豆禾牧草茎秆的力学特性试验

为了应用力学性能指标对豆禾牧草茎杆进行评价,以多年生豆科牧草紫花苜蓿、绿宝石小冠花和禾本科牧草扁穗冰草、无芒雀麦4个品种刈割期茎秆为试验对象,在500 N微机控制电子万能试验机上进行拉伸和剪切试验,测得4个品种拉伸和剪切（砍切、斜切和滑切）的最大载荷、应力、应变和弹性模量等力学指标。用统计软件对牧草茎秆力学特性进行相关性分析。结果表明：豆禾牧草的抗拉强度与其直径之间呈幂函数负相关关系;刈割期茎秆外径差异不大,豆科略大于禾本科牧草,但禾本科牧草抗拉强度是豆禾牧草的3～4倍;茎秆抗剪切强度均随直径增大有减小的趋势;加载速度为100 mm/min时,砍切的切割阻力最大,斜切的切割阻力比砍切低30%～40%;当滑切角为30°时,滑切阻力比砍切阻力降低50%～60%。试验结果为设计牧草收获机、打捆机及深加工等机具提供了理论依据。     

高密实度模拟月壤力学特性试验研究

为保证月面采样任务顺利实施,该文以钻取采样的JLU5系列模拟月壤(JLU5-1、JLU5-2和JLU5-3,探月工程内场试验采用)为对象,利用振实装置进行高密实度模拟月壤整备,开展不同密实度条件下(相对密度为0.85、0.9、0.95和0.99)模拟月壤剪切和贯入特性力学试验,分析了相对密度对剪切强度、内聚力、内摩擦角、圆锥指数和圆锥指数梯度的影响规律。试验结果表明,剪切强度和内聚力随相对密度增加总体呈现增加规律,平均变化率分别为11.1%和35.8%;3种模拟月壤内摩擦角随相对密度增加无明显变化趋势,范围为53.3o～67.7o;圆锥指数和圆锥指数梯度随相对密度增加而增加,且圆锥指数和圆锥指数梯度平均变化率较剪切强度和内聚力的大;相同试验条件下,颗粒较细的JLU5-3型模拟月壤较JLU5-1和JLU5-2具有更大的剪切强度、内聚力和圆锥指数,JLU5-2内摩擦角总体上较JLU5-1和JLU5-3的小。利用EDEM软件建立贯入特性试验数值模型,仿真结果表明:不同模拟月壤圆锥指数仿真值总体小于实际试验值,且随相对密度变化规律一致,建立了仿真与试验值线性关系。研究结果可为采样任务顺利实施、钻取机构优化设计、采样触月部件与月壤相互作用力学模型建立提供参考。     

荔枝鲜果挤压力学特性

为减小荔枝在收获、储运过程中的机械损伤,给荔枝作业装备设计提供依据,试验测定了荔枝鲜果的几何特征,对其果实进行了不同加载条件的挤压试验,并对其果壳进行了拉伸试验。试验得到妃子笑、桂味2种荔枝鲜果在5种加载速率和2种压缩方向下的破裂力分别为76.46～112.90?N和38.67～53.83?N、破裂相对变形分别为27.93%～32.57%和18.87%～21.27%、弹性模量分别为2.52～4.69×105?Pa和4.26～5.93×105?Pa。试验表明,荔枝果实的抗挤压能力具有各向异性,其纵向大于横向;妃子笑的各向异性比桂味显著,且抗挤压能力大于桂味;试验范围内加载速率对果实的抗挤压能力影响不显著。荔枝果实可简化为果核呈长椭球体、厚度均匀薄壳球体,利用其简化结构及果壳强度各向异性对其挤压力学特性和裂壳特征的力学原理进行了分析。研究结果可为荔枝收获、加工和运输等提供理论依据。     

荔枝的力学特性测试及其有限元分析

为减小荔枝在收获、储运过程中的机械损伤,对荔枝的宏观和微观力学特性进行了研究.试验测定得到荔枝各部分的弹性模量;通过压缩试验,测得荔枝整果垂直受压的力学参数大于水平,垂直与水平受压的破裂力、弹性模量和破裂相对变形分别为101.69N和81.25N、0.37MPa和0.27MPa、30.33％和28.86％,并观察得到荔枝受压的裂壳特征.运用有限元法建立荔枝压缩力学模型,比较荔枝垂直和水平受压的试验值和仿真值,二者比较一致,其相关系数均达到0.999以上;研究荔枝在压载作用下的应力分布规律,分析其垂直与水平受压的抗挤压能力和裂壳特征,验证仿真数值解的可行性.试验结果表明:荔枝的抗挤压能力具有各向异性,相同压力下,垂直方向所能承受的压力和变形均大于水平方向;受压时在果壳拉应力作用下发生破裂,裂纹沿外力方向延伸,且出现的截面与压缩方向一致;采用所建立的荔枝有限元模犁可以分析研究荔枝的微观力学性质.研究结果可为荔枝作业装各的设计以及预测和减少其机械损伤提供依据和帮助.     

玉米茎秆往复切割力学特性试验与分析

为了研究玉米切割器切割茎秆的切割力与切割功耗,提高切割性能,研制了摆切式茎秆切割试验台。采用悬臂梁称重传感器、高频数据采集卡和LabVIEW软件组成的测试系统进行切割力学性能影响因素试验研究。根据测得的切割力连续变化曲线求得切割功耗,并分析了削切角、切割速度、切割位置、茎秆外皮与节点等因素对切割力及功耗的影响。试验结果表明：峰值切割力和切割功耗随着切割速度的增大和切割位置的增高而逐渐减小,且在削切角为20°左右时较小,切割性能较好;峰值切割力和切割功耗在节点处比节间增加56%,外皮所需切割力占63%～83%。该研究为提高切割器的切割性能提供了理论依据。     

禽蛋聚氯乙烯弹性薄壁包装盒的设计与力学特性试验

为了降低禽蛋运输破损率,优化禽蛋包装结构,该文分析了中国禽蛋运输包装与分级现状,应用力学理论设计新型聚氯乙烯(PVC,polyvinyl chloride),弹性薄壁禽蛋包装盒,利用质构仪测试比较当前流通蛋盒和新设计蛋盒空载和满载时的力学特性,分析包装在运输中禽蛋破损率随装载数量、载荷、位移和加载时间等影响因素的变化规律,检验包装盒对禽蛋的保护性能,测试包装盒的保护效果,然后对产品进行成本分析。结果表明:1)设计盒侧壁结构,当前流通PVC包装盒承受载荷为80~100 N,新型PVC包装盒承受载荷分别为90~130 N,新结构抗压能力增强;2)装载鸡蛋数量越多,整体抗载能力增强,满盒时抗载能力最大;3)与当前流通中同类型PVC包装盒比较,使用新PVC结构包装盒,禽蛋运输破损率降低了0.72%。该文通过包装盒的理论分析、试验验证,获得较佳禽蛋包装盒结构形式,通过成本比较,表明禽蛋新包装可以降低禽蛋破损率,减少成本。研究结果为禽蛋缓冲包装探索,无损运输包装设计机理打下理论基础,为蛋品包装提供了设计方法和试验途径。     

水稻秧苗抗拉力学特性及穴盘拔秧性能的力学试验研究

该文通过对水稻穴盘秧苗的抗拉力学特性和穴盘拔秧性能的试验研究，探讨水稻穴盘秧苗拔秧机理，为水稻穴盘秧苗拔秧机构的设计提供理论依据。试验结果表明：水稻秧苗的抗拉断力随秧苗秧龄、秧苗高度的增加而增大，随秧苗夹秧位置的提高而下降；秧苗所需从育秧穴盘中拔出的拔秧力与秧苗秧龄无明显关系，但受秧苗钵体湿度的影响较大，随秧苗钵体湿度的增加而减小，在相对湿度为40%～60%时，取得最小值；在正常条件下，单株或多株秧苗抗拉断力都远远大于从育秧穴盘拔取秧苗所需的拔秧力，采取拔取的方式将秧苗从育秧穴盘取出是可行的。     

用于机械化栽植的西兰花钵苗力学特性试验

为了降低西兰花钵苗机械化栽植过程中的破损率,避免栽植嘴已经运行到栽植位置而钵苗还未滑到栽植嘴的底部而造成移栽失败,该文采用正交试验的方法,以土钵体积(表示穴盘规格)、苗龄和含水率为试验因素,针对栽植过程农艺要求,进行了不同方案下土钵的抗压强度试验和钵苗沿栽植嘴壁面下滑的运动阻力系数测试。通过建立西兰花土钵与栽植嘴壁面碰撞过程接触力学模型,分析得到为避免土钵破损钵苗和栽植嘴碰撞时不同组合允许的最大相对速度。以栽植作业中避免钵苗破损,同时运动阻力不能过大为目标,采用综合评分法,得到适宜机械化栽植的4个土钵体积、苗龄和含水率组合,进而对这4个组合进行模拟田间栽植试验,得到最优的组合:土钵体积为中(穴盘规格为128),苗龄为2~3片真叶,含水率约为63%。该研究为栽植机构的设计提供依据。     

面向机器人采摘的荔枝果梗力学特性

为了给荔枝采摘机器人夹持与切割器的设计和控制提供依据,对荔枝果梗分别进行了切割性能和夹持性能的影响因素试验以及弯曲试验。试验结果表明:峰值切割力和切割强度随着切割速度增加而减小,随着切割角度的减少而减少,凹刃和凸刃的峰值切割力和切割强度都比平刃小;除果梗直径因素外对峰值切割力和切割强度影响显著的因素均依次为切割角度、刃口形式和切割速度;切割角度每减少1,峰值切割力和切割强度分别减少4.45N和0.16MPa;相比平刃的峰值切割力和切割强度,凸刃分别减少166.90N和2.11MPa,而凹刃分别减少167.39N和4.21MPa。随着夹持力增加,荔枝果梗与夹持物间摩擦力增加,夹持物为橡胶时,摩擦力最大,夹持力对摩擦力的影响大于夹持材料;试验范围内,最大摩擦力为44.54N。荔枝果梗具有较强的抵抗变形的能力,平均弹性模量为867.15MPa;试验范围内,最大弯曲力的平均值为118.95N,抗弯强度的平均值为56.03MPa。该研究为荔枝采摘机器人的夹持与切割机构的优化设计和控制提供了理论依据。     

糙米机械破碎力学特性试验与分析

为了研究糙米机械破碎力学特性及其与籽粒结构特性的关系。采用物性测试仪对糙米的锥刺、三点弯曲、剪切、挤压4种机械破碎力学特性进行测试与分析,并对糙米和精米的破碎力学特性(三点弯曲)进行了比较。结果表明:糙米的断裂是由于内部胚乳组织不均匀,在外力作用下首先形成内部裂纹,裂纹尖端处的应力集中又进一步促进裂纹扩展,最终导致籽粒断裂;厚度为(1.0±0.5)mm的不同样品锥刺破碎力在10N左右,各样品籽粒内部的结合力相差较小,籽粒的断裂主要与厚度及胚乳特性有关,其中三点弯曲力更能反映籽粒的破碎特性,糙米的糠层对籽粒有一定的保护作用,糙米力学特性比精米好。该文为糙米储藏加工技术参数的确定提供依据。     

面向机器人采摘的番茄力学特性试验

番茄果实及果梗的力学特性,是采摘机器人设计与控制的重要依据。对不同成熟期的番茄果实进行了纵向和横向挤压试验,对其果梗进行了折断和拉断试验。试验表明番茄果实的抗挤压能力具有明显的各向异性,且从青果期至绿熟期达到最大,而后随着成熟度增加而迅速减小。利用简化结构对这一规律的力学原理进行了分析。果梗拉断和折断试验发现,果梗均从离层处断裂,与拉断相比,折断方式更省力和易于实现机器人采摘。     

荔枝的微波干燥特性及其对品质的影响研究

针对荔枝热风干燥中存在的问题，应用自制的微波干燥试验测试系统，采用间歇干燥工艺，试验研究了荔枝微波干燥特性及干燥条件对干后品质、能耗的影响。结果表明：荔枝微波干燥主要处于恒速阶段，干燥速度取决于不同的间歇比；温度变化可分为上升和趋于稳定两个阶段；微波间歇时间对干后品质有显著影响，干燥能耗受间歇比的影响，但主要影响因素是加热时间。     

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。     

花生机械收获中根、茎、果节点的力学试验与分析（英）

为了降低花生挖掘收获、摘果、脱壳作业,特别是花生联合收获中的掉果率、破碎率,该文利用CTM-4503型万能材料试验机及相关测试设备,对花生收获期前后近一个月(28 d)花生的秸秆、根茎节点、果根节点、果壳结合处分别做了拉伸与剪切力学性能试验与分析.通过试验,得到了花生的秸秆、根茎节点、果根节点、果壳结合处最大许用抗拉与抗剪应力;经力学性能理论分析,确定了花生最佳收获期(以鲁花14为例,最佳收获期为播种后的(122±1) d),给出了现行的花生联合收获采用的夹持收获中最大许用夹持力(49.71 N)和最大许用拉力(70.84 N);通过试验分析得出花生挖掘收获中主要机械损失为根茎节点断裂(95.7%),并根据农业部发布的花生收获机作业质量行业标准所给出的作业质量指标,给出了在花生挖掘收获时的最大拉力(9.51 N);通过花生果结合处的剪切试验,给出了不同时期花生果结合处最大抗剪强度.这为花生收获、摘果、脱壳装置,特别是联合收获装置的研制与优化设计提供了参考.     

莲子机械特性的测试研究

对莲子的机械特性进行了测试，以研究脱壳机理，为莲子脱壳机的设计提供技术数据。用压缩试验的方法求取各种工况下莲子的机械特性，分析了莲子等级和加载速率对其破壳力的影响，同时测定了不同部位、测点破壳力的差异。结果表明：莲子破壳力与等级成线性正相关关系，相关系数为0.955；加载速率与破壳力之间没有明确的关系，其应力－应变曲线的斜率随加载速率的增加而增大，而应变随之减小；莲子“赤道”与“两极”间轮廓上不同测点的破壳力差异较大，而同一部位的圆周上各点所需破壳力相差不大。该文的研究结果为莲子加工工艺的研究开发提供了理论依据。