棉秆力学性能试验

以创新棉958棉秆为试验材料,在万能试验机上对收割期的棉秆进行剪切、压缩、弯曲力学性能试验。试验结果表明：试样的含水率在30%～50%时,棉秆底部和中部的抗压强度、剪切强度较小,分别为1.66～3.13MPa、0.74～1.12MPa;试样的抗弯强度随含水率的升高而降低,试样底部弯曲强度为4.20～5.08MPa。在剪切、压缩、弯曲试验中,试样底部消耗的功分别为2.98～4.32N·m、2.91～4.34N·m、1.51～4.18N·m。     

玉米鲜秸秆力学特性试验研究

为了提供玉米秸秆打捆装置的力学参数及理论基础,根据玉米茎秆的几何尺寸构建了玉米茎秆的几何模型,并运用复合材料力学理论建立其力学模型;利用万能试验机对玉米鲜秸秆进行弯曲、有节轴向压缩、有节径向压缩、无节轴向压缩及无节径向压缩等力学特性试验,得出其载荷-位移等曲线,并获得相关力学参数数据。试验结果表明:玉米鲜秸秆压缩所需要的力大于弯曲所需的力;此外,有节茎秆较无节茎秆所需的压缩力更大,因此在设计压缩机构时需考虑节间对打捆装置的影响。     

基于DEM的玉米秸秆离散元模型参数标定

玉米秸秆外表皮和内瓤的力学特性存在较大差异,为提高玉米秸秆仿真结果的精确度,提出一种基于离散元法(DEM)的玉米秸秆精细化仿真模型建立方法,构建有茎节和无茎节秸秆仿真模型。通过Plackett Burman试验和最陡爬坡试验开展无茎节秸秆模型的单轴压缩仿真试验,确定影响颗粒抗破坏力的因素主要是玉米秸秆外表皮—内瓤滑动摩擦系数、内瓤—内瓤碰撞恢复系数和内瓤—内瓤静摩擦系数,通过正交试验确定最优参数组合为0.28、0.29和0.23。利用有茎节秸秆模型进行剪切试验验证,结果表明仿真试验与物理试验的抗剪切力分别为132.29 N和131.36 N,误差为093 N,说明最优参数组合精确度较高。研究结果可为秸秆还田装置、生物质材料成型和饲料加工装置等关键部件优化设计提供参考依据。     

甜高粱弯曲力学特性试验研究

以成熟期的甜高粱茎秆为试验对象,以节间、加载速度、标距为试验因素,弯曲强度、弹性模量和最大载荷为试验指标,利用万能试验机对茎秆的2、3、4、5节进行弯曲特性试验研究。结果表明:甜高粱秸秆有节时,最大载荷为358.20N,最大抗弯强度为3.27MPa,最大弹性模量为12.60kPa;无节时最大载荷为167.70N,最大抗弯强度为2.73MPa,最大弹性模量为8kPa;甜高粱茎秆发生弯折会伴有一定的开裂现象,有节试样的开裂程度大于无节试样;节间与最大载荷和抗弯强度呈负相关,与弯曲弹性模不相关;各因素对甜高粱秸秆弯曲特性影响的主次顺序为标距、节间、加载速度。     

秸秆类物料的力学特性研究现状与探索

随着农业工程学科的发展,深入研究秸秆类物料的力学特性越发重要,因为秸秆类物料的这一特性能够为农业收获机械、加工机械等提供必要的设计参数和理论依据。为此,从秸秆类物料压缩、剪切、拉伸和压缩力学特性的影响因素入手,介绍了秸秆类物料力学试验的国内外研究现状,提出了将秸秆类物料多种力学特性结合起来进行综合分析的理念,探究它们之间相关联处,并对其发展趋势进行了分析。     

新疆红枣残枝力学特性试验研究

新疆南疆地区因枣树管理每年修剪产生残枝约70万t,针对红枣残枝粉碎后多元化利用的需求,测定了红枣残枝的力学特性(压缩、弯曲和剪切的各项力学参数)和枣枝的物理性质(密度、含水率)。试验结果表明:红枣残枝顺纹压缩、横纹压缩和弯曲的应力-应变曲线图弹性段本构关系均符合胡克定律,剪切破坏为塑性破坏方式;枣枝顺纹压缩抗破坏强度、抗破坏弹性模量和承受外力功均大于横纹压缩,顺纹压缩功与抗压强度之间呈多项式函数正相关,横纹压缩功与抗压强度之间呈指数函数正相关;枣枝密度与抗弯强度、抗剪强度之间均呈多项式函数正相关,含水率与抗弯强度之间呈多项式函数负相关,与抗剪强度之间呈幂函数负相关。研究结果可为红枣残枝粉碎机械的设计和优化提供理论依据和参考。     

青蒿茎秆力学性能试验研究

为给设计青蒿收割机构提供参数依据,对收获期青蒿茎秆的力学性能以及与含水率的关系进行了试验研究。试验表明:处于收获期青蒿茎秆的含水率稳定在48.9%,茎秆的抗剪强度、抗压强度分别集中在14.52~14.78MP和9.62~11.02MP;抗拉强度集中在18.96~30.14MP;破坏时所需的弯曲力集中在246.66~527.83N;茎秆截面最大吸收功为61.77J,最大冲击韧性为1.703J/cm2。     

高粱穗瓣籽粒拉伸力学特性研究

针对高粱在机械收获过程中的脱粒不净问题,研究了高粱穗瓣与籽粒的拉伸力学特性。试验选取了“辽杂37号”“晋杂34号”和“兴湘梁2号”3个品种的高粱为研究对象,以不同收获期、生长部位为试验因素,以拉伸断裂力为试验指标,研究各因素对高粱穗瓣、籽粒断裂时拉伸断裂力的影响规律。结果表明,品种、收获期、生长部位对高粱穗瓣、籽粒拉伸断裂力的影响极显著,影响拉伸断裂力的主要试验因子是生长部位。拉伸断裂力的大小与高粱自身的生长部位有关,高粱穗瓣断裂所需的力随着生长位势由上到下逐渐增大,变化范围2.479~9.627 N,且高粱籽粒拉伸断裂力随生长位势的变化趋势与穗瓣基本相似,变化范围2.386~8.314 N。3个品种中,“兴湘梁2号”的承载能力最强,所需拉伸断裂力最大。不同收获期的高粱有着不同的力学性质,综合来看,高粱收获宜选择在蜡熟期。该研究为高粱收获装备的研制优化与适时收获提供了理论参考。      

寒地玉米秸秆力学特性研究

为了合理利用玉米秸秆这种生物质资源，采集了寒地整株玉米秸秆，结合自制试验装置，利用电子万能试验机等设备，测试了整株玉米秸秆不同直径部位在相同加载速率下有节段径向和轴向压缩及无节段抗弯的力学性能。对试验数据进行了拟合，建立了相关数学模型，结果表明：当直径小于20mm时，轴向压缩实验中直径对压力影响并不明显，直径达到25mm左右时影响开始显现，直径大于29mm后影响非常显著；径向压缩时，离秸秆顶端较近的几节直径与压力近似线性相关，但随着直径的增加径向压力并不是均值上升，具有一定的离散性。抗弯试验中，在初始阶段压力在某一范围内上下波动，直径对压力影响并不显著；当直径大于23mm后，所需压力值显著增加；当直径大于30mm之后，直径对压力的影响产生了较为明显的波动性。试验数据真实可靠，拟合结果具有较强的可参考性，可为更好地开发利用秸秆资源及优化秸秆收获装置结构提供理论依据。     

木薯茎秆力学特性试验与研究

为给木薯茎秆的机械化收获和处理提供理论依据和基础技术参数,对收获期内"华南205"品种木薯茎秆的上、中、下3种不同生长部位分别进行不同含水率下的弯曲、轴向压缩、径向压缩试验,得到茎秆的最大载荷和强度,并利用SAS软件分析各因素的影响显著性。结果表明:弯曲最大载荷均值、抗弯强度均值分别为:329.50N、12.90MPa(上部),699.41N、13.59MPa(中部),1 187.78N、15.26MPa(下部);木薯茎秆的轴向压缩最大载荷均值、压缩强度均值分别为:2 187.28N、10.65MPa(上部),3 867.63N、11.97MPa(中部),5 892.03N、12.81MPa(下部);径向压缩最大载荷均值、压缩强度均值分别为345.40N、1.24MPa(上部),542.90N、1.19MPa(中部),662.97N、1.09MPa(下部)。方差分析结果表明:生长部位对木薯茎秆压缩、弯曲的最大载荷以及对抗弯强度、径向压缩强度均有极显著性的影响,含水率对弯曲最大载荷有显著性影响,含水率对轴向压缩强度有显著性影响。     

稻麦秸秆旋耕作业中受力与位移分析

常见稻麦秸秆在实际作业过程中与刀具作用发生2种变形:挤压秸秆发生弯曲变形和剪切秸秆发生剪切变形,根据2种变形设置弯曲试验和剪切试验,分别测试15~30 mm/min加载速率下弯曲强度和剪切强度。试验结果表明,小麦秸秆抗弯强度随着加载速率增加而减小;水稻秸秆抗弯强度随着转速增加,表现为先增加后减小。小麦秸秆剪切强度随着加载速率增加,表现为先增加后减小;水稻秸秆剪切强度随着加载速率增加而增加。其次在田间试验中,根据2种变形设置横纵向秸秆以及180~280 r/min的刀轴转速,并对其反旋作业。采用同位素示踪法,即根据标记秸秆前后坐标变化值来代替机具在幅宽范围内纵横向秸秆的位移变化,将得到的标记点坐标在三维坐标系中用Matlab绘制成曲线,该曲线形状与旋耕刀片在刀轴上排列相似。耕作后位移和坐标结果表明:水稻秸秆位移大于小麦秸秆位移,水稻秸秆标记点位移变化较小麦秸秆标记点位移变化均匀;2种秸秆排列方式对应2种分布情况:纵向标记秸秆坐标在X轴上以零点对称分布,横向标记秸秆坐标在X、Z轴上两侧对称分布。基于以上因素考虑,实际作业中,选择刀轴转速230 r/min以及改变秸秆在田间排列方式,以使秸秆还田效果达到更佳。     

种子玉米果穗芯力学特性试验研究

为进一步缓解玉米果穗芯在脱粒、输送过程中受到脱粒装置对其挤压、弯曲作用产生断裂所引起籽粒破碎率、穗芯破裂含杂率高的问题。通过选取穗轴径为30±0.2mm、32±0.2mm和35±0.2mm的5种不同含水率(依次为10.5%、13.2%、15.7%、18.3%和22.6%)种子玉米果穗芯,借助电子力学试验机完成果穗芯的压缩与弯曲试验,获得种子玉米果穗在静态压缩、弯曲下的最小破裂载荷平均值分别在131.86~343.28N、82.92~283.70N之间。试验结果表明:在相同含水率下,种子玉米果穗芯压碎、弯曲最小破裂载荷平均值皆随着果穗芯轴径的增加而增大;当果穗芯轴径值相同时,其含水率越大,对应压缩、弯曲最小破裂载荷平均值越小。研究结果为研制高性能种子玉米脱粒装备、玉米穗芯加工处理设备提供参考与借鉴。     

甘蔗尾茎力学特性试验

为获取甘蔗尾部茎秆的力学特性参数,利用精密型微控电子万能试验机对蔗尾生长点以下1~3节茎秆的拉伸、压缩力学性能进行试验。结果表明:蔗尾节位对抗拉、抗压强度的影响极其显著,抗拉、抗压强度由中部向尾部顶端生长点方向显著减小;蔗尾生长点以下1~3节抗拉强度平均值分别为1.44、2.87、4.72MPa,拉伸弹性模量平均值分别为22.02、27.60、37.09MPa。各节茎秆直径与抗拉强度呈二次函数负相关关系,随着直径的增大,抗拉强度减小。抗压强度平均值分别为4.04、5.22、6.66MPa;压缩弹性模量平均值分别为23.93、25.37、2 4.1 2 MPa;各节茎秆直径与最大压缩载荷之间呈幂函数正相关关系,随着直径的增大,最大压缩载荷增大。试验结果为甘蔗收获断尾机械的设计及建立数学模型进行动力学仿真提供了理论依据。     

新疆棉花秸秆离散元仿真参数标定研究

由于棉花秸秆在机械化收获和粉碎加工过程中缺乏准确的仿真模型参数,从而造成在机具设计中仿真效果和实际作业存在较大的差异,在一定程度上限制了棉花秸秆收获以及粉碎装置的设计研究。本文以新疆棉花秸秆作为试验材料,开展仿真分析研究,通过物理试验测定棉花秸秆的本征参数后,利用EDEM软件进行试验仿真,对棉花秸秆进行参数标定。采用堆积角试验和弯曲试验方法,测量出棉花秸秆堆积角和最大破坏载荷分别为28.62°和143.21N。应用Hertz-Mindlin no slip模型和Hertz-Mindlin with bonding模型进行棉花秸秆的堆积角仿真试验和弯曲仿真试验,得到棉花秸秆之间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数和棉花秸秆-钢之间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.5、0.41、0.06、0.5、0.37、0.08,以及棉花秸秆法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力分别为4.15×1010N/m、5.60×1010N/m、40MPa、50MPa。将以上结果进行粉碎试验验证,棉花秸秆粉碎后依据长度和宽度不同,分为粉末型物料、破碎型物料、未破碎型物料,仿真试验质量和实际试验质量之间偏差为6.84%、8.29%、7.37%,证明了参数的可行性,可用于棉花秸秆参数标定。     

小麦秸秆压缩弯曲特性试验研究

为给秸秆圆捆打捆装置和其它打捆机构提供相应的力学参数和理论基础,根据麦茎秆的几何尺寸,并利用万能试验机控制夹具加载速度对不同含水率的麦秸秆进行弯曲、轴向压缩和径向压缩等力学特性试验,得出载荷-位移等曲线,并获得相关力学参数数据。利用Origin将数据直观地反映出来,再用MatLab对试验数据进行拟合,得出拟合方程。试验结果表明:麦秸秆压缩所需要的力大于弯曲所需的力;含水率和夹具加载速度在一定范围内时,无论是在麦秸秆的弯曲试验还是压缩试验中,载荷峰值的大小与加载速度和含水率都有关,因此在设计打捆压缩成型机构时需考虑含水率与其关键机构工作转速对打捆装置的影响。     

9YK-1000型生物质压块设备的研究

简单介绍了生物质秸秆固化成型的一些理论研究以及发展秸秆压块饲料的意义,以秸秆压块机的设计为主,确定了秸秆压块机的整体设计方案.根据整体方案和设计制造的样机,对不同物料以及同种物料的不同颗粒度状态进行对比压块试验.以稻壳压块和玉米秸秆压块燃料为研究着眼点,对稻壳玉米秸秆的结构特性、压缩特性、流动规律分别进行了研究和分析,对成型玉米秸秆的特性进行了测定,并分别对稻壳和玉米秸秆机械压扎成型进行了试验.     

黄淮海地区大豆茎秆力学特性的多品种对比试验研究

为了更准确地研究大豆收割机脱粒过程中大豆茎秆与大豆籽粒以及脱粒滚筒之间的作用力,利用万能材料试验机对5个品种的大豆茎秆分别做了三点弯曲试验和剪切试验,得到了5个品种的茎秆不同高度处的最大剪切力、最大弯曲力、最大切应力、惯性矩、弹性模量及抗弯刚度等力学参数,掌握了大豆茎秆不同高度承受弯曲力以及剪切力的一般规律。结果表明:随着茎秆高度的增加,除了阜豆15的抗弯刚度是先增大后减小之外,柳豆109、荷豆19、皖豆28、皖豆33的抗弯刚度和最大切应力都呈逐渐减小的趋势,为今后大豆收获机械相关部件的研究提供了理论依据。     

甘蔗收割机柔性夹持输送装置驱动马达负载的分析

了解执行机构驱动负载是设计液压驱动系统的前提。为此,以华南农业大学自主研制的4ZZX-48型侧后悬挂式整秆甘蔗收割机的无轨道柔性夹持输送装置为研究对象,根据其结构及工作原理,采用逐点张力法,分析了夹持输送链条的张紧力及其影响因素,建立了该装置的驱动负载模型,并进行了试验验证。结果表明,在纵向和横向输送链条的张紧力分别为409~751N和389~721N、工作转速为250~350r/min时,内外侧链条的启动负载分别为103~134N·m和68~107N·m,稳定工作时的负载分别为50~60N·m和68~72N·m。当链条的参数选定后,链条的张紧力对夹持装置的驱动负载影响最大。     

生姜力学性能试验与分析

利用CTM-4503型万能材料试验机,对新鲜生姜的植株、秸秆和根茎分别做了拉伸力学性能试验与分析.通过理论分析,得到了生姜植株、秸秆和根茎的许用应力,指出生姜在根茎与秸秆衔接处许用应力最小,并在此处容易发生疲劳断裂.另外,从理论上说明根茎表皮及外层组织容易脱落.由此为生姜收获机械新机型的研制与优化设计提供了理论依据.     

基于LS-DYNA的玉米芯冲击特性分析

为控制玉米脱粒机工作过程中玉米芯的断裂和破碎,进一步降低籽粒夹带损失,提高玉米籽粒净度,在玉米芯径向压缩、轴向压缩、径向剪切和弯曲4种施力情况下,利用碰撞分析软件LS-DYNA对其进行有限元分析。将玉米芯分为三分段,各分段进行径向压缩、轴向压缩、径向剪切受力特性分析,并将玉米芯在弯曲跨度分别为8、16cm时进行对比分析。本研究为研制高性能玉米脱粒机、玉米芯加工处理设备及选择合理的玉米芯破碎方式等提供参考依据和相关参数。