万能材料试验机上对水稻根茬-土壤复合体进行了剪切试验,对根茬-土壤复合体含水率、土壤容重、根茬-土壤复合体的当量直径、剪切位置、剪切速度、切刃刃角、切刀刃口形状7个因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上选取根茬-土壤复合体含水率、剪切速度、切刃刃角3个因素进行了正交试验。单因素试验结果显示:极限剪切应力与复合体的含水率呈二次多项式函数关系,与土壤容重呈幂函数关系,与根茬-土壤复合体直径呈二次多项式函数关系,与剪切速度呈对数函数关系,剪切位置距离根茬中心越远极限剪应力越小,切刃刃角越小极限剪切应力也越小;在4种形状的刃口切刀中,凹圆弧切刃的极限剪切应力最小。正交试验结果表明:切割速度450 mm/min、含水率25%、切刃刃角15°时,极限剪切应力最小。     

基于离散元的菠菜收获机根切铲优化设计与试验

针对菠菜收获过程中收获散乱、根切阻力大等问题,从根土复合体特性着手,分析收获过程中菠菜根、土壤与根切铲之间的互作关系,以优化根系聚拢、减少土壤雍堵和降低铲切阻力,提高菠菜切根效率。设计了一种兼具切根与根系聚拢功能的新型根切铲,建立了根切受力模型,对铲刀的关键参数进行计算优化,确定了铲刀滑切角为60°,刃口角为45°;测定了菠菜根的生物力学特性,建立菠菜根柔性体离散元模型,并基于颗粒接触力学模型的本构方程计算出菠菜根的粘结参数,结合土壤模型建立菠菜根土复合体,并对各项参数进行标定;构建了根切铲与根土复合体的铲切过程仿真,明晰根切铲的工作机理,确定影响切根与根系聚拢性能的主要参数。利用响应面法对根切铲各项参数进行优化,确定根切铲的最优设计参数为：铲翼角76°、铲翼长度占比57%、铲槽面积占比40%。田间根切试验表明：根切合格率均值为93.8%,采收率均值为87.2%。本研究可为菠菜收获机根切机构的研制提供理论指导。     

植物根-土复合体原位剪切试验装置的设计与分析

针对植物根-土复合体室内剪切试验时产生土体振动而导致试验精度不高的问题,在分析实际试验过程的基础上,提出了更接近实际剪切状况的野外现场原位试验方案,设计了一种植物根-土复合体原位剪切试验装置,采用电动拉杆带动专用卡具进行剪切,通过数据采集系统测出剪应力与剪切位移。制成的剪切试验装置主要由机架、固定卡具、拉拽机构和数据采集系统组成。受力分析及试验表明:该装置满足使用要求,为今后各类根-土复合体原位剪切试验装置的应用提供了参考。     

牧草切根机往复切根机构设计与仿真

现有牧草切根机切根机构多采用从动式机构直接带动切根刀工作,存在草地切缝大、疏松范围广和扰动较高等缺点。对牧草切根机切根机构进行了创新设计,采用液压缸驱动平行四杆机构实现切根刀的锯切,利用机构往复幅度实现切根刀锯切时的稳定性。通过采用机液综合解析法设计计算,分析了平行四连杆机构的运动,建立了机构模型。通过对机构的仿真,实现了机构预期的运动要求。      

基于AdvantEdge FEM的高速钢带锯条锯切ADC12铝合金的参数优化

针对汽车行业专用的ADC12铝合金压铸件在锯切过程中存在的加工问题,根据金属锯切机理将实际锯切模型进行简化。结合Johnson-Cook材料本构方程,在AdvantEdgeFEM软件中建立ADC12铝合金锯切仿真模型,模拟高速钢带锯条锯切ADC12铝合金加工过程。采用正交设计方法设计不同的锯切方案。将锯切过程的锯切抗力Fx、进给抗力Fy和温度这3个指标作为评价输入条件,结合综合评价模型找出影响锯切性能参数的主次顺序,确定最佳的锯切工艺方案。试验结果表明:当锯齿前角为15°、后角25°锯切进给量0.03mm、锯切速度100m/min时,锯切性能最佳。     

退化草地复合体力学特性与影响因素研究

为采用机械手段有效打破高坚实度退化草地板结性土层形成的土壤-根系复合体结构,对退化草地形成的复合体结构基本力学特性进行了研究。通过测定退化草地复合体的紧实程度、容重、含水率、孔隙度和含根量分布,对退化草地形成的复合体的物理性状进行了分析;通过对复合体原状试样进行剪切、无侧限压缩和回弹模量试验,对复合体的抗剪、无侧限抗压和回弹等基本力学特性进行了研究,并在此基础上通过正交试验探讨了容重、含水率和含根量对上述力学特性的影响。研究发现,退化草地形成的复合体具有加剧土壤紧实程度、聚集根系向浅层分布等特征;复合体的抗剪强度、无侧限抗压强度和回弹模量因根系的存在与无根系分布的土层相比有很大变化;复合体容重、含水率和含根量均对其力学特性产生了影响,且各因素的影响存在交互作用,根系的存在可增强复合体结构的抗剪强度和无侧限抗压强度,但对于回弹模量的影响却表现出一定的差异性。     

非完全对称气动柔性弯曲关节力学特性实验

为改进柔性机器人驱动器结构及数学模型,提出了一种非完全对称气动柔性弯曲关节及其数学模型。为了实现其实时闭环控制系统,进一步简化了原有数学模型,并对其力学特性进行了实验研究。搭建了力学特性实验平台,并对两种不同规格(长度分别为40、60 mm)的关节进行了测试。采用Matlab曲线及曲面工具箱对测试结果进行分析,得到了新型气动柔性弯曲关节的经验模型。该经验模型表明气动柔性弯曲关节的弯曲角度与初始长度、关节内外气压差、输出力之间存在非线性关系。与简化的数学模型比较,该经验模型具有更高的精度,其中输出角度模型相对误差平均值小于6.7%,输出力模型相对误差平均值小于2%。同时,该经验模型纠正了原有数学模型中,认为关节初始长度与弯曲角呈正比的错误结论。     

花椒微波干燥数学模型的试验研究

采用干燥试验在线测试系统,对花椒间歇式微波干燥的数学模型进行了试验和研究。试验结果表明:花椒微波连续干燥过程明显存在加速段和减速段,而等速段不太明显,且花椒初期温度升温很快;与传统热风干燥相比,微波干燥花椒的时间大大缩短。利用SAS软件对试验结果进行分析表明,花椒干燥特性曲线采用单项扩散模型拟合效果较合理。     

香蕉茎秆/根茬还田工艺研究和机械结构设计

从香蕉茎秆/根茬的生物学特性研究入手,设计了香蕉秸秆的还田处理工艺路线。在此基础上,对还田机械的总体结构、工作原理进行了详细介绍,列出了其主要的性能参数。最后,对粉碎机构的原理、刀具结构和除根/还田机构的破茬原理、刀辊总成、布刀形式进行了研究和设计。本还田技术装备解决了制约香蕉大规模种植面临的秸秆处理难题,具有重大的经济效益和生态效益。     

花生分段收获挖掘铲力学模型及试验分析

为优化花生收获挖掘铲的结构参数,对花生收获挖掘铲进行受力分析,并建立工作状态的力学模型,研究各个参数的变化对受力状况的影响,找出对工作阻力具有影响的参数和薄弱部位。通过田间试验,对力学模型进行验证,结果表明:影响工作阻力的参数有犁面与地面的夹角、犁面的开度角、前失效角的倾角及土壤重力,犁柱截面C为薄弱部位,力学模型与收获挖掘铲的受力状况基本相符。     

典型萝卜力学特性的对比试验研究

利用万能试验机对白萝卜和青萝卜进行试验,确定了萝卜皮的拉伸力学特性及萝卜的剪切力学特性,并研究了不同含水率对萝卜力学特性的影响。试验结果表明:含水率对萝卜的力学特性影响比较大。随着含水率的增大,萝卜的抗压性能好,且弹性模量、最大抗压强度及最大载荷逐渐增大;白萝卜皮的抗拉力学特性略大于青萝卜皮,且弹性模量小于萝卜内部;白萝卜与青萝卜的剪切面积与萝卜的最大剪切力呈线性正相关;白萝卜的剪切强度为(0.066±0.024)MPa,青萝卜的剪切强度为(0.082±0.02)MPa,白萝卜的抗剪切能力略小于青萝卜,且萝卜的抗剪切能力远远小于萝卜的抗压能力。     

绿豆物理机械特性参数的试验研究

绿豆的精量播种是解决我国绿豆产业栽培技术落后、产量及品质较低等问题的关键因素之一,而气吸式精量播种是目前精量播种方法中应用很广的一种方法,因此通过实验对绿豆种子的重要特性参数进行了研究,得到了长宽厚平均尺寸分别为5.72、4.38、4.42mm,球形度为83.95%,千粒质量为86.02g,孔隙率为0.5 0 7 6,休止角为2 4.3 3°,并对种子与不同材料间的滑动摩擦角和摩擦因数、碰撞恢复系数、漂浮速度和漂浮系数进行了研究。该研究填补了绿豆重要特性参数研究的空白,为后续设计改进气吸式精量播种机使之适合绿豆种子播种要求提供了重要的理论依据。     

复合材料成型工艺方法的研讨

文章就复合材料的基本概念、特点和典型应用加以阐述,并对目前生产复合材料的工艺方法作了介绍,论述了这些方法的特点。