基于碰撞变形能的机械采收蓝莓果实碰撞损伤评估

为解决机械采收蓝莓与接果设备碰撞导致果实内部损伤的问题,对果实变形能及其碰撞过程展开研究,以果实储存变形能大小评价其损伤程度.研究了果实下落过程的运动学和接触力学特性,果实损失的机械能转化为变形能,确定影响果实变形能因素,建立碰撞变形量方程.通过有限元仿真技术求解变形量及变形能的理论值.仿真结果表明,果实下落高度和接果板角度是影响变形能的主要因素.最后搭建物理样机进行果实下落碰撞试验,得到变形能试验值与理论值的误差为0.49×10-3 J.当蓝莓生长集中区域与蓝莓采收机接果板距离接近600 mm,接果板角度接近15°时,果实碰撞变形能小于0.68×10-3 J,果实损伤最少.该研究可以为蓝莓采收机作业参数及其他类似设备研究提供一定的理论依据.     

油菜籽粒点面接触碰撞中恢复系数的测定及分析

为建立油菜籽粒与播种、收获等机具相关重要工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,该文基于运动学方程构造了油菜籽粒恢复系数的测定装置,并针对油菜籽粒的弹性特性进行了试验测定和分析。针对华双4号油菜品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究了碰撞材料、碰撞材料厚度、自由下落高度和含水率等因素对油菜籽粒恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和碰撞材料厚度等重要因素进行了单因素试验,并进一步获得下落高度和碰撞材料厚度2个因素对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响油菜籽粒恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、自由下落高度、碰撞材料厚度和含水率。油菜籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小,并且随着下落高度的增加而减小,随着碰撞材料厚度的增加而增大。在碰撞材料为厚1 mm的Q235和籽粒含水率8.06%条件下,恢复系数随下落高度变化的回归方程决定系数R2=0.9979;在碰撞材料为Q235、籽粒含水率8.06%和下落高度420 mm条件下,恢复系数随材料厚度变化的回归方程决定系数R2=0.9872。该文结果可为油菜精密播种及高性能收获机具中相关工作部件的设计提供依据。     

桃下落冲击动力学特性及其与坚实度的相关性

随着人们对水果品质要求的提高,水果品质检测的研究已得到重视.该文研究的重点是桃下落冲击激励后、分析果实响应信号频谱特征,探讨与响应频谱特性与果实物理参数的相关性.试验采用不同下落高度、质量、坚实度和和贮藏时间,测定并分析了果实的各种响应信号.试验结果分析表明,不同下落高度对响应主频率没有较大影响,而质量、坚实度和贮藏时间的影响则显著.经分析,响应主频率随坚实度的增加而变大、随质量的增加而变小,响应主频率与质量、坚实度有较好的相关性.桃果实与响应主频率、质量有关的硬度系数与坚实度相关性也较好,可以利用硬度系数来预测桃坚实度.     

基于电子果实技术的机械振动采收过程果实运动分析

为改善现有收获设备的采收性能,降低伤果率,提高采摘率,必须对果实采收设备引起的果实运动情况进行准确评估,以确定导致果实损伤的主要阶段和关键因素.该文建立和分析了果实—树体的动力学模型,通过试验和计算验证了果实脱落的理论条件是果实所受法向惯性力要大于果柄与果实间的结合力,并设计了一种扁球型电子果实(orange impact recording sensor,OIRS),利用它检测记录三维激振采收系统在收获砂糖桔时所产生的机械冲击,对该系统引起的果实运动进行分析.在野外振动采收试验记录的数据中,电子果实记录到振动阶段的最大机械冲击加速度均值为217g,平均冲击加速度达到123g;而下落阶段的最大机械冲击加速度均值为155g,平均冲击加速度仅为76g.结果表明:在振动阶段果实损伤的可能性更高,可通过调整采收机的工作参数,降低潜在的伤果风险;而下落阶段果实与地面接触时产生的较高冲击也会导致果实损伤,收获设备表面可铺设缓冲减震材料,以此降低果实的坠落损伤.研究结果表明利用电子果实能够有效检测三维激振采收系统在果实收获过程中所产生的机械冲击,用于机器系统的伤果评估.     

跌落冲击下果实动态本构模型的构建与表征

基于果实非损伤条件下的跌落冲击动力学特征，提出表征其非线性黏弹性的本构模型与模型参数识别方法。该模型包括一个非线性弹簧元件、一个线性增强黏性元件。以苹果为研究对象，进行多个高度下的跌落冲击试验，获得其发生损伤的临界跌落高度；基于临界跌落高度下的冲击试验结果，建立其跌落冲击方程，进行跌落冲击响应的数值分析与模型参数识别。结果表明，理论结果与试验值很吻合，采用本模型结合试验结果能较准确地确定类似特性果实的动态流变特征参数。研究结果为果实动态流变特性分析以及模型表征提供了一种新方法，也为进一步表征果实的黏弹塑性损伤特征提供基础。     

收获期马铃薯块茎碰撞恢复系数测定与影响因素分析

为了建立马铃薯块茎在土薯分离机构和振动筛上发生碰撞时的碰撞模型,该文基于质点对固定面的碰撞动力学理论在自制测定装置上对马铃薯块茎碰撞恢复系数进行了试验测定。对块茎碰撞恢复系数的主要影响因素碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种等进行了混合正交试验和单因素试验。混合正交试验结果表明,各因素对马铃薯块茎碰撞恢复系数的影响顺序为:碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种,其中碰撞材料、下落高度、块茎质量和含水率影响较为显著。单因素试验结果表明,马铃薯与65Mn钢、橡胶、马铃薯和土块间块茎碰撞恢复系数依次减小,其中新大坪的值分别为0.791 2、0.710 5、0.663 2、0.525 3,陇薯7号的值分别为0.762 7、0.695 2、0.690 4、0.563 1;马铃薯块茎碰撞恢复系数随着下落高度、块茎质量和含水率的增加而减小,回归方程决定系数均大于0.9。研究结果可为马铃薯收获机挖掘及土薯分离装置关键部件的优化设计提供参考。     

香梨果实跌落碰撞时的接触应力分布特性

为了揭示梨果实的碰撞损伤机理,该文采用Prescale感压胶片对香梨果实在不同跌落高度与4种材料触件碰撞时的接触应力进行测量,并分析了其分布规律,确定接触应力分布与香梨果实损伤之间的关系。研究结果表明,从20～80 cm跌落碰撞时,香梨碰撞接触应力峰值为0.5～0.6 MPa;与钢板和胶合板碰撞,接触应力呈正态分布,应力面积接近损伤面积,0.2～0.3 MPa应力面积最高,应力均值为0.25～0.28 MPa;与EPE(聚乙烯发泡棉)板和瓦楞纸板上低冲击水平下碰撞,接触应力呈非正态分布特征,应力面积与损伤面积相差较大,<0.2 MPa应力分布面积很大,应力均值为0.18～0.25 MPa;随着冲击水平提高,香梨的接触应力峰值基本不变,应力分布面积都呈线性增大,在钢板和胶合板上的接触应力均值变化不显著,但在EPE板和瓦楞纸板上的接触应力均值有较明显增大;基于接触应力分布面积和应力均值对香梨损伤面积所建立的线性回归模型,可对香梨碰撞损伤精确预测和评估。该研究可为梨果机械化作业和自动化处理装置的减损设计提供依据。     

黄花梨的撞击力学特性研究

农产品在收获、分级、包装、运输和加工中将发生机械损伤,而碰撞是导致机械损伤的主要原因之一。该文以黄花梨为试验对象,进行了不同下落高度、不同梨质量和坚实度等对碰撞参数指标如力峰值、到达力峰值时间、碰撞总时间、力峰值/到达力峰值时间的比值等影响的碰撞特性试验。试验表明3个试验因子对力峰值/到达力峰值时间的比值、损伤体积和力峰值的影响大都为显著。碰撞参数指标内部之间的相关性不尽相同。碰撞损伤预测模型可采用V=β0+β1h+β2m+β3f来表达     

小麦籽粒碰撞模型中恢复系数的测定

为了建立小麦颗粒在清选振动筛和播种器中的碰撞模型,该文基于运动学方程原理构建了小麦恢复系数测试装置,对小麦的弹性特性进行了测定。试验选择江浙皖地区推广使用的扬麦17号小麦品种,采用混合正交试验设计方法,研究了碰撞材料、板材厚度、下落高度和小麦含水率对小麦恢复系数的影响。结果表明影响小麦恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、下落高度、材料厚度和小麦含水率。小麦恢复系数随着下落高度的增大而减小,随着材料厚度的增加而增大,小麦含水率对其恢复系数的影响很小。该文的研究结果可为联合收割机清选振动筛和精密播种机的数值模拟和产品设计提供依据。     

果实采前套袋对龙眼果实品质和耐贮性的影响

以福建省主栽龙眼品种“福眼”果实为材料，研究果实采前套袋对龙眼果实品质和采后耐贮性的影响。结果表明：果实采前套袋可明显改善龙眼果实的外观品质；但降低了果肉可溶性固形物、可滴定酸、维生素C和总糖等营养物质含量，导致龙眼果实甜度下降、风味变淡。果实采前套袋降低了与龙眼果皮褐变密切相关的酚类物质(包括花色素苷、类黄酮和总酚)含量和多酚氧化酶、过氧化物酶的活性，减少了龙眼果实在贮藏期间果皮褐变的发生；同时，果实采前套袋明显减轻由采前病原菌潜伏侵染所致的采后龙眼果实病害，提高果实耐贮性，延长果实贮藏期。     

采用高速摄影技术测定油葵籽粒三维碰撞恢复系数

为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,借助高速摄影技术,记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素:碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明,油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小;油葵籽粒与Q235之间恢复系数,随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大,随着下落高度的增加而减小,随着材料厚度的增加而增大,随着含水率增大而降低,且在碰撞部位试验中,籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程,且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明,影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率,其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著,材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明:基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值;三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明:三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。     

钙硼营养与果实生理及耐贮性研究进展

近年来 ,钙、硼在果树上的应用十分广泛 ,它们对果实品质及耐贮藏性具有重要的影响 .本文从果树对钙硼的吸收、转运与分布 ,钙硼与细胞壁、细胞膜的结构和功能 ,钙硼营养与果实的生理失调 ,钙硼营养与果实成熟及耐贮性等问题加以综述 ,阐明钙硼营养及其互作效应对果实生理及耐贮性影响的研究状况与进展 .     

“嘎拉”苹果跌落损伤脆值及损伤边界研究(英)

对于果实产品,通常其作业、运输过程中的主要机械破坏形式为跌落冲击引起的产品局部损伤,而非直接发生破裂.作为传统跌落冲击脆值与破损边界理论的延伸,提出了跌落损伤脆值与跌落损伤边界的新概念以及相应的工程定义.考虑到传统产品脆值与破损边界曲线试验方法的局限性,提出了测定获取果实跌落冲击损伤脆值与跌落损伤边界曲线的技术过程与方法.以嘎拉苹果为研究对象,设计多组不同高度对嘎拉苹果进行自由跌落刚性冲击试验.在测试获得冲击力一时间数据的基础上,通过理论分析计算,得到加速度一时间、变形量一时间等动态关系曲线,获得了嘎拉苹果跌落损伤脆值;构造了嘎拉苹果跌落损伤边界曲线.结果表明,跌落损伤边界曲线与传统产品跌落破损边界曲线存在较大差异.对应果实产品,即使速度很小,只要产品瞬时加速度达到一定值,也将产生冲击损伤:对应不同的损伤率,构造了相应多条损伤边界曲线.提出的概念及研究结果为控制果实类产品的跌落损伤、合理地进行缓冲包装设计提供了新的理论基础.     

苹果碰撞响应数学模型的研究

通过苹果的碰撞损伤试验，建立了描述苹果碰撞过程的加速度——时间曲线的数学模型，分析了该模型中各参数对碰撞特性及损伤的影响     

草莓果实振动损伤的预测模型

利用自制的振动试验台模拟运输环境，对草莓果实机械损伤进行较系统的研究。通过多因素组合试验，摸清了振动强度、包装材料、包装方式及成熟度对果实损伤的影响规律；通过非线性回归分析，建立了果实振动损伤的数学模型，其理论值与实测值具有很好的一致性；通过验证试验，探讨了利用修正回归模型预测草莓果实在相同条件下实际运输损伤值的可行性。     

草莓果振动损伤的预测模型

利用自制的振动试验台模拟运输环境，对草莓果实机械损伤进行较系统的研究。通过多因素组合试验，摸清了振动强度、包装材料、包装方式及成熟度对果实损伤的影响规律；通过非线性回归分析，建立了果实振动损伤的数学模型，其理论值与实测值具有很好的一致性；通过验证试验，探讨了利用修正回归模型预测草莓果实在相同条件下实际运输损伤值的可行性。     

苹果跌落冲击力学特性研究

果品跌落冲击力学特性的研究是表征其流变性能、跌落损伤机理以及设计作业件的基础。构建果实自由跌落冲击力学参数测试系统，对“富士”苹果进行不同高度的单次自由跌落、同一部位的多次跌落试验。在测试获得冲击力－时间数据的基础上，基于运动学原理进行理论分析计算，得到加速度－时间、冲击力－变形量、应力－应变以及跌落冲击弹性恢复系数等动态关系。研究结果表明随着跌落高度、跌落次数的增加，苹果冲击力、加速度峰值、冲击最大变形、冲击结束后的残余变形逐渐增大。苹果跌落弹性恢复系数随着跌落高度而逐渐降低，随着跌落次数增加而逐渐增大。跌落次数对跌落变形量增加的影响不显著，随着跌落次数的增加残余变形变化很小。     

小型装载机FOPS受落锤冲击的动态响应

为了提高小型装载机防落物保护装置(FOPS)的抗冲击性，讨论了FOPS受标准落锤冲击的破坏现象，提出应用显式动态有限元法解决小型装载机FOPS的冲击响应。以ZL15装载机为例给出了有限元模型的建立方法和边界条件的施加方法。分析了落锤碰撞FOPS时的冲击力波形、FOPS的冲击变形规律和能量转换规律。结果表明：冲击力波形与方波假设不同；冲击过程没有FOPS构件侵入DLV，FOPS满足ISO3449的要求；第一次冲击FOPS吸收了83%的能量，第二次及其以后的冲击可以忽略。在冲击能量不变的前提下，分析了落锤高度和质量变化对FOPS冲击变形的影响规律。结果表明：落锤高度变小、质量变大时冲击变形反而变大。     

工程车辆翻车事故中司机头部伤害与保护仿真

为了研究司机的头部在碰撞中的机械响应特性,该文采用有限元三维实体建模技术,建立了成人头部碰撞模型。通过虚拟试验方法使用成人头部模型对驾驶室内饰进行冲击分析,比较不同厚度和密度的聚氨酯泡沫对人体头部损伤评价指标的影响。结果表明：头部损伤值（HIC(d)）随着泡沫厚度的增加而减小,随着密度的增大,呈现先减后增的二次抛物线趋势。在驾驶室内壁覆盖18 mm厚的聚氨酯泡沫材料可以降低翻车事故中二次碰撞对司机头部的损伤。     

水稻脱粒破碎率与脱粒元件速度关系研究

脱粒元件的冲击是水稻脱粒谷粒损伤的主要原因。该文基于碰撞理论和能量平衡原理对单个、多个谷粒和脱粒元件的碰撞过程进行了理论分析。建立了圆形截面脱粒元件线速度和脱粒破碎率之间的数学模型。在自制的脱粒分离性能试验台上对水稻进行了脱粒性能试验，通过试验确定了数学模型中的待定系数，验证了数学模型的正确性。为脱粒装置的设计、优化提供了理论依据。