籽棉碰撞模型中恢复系数的测定及分析

为建立籽棉与其收获及处理机具工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,采用基于运动学方程的恢复系数测定装置,对籽棉恢复系数进行测定及分析。不同下落次数的籽棉恢复系数通过下落实验进行测试,实验装置下落高度范围200～400 mm、材料厚度2～6 mm,考察材料为Q235钢、铝合金、有机玻璃和橡胶的碰撞。针对含水率为12.54%的"中棉6913"籽棉品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究碰撞材料、材料厚度、自由下落高度和籽棉个数四因素对籽棉恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和材料厚度进行单因素试验,并获得下落高度和材料厚度对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响籽棉恢复系数因素的显著性顺序为:碰撞材料下落高度材料厚度籽棉个数;其中籽棉个数对恢复系数影响不显著。由单因素试验结果可得:籽棉与碰撞材料之间恢复系数顺序为:Q235铝合金有机玻璃橡胶;在试验范围内,籽棉恢复系数随着下落高度的增加而近似线性减小;随碰撞材料厚度的增加先呈显著增大后缓慢增大。上述结果可为籽棉收获及处理机具中相关工作部件的合理设计及籽棉与机构联合仿真提供理论参考。     

典型蓖麻蒴果碰撞恢复系数的测定及分析

为研究蓖麻蒴果在脱壳时与脱壳部件之间的碰撞模型,揭示恢复系数的影响规律,基于蓖麻蒴果碰撞动力学原理和运动学方程,分别建立蓖麻蒴果碰撞过程中恢复系数的理论模型和试验装置。1)采用L8(4×23)型混合正交试验方案研究碰撞材料、含水率、下落高度和品种对蓖麻蒴果恢复系数的影响,并对碰撞材料、下落高度和品种进行单因素试验分析。2)利用高速摄影捕捉哲蓖4号和通蓖17号蓖麻蒴果碰撞时的反弹轨迹,并对其进行遍历循环计算,得出了蓖麻蒴果碰撞恢复系数。3)采用龙格库塔算法对碰撞动力学模型进行数值计算,采用遗传算法改进的Lsqcurvefit算法对恢复系数模型进行参数估计,得出了下落高度对恢复系数影响的解析表达式。试验结果表明:蓖麻蒴果恢复系数(COR)为0.268 8～0.426 4,影响其碰撞恢复系数因素主次顺序为碰撞材料、下落高度、品种和含水率,且碰撞材料对蓖麻蒴果恢复系数影响极显著;随下落高度的增加,恢复系数依次减少,且理论解与试验值相近,改进后的算法在恢复系数求解精度上分别提高约3.25%和3.02%。     

花生荚果碰撞模型中恢复系数的测定及分析

针对CFD-DEM仿真过程中花生荚果与收获机械重要工作部件间的碰撞模型参数缺失问题,利用运动学方程原理设计了花生荚果恢复系数的测定装置,对花生荚果的弹性特性参数进行试验测定与分析。花生品种选用四粒红和白沙,采用L_(16)(4~4×2~3)混合正交试验方案研究碰撞材料、下落高度、荚果质量、含水率、品种、材料厚度等因素对花生荚果恢复系数的影响。结果显示:影响花生荚果恢复系数的因素主次顺序为,碰撞材料、荚果质量、含水率、下落高度、材料厚度和花生品种,碰撞材料、荚果质量及含水率较为显著。花生荚果恢复系数随Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等材料依次减小,并随着荚果质量和含水率的增加而递减。碰撞材料为Q235(厚1mm)、含水率为17.5%的白沙、下落高度为100cm、荚果质量为1.3g时恢复系数达到最大值为0.426 7;在相同条件下选用质量为2.5g含水率为8.3%的荚果时恢复系数达到最大值0.390 9。该研究可为花生收获机械的参数设计及优化提供参考依据。     

花生籽粒恢复系数及摩擦系数研究

为建立花生籽粒在CFD-EDEM中的运动仿真模型,以花生主产区典型花生品种四粒红、白沙、鲁花11和海花为试验材料,基于运动学方程原理构建了花生籽粒恢复系数测定装置和滑动摩擦系数斜面仪,采用正交试验设计方法,分别研究了花生品种、接触材料、材料厚度、下落高度及花生含水率对恢复系数和滑动摩擦系数的影响。测试结果和方差分析表明,花生籽粒恢复系数随材料厚度、下落高度的增加而增大,随含水率的增大而减小;同一品种和相同含水率条件下的花生籽粒在有机玻璃、Q235钢、橡胶板材上的滑动性能依次降低;不同品种之间四粒红花生籽粒滑动摩擦系数最小,流动性最好,鲁花11花生籽粒滑动摩擦系数最大,流动性最差。花生籽粒恢复系数随含水率的增大而增大。研究结果可为花生产后加工机械仿真模拟参数设置及优化设计提供参考依据。     

马铃薯碰撞损伤试验与碰撞加速度特性分析

针对收获过程中马铃薯破皮损伤率高的问题,以新鲜马铃薯为研究对象,借助马铃薯碰撞试验台,通过正交试验分析试验因素对马铃薯碰撞损伤体积的影响;结合马铃薯碰撞加速度变化曲线,分析马铃薯与杆条的碰撞压缩过程;选取初始高度和马铃薯质量为试验因素,考察碰撞加速度峰值随各因素水平的变化规律并建立回归模型,最后测试马铃薯碰撞损伤临界值。试验结果表明:影响马铃薯碰撞损伤体积因素的显著性由高到低依次为初始高度、马铃薯质量、马铃薯温度和碰撞材料;马铃薯与杆条碰撞经历了粘弹性压缩、弹塑性压缩、弹性恢复、与杆条分离等4个阶段;加速度峰值随初始高度的增加而增加,随马铃薯质量的增加而减小;马铃薯温度分别为5、15、23℃时与65Mn钢杆碰撞产生损伤的初始高度分别为50、80和250 mm,对应的碰撞速度和加速度峰值分别为0.99、1.253、2.506 m/s和434.154、674.437、1 249.794 m/s~2;马铃薯温度为15℃时与65Mn-塑料和65Mn-橡胶碰撞产生损伤的临界高度分别为320和280 mm,对应的碰撞速度和加速度峰值分别为2.506、2.344 m/s和1 589.528、1 409.697 m/s~2。     

马铃薯碰撞损伤试验研究及有限元分析

针对马铃薯收获过程中的碰撞损伤问题,对不同高度下落的新鲜马铃薯进行碰撞试验,根据淀粉变色原理,将马铃薯损伤程度分为3个级别;用拉伸试验确定马铃薯皮的弹性模量和破坏强度,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立其力学模型,对马铃薯碰撞进行有限元分析得到应力等值图,并将有限元分析结果与碰撞试验结果比较.结果表明:当马铃薯下落高度为 20～30 cm时,其碰撞应力值为1.01 × 106～1.15 × 106 Pa.低于马铃薯的破坏强度值,此时马铃薯损伤率<4%,且能避免收获机输送臂碰撞马铃薯.所获得的实验数值可为马铃薯联合收获机输送臂防碰撞控制的研究提供参考.     

马铃薯跌落碰撞时的接触应力分布特性

【目的】研究马铃薯跌落碰撞时的损伤原理。【方法】采用Prescale感压胶片和高速摄像技术测量在不同跌落高度马铃薯与5种材料碰撞时的接触应力分布特性和规律,确定马铃薯损伤和接触应力分布的关系。【结果】正交试验的响应曲面分析表明,碰撞材料、跌落高度、马铃薯质量对马铃薯碰撞的冲击压缩变形量影响显著,且影响程度由大到小为碰撞材料跌落高度马铃薯质量。研究结果发现,碰撞材料为65Mn钢、跌落高度为300 mm时,马铃薯开始出现损伤,碰撞材料为塑料ABS、土块、马铃薯和丁晴橡胶、跌落高度为400 mm时,马铃薯开始出现损伤。跌落高度200～800 mm,接触应力≤0.50 MPa占主要的接触面积,对马铃薯的损伤起主要贡献作用。马铃薯与不同材料碰撞在跌落高度400 mm (65Mn钢300 mm)时,接触应力≤0.20 MPa的区域占主要的接触面积,在跌落高度≥400 mm (65Mn钢≥300 mm)后,接触应力(0.20,0.60] MPa的区域为主要接触面积,0.20 MPa为马铃薯跌落碰撞损伤的临界应力。跌落高度与接触面积呈高度线性正相关,决定系数(R~2)均大于0.95。接触应力和接触面积的乘积(碰撞冲击力)与冲击压缩变形量呈高度线性相关,R~2大于0.96。【结论】建立的马铃薯碰撞损伤的线性回归模型能够准确预测和评估马铃薯跌落碰撞损伤。     

马铃薯相对分离筛运动位移分析与分离筛性能试验

为解决摆动分离筛薯土分离机理不明确,分离筛参数匹配不尽合理的问题。通过田间试验,获得了无土和有土筛面上马铃薯相对分离筛的位移随曲柄转速、筛面倾角和机器前进平均速度等参数的变化规律,以及分离筛性能指标随参数的变化关系。试验结果表明:马铃薯相对分离筛位移的波动幅度随着曲柄转速的升高而先增大后减小,筛面倾角越大马铃薯相对分离筛位移的波动幅度越小,机器前进平均速度越大位移的波动幅度越大;有土筛面上马铃薯相对分离筛位移的波动幅度较无土筛面上马铃薯位移的波动幅度大;明薯率和破皮率随着曲柄转速的增加而先增大后减小,随着筛面倾角的增大而先减小后增大;机器前进平均速度对明薯率影响不明显,破皮率随着机器前进平均速度的增加而先减小后增大。     

烫漂时间对速冻马铃薯的影响研究

对烫漂时间对马铃薯片的品质影响进行了研究。结果表明:(1)随着烫漂时间的增加,马铃薯片的硬度逐渐减小;(2)烫漂后马铃薯片中Vc含量大量减少,但与漂烫时间无明显关系;(3)随着烫漂时间的增加,马铃薯片中的酶失活程度增加;(4)随着烫漂时间的增加,马铃薯片的褐变度值逐渐减小,并在60s后逐渐趋于平稳。结合烫漂时间对马铃薯片的硬度、Vc含量、酶失活程度、褐变度的影响以及燃料等消耗成本的考虑,确定用100℃沸水烫漂厚度为0.5cm的马铃薯片时的最佳烫漂时间为60s。     

多种材料与不同含水率土壤的离散元接触参数标定

现有土壤与触土部件材料间的接触参数适用范围较窄,难以模拟高含水率下的作业状况。为了探索多种材料与不同含水率土壤的粘附情况,更加准确地解决触土部件与土壤的粘附问题,以南方稻茬田土壤为研究对象,应用EDEM中的Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型,对不同含水率的土壤与45号钢、超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene,PTFE）的接触参数进行标定。在前期试验的基础上,以碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和JKR为试验因素,土壤的滚动距离为试验指标设计了Box-Behnken四因素三水平试验。最后对所得回归模型进行优化,得到了含水率21%、26%、31%（±1%）的土壤与45号钢、UHMWPE、PTFE的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数以及JKR的最优参数。仿真滚动距离与实测滚动距离的最大相对误差为3.46%,说明标定的参数准确可靠,可以为触土部件在进行减粘脱附设计时提供参考。     

马铃薯收获机摆动筛与块茎运动仿真分析

针对我国现有马铃薯收获机摆动筛设计手段落后、设计效率低等问题,应用基于特征的参数化造型软件Inventor对摆动筛进行参数化造型,采用ADAMS机械仿真软件对收获机摆动筛的虚拟样机进行运动仿真;对摆动筛质心点运动的合成速度、加速度和位移曲线以及块茎质心点所受碰撞压力曲线进行分析。结果表明:当摆动筛摆动频率为5.5 Hz,摆幅为30 mm时,摆动筛质心点的速度v≤500 mm/s,加速度a为2.5 m/s2≤a≤20 m/s2,中、小块茎与筛面的碰撞压力分别为120和250 N,均小于损伤压力,且输送顺畅,伤薯率≤4%,满足设计要求。     

4U-1400马铃薯联合收获机分离输送装置的参数分析与试验

针对国内马铃薯联合收获机纵向尺寸较大、田间作业掉头不灵活、通过性及稳定性较差的问题,对4U-1400马铃薯联合收获机分离输送装置进行参数分析。主要对该分离输送装置进行理论分析与仿真,并通过田间试验进行验证。田间试验过程发现,当二级土薯分离输送装置刮板高度≥60mm,输送速度为0.8~1.0m/s,倾斜角度≤36°时,薯块输送较平稳,不易伤薯且土薯分离效果较好。该分离输送装置集土薯分离功能和大倾角薯块输送功能于一体,整机结构紧凑。该收获机薯块装袋作业适应于土质疏松、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯的收获;当土壤湿度较大、结块严重时,亦可将薯块集中堆放(液压操纵)或条铺于地面。     

摆动分离筛上马铃薯运动速度分析与试验

研究马铃薯挖掘机摆动分离筛上马铃薯的运动过程和马铃薯运动速度对分离筛性能的影响。对马铃薯相对分离筛的运动过程进行理论分析,并推导出马铃薯绝对运动速度公式;采用高速摄像技术对薯土分离过程中马铃薯相对分离筛的运动情况进行试验研究,并通过田间试验测试出分离筛在沙土和黏土中作业时马铃薯的绝对运动速度,将试验值除以理论值得到速度修正系数。结果表明:马铃薯相对分离筛要经历正向滑动和反向滑动的连续运动过程,高速摄像试验结果与理论分析结果吻合;沙土中马铃薯绝对运动速度试验值大于理论值,速度修正系数为1.02,黏土中马铃薯绝对运动速度试验值小于理论值,速度修正系数为0.89。     

基于ADAMS的4UX—550型马铃薯收获机仿真研究

应用ADAMS软件对4UX-550型马铃薯收获机进行了动态仿真,建立了4UX-550型马铃薯收获机仿真模型,得到了摆动筛质心的速度、加速度,找到了摆动筛装置的关键参数,通过优化仿真,得到了马铃薯收获机达到最佳分离状态时的关键参数取值.     

紫薯气体射流冲击干燥效率及干燥模型的建立

【目的】为了提高紫薯干制品质、提高干燥效率,研究不同条件对紫薯气体射流冲击干燥特性的影响并筛选出最适干燥模型。【方法】采用自制气体射流冲击干燥机干燥紫薯片,探讨风温、风速、预处理和切片厚度对物料干燥特性和水分有效扩散系数的影响。利用数据统计对6个干燥模型进行拟合筛选。【结果】与大多数食品物料干燥试验结果一样,紫薯的气体射流冲击干燥主要属于降速干燥。预处理可增加物料初温且使物料更快达到干燥环境温度,但降低干燥速率并延长干燥时间。干燥速率随着切片厚度增加而降低,但随着风温和风速的增加而增加。物料厚度和风速对物料升温影响小,但风温对物料升温有较大影响,随着风温增加会延长物料达到干燥环境温度所需时间。有效扩散系数随着片层厚度、风温和风速的增加而增加,最高有效水分扩散系数为7.0033×10-10 m2•s-1。所有模型都能较好地描述紫薯气体射流冲击干燥过程中紫薯的水分变化规律,其中Modified Henderson and Pabis模型有最大确定系数,最小卡方值和均方根误差。【结论】风温、风速、切片厚度、预处理对紫薯气体射流冲击干燥曲线、干燥速率曲线和温度、有效水分扩散系数均有影响。在风温50—80℃,风速10—13 m•s-1且切片厚度为1.87—4.80 mm条件下,Modified Henderson and Pabis模型是拟合紫薯干燥曲线的最适模型。     

缓冲装置对苹果跌落冲击影响的试验研究

针对苹果采后分选及装箱过程存在跌落损伤的问题,对减缓苹果跌落冲击的参数组合进行研究。以缓冲材料、缓冲厚度和跌落高度为影响因素,以撞击力和损伤体积为响应值,通过单因素试验确定各因素对响应值的影响规律;基于单因素试验结果,利用响应面试验获取最优缓冲参数组合。单因素试验结果表明：缓冲材料对苹果的缓冲作用由强到弱依次为珍珠棉>假草坪>硅橡胶>气泡膜;当缓冲厚度分别为3、5、8、10和12mm时,随着缓冲厚度的增大,苹果跌落撞击力及损伤体积逐渐减小;当跌落高度分别为10、20、30、50和70mm时,随着跌落高度的增大,苹果跌落撞击力及损伤体积逐渐增大。响应面试验结果表明：最优缓冲参数组合为,缓冲材料珍珠棉,缓冲厚度12mm,跌落高度10cm,此时撞击力为2.61N,损伤体积为8.52mm3;对最优缓冲参数组合进行试验验证,结果的绝对误差均小于5%,优化缓冲参数组合结果可靠。