水稻谷粒与脱粒元件碰撞过程的接触力学分析

针对中国水稻在机械化收获过程中稻谷损伤严重,脱粒装置的设计仍以经验为主等现状,从碰撞的角度,建立了谷粒与脱粒元件接触过程的位移量和最大压力分布方稃,并以钉齿脱粒滚筒为例,求得了稻谷产生应力裂纹或破碎时稻谷与脱粒元件碰撞的临界相对速度,室内台架试验验证了理论分析的正确性,为深入研究水稻谷粒与脱粒元件的相互作用、稻谷的脱粒损伤机理以及脱粒装置的设计提供了理论依据.     

稻谷自然晾晒后显微结构分析研究

通过研究自然晾晒后稻谷内部的显微组织结构，可以分析稻谷应力裂纹的生成扩展机理。通过扫描电子显微镜观察，发现自然晾晒后的稻谷胚乳组织结构遭到轻微破坏，产生应力裂纹，籽实皮与胚乳之间的结合区域也有应力裂纹产生。应力裂纹首先生成在胚乳组织的中心部位，然后向四周扩展。产生应力裂纹时，只是裂纹两侧的胚乳组织遭到破坏，其它部位的胚乳组织状态良好。大多数应力裂纹扩展的路径都是穿越细胞壁，沿着淀粉颗粒的边缘进行扩展。分析研究稻谷自然晾晒后胚乳组织的形态结构以及应力裂纹的显微形态、生成位置和扩展方向，对稻谷应力裂纹检测技术的提高和干燥品质的评价都具有重要的价值。     

油菜脱粒过程中茎秆碰撞破碎的试验研究

油菜脱粒过程中茎秆过度破碎是导致夹带损失和脱粒功耗升高的主要原因。为明确油菜茎秆被脱粒钉齿碰撞导致破碎的机理,该研究以收获期油菜茎秆为研究对象,在自制的碰撞试验台上进行脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞破碎试验。在进行油菜茎秆与脱粒钉齿撞后轨迹分析的基础上,利用感压胶片对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞力进行了测量,并以油菜茎秆破碎率为指标,以油菜茎秆长度、喂入次数、滚筒转速、齿型等为因素分别进行了单因素试验和正交试验。结果表明：单个钉齿与油菜茎秆的碰撞过程为高速瞬时多点碰撞,碰撞过程89%为多次碰撞,发生1次碰撞的仅占11%,碰撞次数与碰撞点在钉齿上的位置有关;瞬时多次碰撞过程中碰撞力随碰撞次数呈减小趋势,试验条件下单次碰撞力平均值为13.25 N,小于油菜茎秆径向压缩的屈服极限,单次碰撞的油菜茎秆并不会破碎;单因素试验表明油菜茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、滚筒转速正相关;刀面、柱面和平面3种钉齿中刀面钉齿对茎秆破碎率影响最大,平面钉齿对茎秆破碎率影响最小,试验条件下将油菜茎秆重复8次喂入碰撞试验台后油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%,油菜侧枝破碎率为42.2%,主茎秆破碎率远远大于侧枝;正交试验表明在所选参数范围内影响茎秆破碎率大小的顺序依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型、喂入次数,且茎秆长度100 mm、滚筒转速500 r/min、喂入次数为2次、齿型为平面钉齿时油菜茎秆破碎率最低。本文对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞形式及碰撞力进行了研究,确定了影响茎秆破碎的主次因素,可为油菜脱粒装置的优化设计提供依据。     

弧形齿滚扎式残膜回收机的设计及参数优化

针对现有残膜回收机具存在残膜捡拾机构复杂、可靠性差、边膜回收率及卸膜率低等问题,从工作部件受力、捡拾机构运动轨迹的角度对起膜铲、残膜捡拾机构、卸膜机构等关键部件进行了研究,设计了一种弧形齿滚扎式残膜回收机。为探明拾膜钉齿扎膜过程中钉齿、地膜和土壤的形变、受力情况,从而指导机具的设计,运用ANSYS软件对弧形齿滚扎式捡拾机构捡拾地膜过程进行非线性有限元动力学仿真分析,仿真结果显示:在捡拾地膜过程中,钉齿末端变形最大,根部应力最大;地膜最大变形发生在与钉齿末端接触位置;土壤受到钉齿扰动变形量小。运用Box-Benhnken的中心组合方法,以机具行进速度、边膜铲铲翼与铲柄夹角、钉齿入土深度为试验因素,起边膜率、残膜捡拾率、卸膜率为试验指标,进行三因素三水平二次回归试验,建立了响应面回归模型,分析了各因素对试验指标的显著性并对因素进行了综合优化。确定最优试验参数为:机具行进速度为4.0 km/h、边膜铲铲翼与铲柄夹角为90°和钉齿入土深度为55 mm。在该条件下进行田间试验,得到起边膜率为93.5%、残膜捡拾率为87.4%、卸膜率为87.1%,与优化理论值相对误差均小于4个百分点,研究结果为残膜回收机具结构设计及工作参数选择提供理论基础和技术参考。     

联合收割机行走底盘变速箱齿轮的疲劳分析

为预测联合收割机行走底盘变速箱齿轮的失效部位及使用寿命,采用SolidWorks软件建立了联合收割机行走底盘变速箱输入齿轮副的三维有限元模型,并模拟实际工作情况进行齿轮传动加载。根据齿轮面－面接触力学模型,分析了齿轮副在载荷作用下的力学特性,计算得到齿轮的齿面范·米塞斯（Von Mises）应力、位移及应变分布状况,其最大范·米塞斯应力约为394.16 MPa,小于材料的屈服极限,轮齿根部不会发生齿根断裂。基于Simulation模块中定义的S-N曲线对齿轮进行了疲劳分析,运用威尔布分布描述疲劳失效的概率,预测了当齿轮的工作寿命为500 h时齿轮的失效概率为93.96%。在自制的变速箱疲劳试验台上进行了疲劳性能试验,结果表明输入主动齿轮在工作500 h后齿面磨损非常严重。齿面点蚀主要集中在齿面的中部区域,齿轮完全失效,与理论分析基本吻合。     

基于横向力系数的汽车急转防侧翻车速计算模型与仿真

针对汽车转向行驶时常因车速过快而引发侧翻事故这一问题,通过建立车辆转向行驶的力学模型,分别对刚性车体和考虑悬架作用车体在急转工况下的受力状况进行分析;在分析车辆转向时横向载荷转移、悬架运动等因素对横向力系数影响的基础上,将横向力系数的计算方法进行改进;根据横向力系数与车速间的关系,建立了基于横向力系数的汽车急转工况防侧翻临界安全车速计算模型;选用某型商用车结构参数为例,通过Matlab软件仿真的方法将所建立模型与其他4种弯道安全车速计算模型进行对比分析,该模型所得临界安全车速处于其他4种车速模型所得结果的区间内;同时,采用车辆动力学软件Truck Sim进行不同转弯半径下的车辆转向侧翻仿真对该模型进行验证,模型所得安全车速值比Truck Sim软件仿真所得侧翻临界车速值约小10%。该研究为急转工况下车辆的侧翻评价以及车辆转向行驶的主动安全控制提供了参考。     

钉齿式残膜捡拾机构运动仿真分析及性能试验

由于钉齿式残膜捡拾机构是被动式的动力驱动,且钉齿的运动受滚筒等多个动参考系的影响,造成钉齿运动过程的理论计算难度大、分析依据不足等问题。通过开展钉齿式残膜捡拾机构工作原理和动力学的分析,应用ADAMS完成运动学分析,获得钉齿相对地面的运动轨迹、齿尖的位移、速度变化曲线,完成样机的试制和田间试验。通过分析,钉齿式残膜捡拾机以5 km/h的速度作业时,滚筒转速为50.04 r/min,大于滚筒的临界转速44.61 r/min,且钉齿相对地面的轨迹为余摆线;钉齿入土时合速度的方向与垂直方向夹角为18.1°,出土时合速度的方向和垂直方向基本重合,有利于钉齿的扎入土壤及顺利挑膜,满足设计要求;相邻钉齿齿尖上的标记点MARKER_76和MARKER_77在入土、出土时捡拾区长分别为51.44和50.08 mm,同水平位置相邻余摆线间的距离为59.4 mm,大于最大捡拾区长51.44 mm。田间试验表明,钉齿式残膜捡拾机构的拾净率达71.7%,缠膜率为1.52%,满足耕层残膜捡拾作业的性能要求。该研究可为优化作业参数、研发相关装备提供参考。     

甘蔗切割过程的有限元仿真

为了提高微型甘蔗切割器的性能,需要得到刀具倾角与切割速度对切割力,切割耗功,破头率等的影响。该文利用ANSYS/LS-DYNA对甘蔗切割过程进行有限元仿真。在仿真中建立了不同的刀具倾角以及切割速度组成的有限元模型,并使用LS-DYNA提供的MAT_WOOD材料模型以及接触侵蚀算法进行数值计算。仿真结果表明,切割速度变化对切割过程中的切割力,能量损耗和刀具最大应力的影响较为显著,倾角变化对切割力的影响较为显著。动刀倾角为0°时,切割力最小,动刀速度在0.5～0.9 m/s范围内,切割速度越大切割力越大。通过与试验的对比,发现在仿真中速度的变化对切割力大小趋向的影响与试验结果吻合,切割力最大值的相对误差小于20%。甘蔗切割的有限元仿真能降低试验成本,缩短试验时间,为样机的设计提供了依据。     

稻米爆腰机理与碎米率

碾米过程中产生的碎米率与稻谷中的糙米的爆腰率有重要相关关系。米粒的主要成分是淀粉,淀粉以一定的晶体结构排列在米粒的胚乳细胞壁中,当淀粉在受热和受潮时,淀粉粒膨胀,使米粒产生热应力和水分应力差,当此拉应力大于米粒抗拉强度时,米粒内部就产生裂纹而形成爆腰米粒。稻谷在收获后期、收获后的干燥、贮藏中均会受到温度和水分变动而产生爆腰米粒,稻谷在加工过程中受到机械力的作用也会增加米粒的破碎。所以,降低碎米率应该从稻谷的收获后期就引起注意,防止温度和水分过大的波动,在稻谷加工中米粒应避免拉伸和弯曲的作用。     

果园链索系统横向运动共振条件及频率分析(英文)

为抑制果园链索货运系统的横向振动,需要预测振动频率特性的影响因素及其关联性。基于弦线理论和链传动特性,建立了拉普拉斯域内的横向振动微分方程,得到了系统运行的临界速度。对托索轮与链环之间的多边形效应进行了研究,确定了共振响应的行进速度条件。通过偏微分方程的数值求解,分析了链索初始张力、行进速度和载重质量对链索横向振动频率的影响关系,并进行了试验验证。试验条件下,行进速度、载重质量和张紧力的实际频率值与数值求解值的相对误差范围分别为1.4%~27.6%,6.1%~14.2%和14.7%~24.3%。结果表明系统一阶固有振动频率与张紧力正相关,与行进速度、载重质量负相关,所提出的模型能预测链索系统的运行参数对横向振动频率的影响。该研究为系统运行参数的优化提供了设计参考,并为链索货运系统受风雨激励影响和稳定性控制的研究提供了理论基础。     

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。     

Protein metabolism in rice seedling

The relationship between protein synthesis and degradation in germinating rice seed were studied with protein synthetic inhibitors. Both DNP and 8-AG inhibited the degradation of glutelin, the major storage protein in rice seed, while the inhibitors had no direct effect in the activity of rice seed proteinllse in vitro. The prevention can be partly ascribed to the Inhibition of proteinase synthesis because the inhibitors depressed the increase in proteinase activity during germination. When DNP treatment was started at the onset of germination, the degradation of glutelin in the endosperm was seriously inhibited and the endosperm remained rigid over 9 days of incubation at 30°C. In contrast, the inhibition was less efficient clent when the treatment was started in the later stage. It is suggested that the degradation of the storage protein in rice seed depends on the synthetic process of the hydrolytic enzymes which increase during germination. disintegrate the compartmentation of the endosperm and allow the storage proteins to come in contact with the existing proteinases     

抽穗期高温胁迫对水稻产量构成要素和品质的影响

以扬稻6号与南粳43为试验材料,通过在人工气候箱中进行高温处理,研究抽穗期高温胁迫对水稻产量构成要素及稻米品质的影响,旨在深入探讨高温对水稻的伤害机理。研究表明:水稻抽穗期高温降低了水稻的每穗总粒数、结实率和千粒重,同时稻米的糙米率、精米率、整精米率、可溶性糖和蛋白质含量也呈下降趋势,而稻米的垩白率、垩白度和直链淀粉含量增加明显,随胁迫温度的提高和胁迫时间的延长,2个水稻品种的产量构成要素和稻米品质急剧下降。相同温度胁迫下,扬稻6号的热害指数(Index of heat sensitivity,HIS)稍低于南粳43,其中扬稻6号的产量构成要素和品质受高温的影响也稍低于南粳43,说明扬稻6号耐高温能力高于南粳43。研究结果为进一步了解高温对水稻结实和稻米品质的伤害机理,筛选耐热性强的水稻品种提供重要的理论依据。     

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。     

稻谷种子安全干燥温度模型研究

以稻谷干燥时的活力退化动力学方程为基础，结合稻谷玻璃化转变理论建立了稻谷种子安全干燥温度模型。并通过稻谷种子的发芽率试验确定了种子安全干燥温度模型方程的系数。数学模拟结果表明，稻谷干燥过程中随着水分的降低，种子安全干燥温度曲线存在一个最低点；依据稻谷初始含水率由高到低，其最低安全干燥温度由低到高，而且种子通过最低安全干燥温度曲线最低点以后所能承受的温度则有所提高；当稻谷初始含水率低于13%(w.b.)时，种子安全干燥温度曲线后半段近似为一直线，不再有拐点（最低点）。论文最后提出了稻谷种子安全干燥温度和操作工艺，以及选择种子安全干燥温度时应注意的问题。     

Effect of Kernel Size,Location, and Type of Damage on Popping Characteristics of Popcorn

Popping characteristics, specifically expansion volume and popping time, were studied for damaged popcorn. A single variety of commercial undamaged yellow popcorn was separated into four size fractions (D < 4.36, 4.36 < D < 5.16, 5.16 < D < 5.95, and D > 5.95 mm) by screening with round-hole sieves. Kernels were damaged using a razor knife by either slicing a 2-mm diameter piece of the endosperm or the germ or by cutting through the pericarp and seed coat into the endosperm or the germ ≈2 mm. A total of five combinations of location and damage were studied (tip cap removed, side cut, side sliced, germ cut, and germ sliced) for each kernel size. A control sample with no damage was also analyzed for each size fraction. All of the damaged kernels (regardless of type of damage) popped, but they had expansion volumes 9.1–47.5% smaller than those of undamaged kernels. The expansion volume of damaged kernels increased by 52.5–85.7%, depending on the damage, when the size of the kernel increased from <4.36 mm to >5.95 mm. Removing the tip cap and slicing through the germ caused less loss of expansion volume than did other types of damage. Damaged popcorn kernels had faster popping times (12.2–24.0 sec) than did undamaged kernels (30.9–34.6 sec). Popping times increased with increasing kernel size for all types of damage.     

Stress‐Strain Analysis and Visual Observation of Wheat Kernel Breakage During Roller Milling Using Fluted Rolls

The endosperm and bran of a wheat grain have different mechanical properties and break differently under the same stresses. Stress‐strain analysis was used to model the factors affecting wheat kernel breakage during milling using fluted rolls. The planes of principal compressive and tensile stress and the maximum shear stresses, along which the kernel is most likely to be broken, were calculated for a sharp‐to‐sharp roll disposition. With the occurrence of compressive stress in the horizontal direction and shear stress in the vertical direction, a kernel tends to break along a principal tensile stress plane because the tensile strength of the endosperm is much smaller than its compressive strength. The model presented quantifies the mathematical relationship of three design and operational factors affecting the principal stresses and the maximum shear stresses: roll gap, differential, and roll diameter. High‐speed video was used to observe wheat breakage events during milling; the results show consistency with the theoretical analysis.     

利用低场核磁共振及其成像技术分析水稻浸种过程水分传递

为研究水稻种子浸种过程中内部水分流动情况,可视化内部水分传递过程,利用低场核磁共振及其成像技术,监测沈农9816号、七山占及秀子糯3个品种水稻种子48 h浸种过程。每6 h时间间隔利用自旋回波（spin echo,SE）脉冲序列获取样品的质子密度加权像,利用硬脉冲自旋回波（carr-purcell-meiboomgill sequence,CPMG）序列获取样品的横向弛豫时间T2反演谱,从而分析浸种过程对水稻种子内部水分分布的影响。试验结果表明：核磁共振是一种有效的水分检测技术,可以实现浸种过程中种子内部水分的快速、准确、无损的检测。利用水稻种子的质子密度加权像,能够直观检测到种子内部水分分布情况,动态的监测到种子内部水分流动过程,分析发现水分最初是从胚进入种子内部,继而通过种皮的渗透,最后到达胚乳部分。根据T2反演谱信号幅值计算得到的水稻种子吸水率,发现3个品种在相同浸种时间的各个监测点均反映出秀子糯吸水率最高,沈农9816号吸水率最低,试验结果验证了支链淀粉的吸水性优于直链淀粉。研究结果可以为水稻种子浸种过程中水分传递的理论模型构建提供数据支持。