茶叶摩擦系数的数学模型

主要是研究在制茶过程中茶叶摩擦系数的变化规律。也就是研究茶叶从鲜叶原料经杀青、揉捻、干燥等各道工序的摩擦系数的变化,但因杀青与揉捻工序两者含水率虽相近,揉捻叶茶汁外露其摩擦系数和杀青叶相差甚大,本文仅研究从揉捻叶开始各道工序的摩擦系数变化。     

一种设有除杂功能的茶叶揉捻装置的设计与分析

【目的】绿茶的加工工序主要包括杀青、揉捻和干燥,其中揉捻是适当破坏鲜叶组织,使茶汁渗出,让茶叶卷曲成条塑形。现有的茶叶揉捻装置无法连续对杀青后的茶叶进行揉捻,加工效率较低,且会混入茶梗和碎叶而降低成品茶叶的品质。【方法】研究小组提出一种设有除杂功能的茶叶揉捻装置,通过设置揉捻锥、锥形锅和伸缩杆,实现连续化揉捻以提高茶叶揉捻效率。通过设置筛选箱、筛板、凸轮盘、连杆和凸轮电机,以便于将揉捻前的茶叶中的细小茶梗和碎叶剔除。【结果与结论】该装置能够对杀青后的茶叶进行连续揉捻,提高茶叶揉捻加工的效率,且便于将揉捻前的茶叶中的细小茶梗和碎叶剔除,从而提高成品茶叶品质。但是还存在以下两个问题：揉捻机智能化水平不高,尚不能根据鲜叶原料的老嫩程度智能地选择机械揉捻工艺参数;揉捻叶内部压力及其细胞破碎率尚不能实时检测,影响了揉捻工艺参数的反馈及实时调整。     

茶叶加工机械中不同热源应用初探

正茶,按绿茶、红茶、黄茶、白茶、乌龙茶和黑茶等不同品类要求,选择萎凋、杀青、做青、闷黄、发酵、渥堆、揉捻(切)、理条、压扁和烘(炒、焙)干等不同加工工序,茶树鲜叶就可形成各类茶叶特有的色、香、味、形。制茶从手工操作到机械化生产,促进了茶叶加工机械的创新发展。在茶叶机加工过程中,将含水率75%左右的鲜叶制成含水率不高于6%的干毛茶,水分散失带走了大量热量,需要稳定高效的环保型热源。以安徽省为例,在竞争     

颗粒肥料离散元仿真边界参数系统化研究

离散元边界参数对仿真精确性具有重要的影响。为提高离散元仿真精度,以大颗粒尿素颗粒为研究对象,利用Plackett-Burman休止角仿真试验进行了重要边界参数的筛选,确定影响显著的参数依次为尿素颗粒间滚动摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒与ABS板间静摩擦因数,且3种边界参数影响尿素颗粒堆积特性,休止角随着3种边界参数的增大而增大。利用自制静摩擦因数测量仪和虚拟仿真标定方法分别对颗粒与ABS板间的静摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒间滚动摩擦因数进行研究,并对确定值进行了堆积过程的仿真和试验验证,仿真休止角与实际试验休止角相对误差仅为0.36%,不同含水率下的实际试验休止角与标定参数下的仿真休止角相对误差均不大于3.25%,表明仿真确定的边界参数和仿真模型的有效性。     

基于JKR粘结模型的蚯蚓粪基质离散元法参数标定

为确定不同含水率下蚯蚓粪基质的多种参数,提出了通过测定基质含水率,预测休止角,通过休止角合理推测其他参数的思路,并提出了一种散体休止角测定方法。以休止角作为参照,基于JKR粘结模型,使用离散元参数标定的方法,从与蚯蚓粪基质颗粒有关的10个参数中,筛选出颗粒间静摩擦因数、颗粒间滚动摩擦因数和JKR表面能3个对休止角影响显著的参数,建立了休止角与这3个显著参数之间的二次多项式回归模型。试验结果表明,该模型可以根据休止角预测蚯蚓粪基质参数,根据预测得到的参数建立离散元模型,休止角仿真结果与实际试验结果较为接近,差异分别为1.53%和0.22%。同时测定了不同含水率下蚯蚓粪基质的休止角,建立了休止角与含水率之间的关系模型。研究结果可为其他类似散体物料休止角的测定提供参考,并提供了一种通过测定易于测定的参数(如含水率)来推导其他难测参数的思路。     

茶叶速冷处理对品质影响机理及相关设备的开发

茶叶加工过程一般需要杀青、揉捻、做型、干燥等几个步骤。在长期的茶叶加工经验中,人们发现,在杀青后对茶叶进行适当的冷却处理,能明显的改善茶叶品质,特别是滋味和色泽这两个品质因子。适度摊凉且将摊凉温度控制在一定的低温内,能有效提高名优绿茶色、香、味、形等外在品质。许多研究成果和茶叶加工实践都证明在适当的低温下做青有利于提高乌龙茶品质。     

荞麦籽粒群摩擦力学特性研究

为减少荞麦籽粒在机械化作业过程中的摩擦损失,本文研究了荞麦籽粒群的摩擦力学特性。分别选取黑丰1号和榆荞4号为研究对象,研究不同品种、不同含水率的荞麦籽粒群与不同材料间的滑动摩擦因数,分析不同含水率的荞麦籽粒群休止角。结果表明:品种、含水率对荞麦籽粒群的滑动摩擦因数影响均显著,黑丰1号的滑动摩擦因数均大于榆荞4号;随含水率增加,荞麦籽粒群的滑动摩擦因数呈线性增大趋势。含水率对荞麦籽粒群休止角影响显著,随含水率增加,荞麦籽粒群的休止角近似线性增大,变化范围为27.98°～38.70°。荞麦籽粒群与不锈钢板、铝板两种材料间的滑动摩擦因数分别为:0.332～0.454、0.368～0.503;荞麦籽粒群与不锈钢板间滑动摩擦因数较铝板低。本研究为荞麦机械化作业装备的研制与优化提供理论依据。     

果荚初期饲料油菜茎秆离散元接触模型参数标定

针对饲料油菜与不同材料的接触参数实测难度大、机械化收获离散元仿真模拟缺乏接触模型参数的问题,以果荚初期饲料油菜为对象,基于EDEM开展了饲料油菜茎秆颗粒离散元接触模型参数标定。测定了果荚初期饲用油菜茎秆本征参数,茎秆平均直径为20.4mm,密度为809kg/m3,茎秆弹性模量、剪切模量和泊松比平均值分别为115.73MPa、47.04MPa和0.23;以休止角为评价指标,应用Hertz-Mindlin基本模型和圆筒提升堆积法开展了饲料油菜茎秆颗粒堆积的虚拟二水平因子试验,结果表明饲料油菜茎秆与钢之间的碰撞恢复系数和滚动摩擦因数以及茎秆之间的碰撞恢复系数对休止角的影响较小,其值分别为0.60、0.10和0.60;通过最陡爬坡试验和响应面分析,确定了饲料油菜茎秆颗粒间静摩擦因数、滚动摩擦因数和饲料油菜茎秆-钢静摩擦因数的取值范围,建立了颗粒休止角的回归模型,以实测休止角与仿真试验休止角之间相对误差最小进行响应面分析和优化求解,确定其参数值分别为0.36、0.03和0.23。在接触参数最优组合条件下,根据回归模型计算得出的休止角理论值与实测值误差为2.15%,仿真试验得出休止角模拟值与实测值误差为1.83%,表明标定方法正确,标定参数准确。研究可为饲料油菜机械化收获过程的离散元仿真分析提供基本参数。     

基于堆积试验的针形茶叶离散元仿真参数标定

针对针形茶叶在理条机加工过程中离散元仿真缺少准确的模型参数,导致茶叶理条机离散元仿真过程中易出现失真问题,以单芽茶叶颗粒为研究对象,基于切片技术的近似法建立颗粒模型,采用离散元仿真与漏斗注入法堆积试验相结合的方法,对其仿真参数进行标定。以茶叶颗粒的休止角为响应值,设计Plackett-Burman试验得到对茶叶颗粒休止角有显著性影响的参数：茶叶颗粒间碰撞恢复系数、茶叶颗粒间静摩擦系数和茶叶颗粒间滚动摩擦系数;以仿真试验休止角和实际堆积试验休止角之间的相对误差为目标,进行最陡爬坡试验确定显著性参数的最优值范围,并通过Box-Behnken试验建立茶叶颗粒休止角与显著性参数之间的二次多项式方程,利用Design-Expert软件优化模块得出显著性参数最优值：茶叶颗粒间碰撞恢复系数0.28、茶叶颗粒间静摩擦系数0.15、茶叶颗粒间滚动摩擦系数0.10;并对标定的结果进行离散元仿真验证,结果表明：仿真得到的茶叶颗粒休止角均值为19.52°,与实际茶叶颗粒休止角20.23°相比,相对误差为3.51%,说明此参数标定结果合理有效。为茶叶理条机的优化设计及茶叶加工数值模拟过程提供一定的理论参考。     

酒用高粱种子离散元仿真参数标定

为获得酒用高粱种子离散元仿真参数,以仁怀市大坝镇地区的茅梁糯2号高粱种子为研究对象,完成了物性参数的测量种子-尼龙、种子-ABS及种子颗粒间接触参数的标定。首先,采用物理试验测出高粱种子的三轴尺寸、密度、泊松比、弹性模量、剪切模量及休止角等参数,且获取高粱种子-尼龙与高粱种子-ABS的静摩擦因数、滚动摩擦因数和碰撞恢复系数;其次,采用Box-Behnken法设计三因素三水平试验,得到高粱种子颗粒间接触参数与休止角的二阶回归模型;最后,以实测休止角29.14°为优化目标值,求得高粱种子颗粒间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.422、0.504、0.074,代入EDEM中得到仿真试验结果为28.39°,与实测值的相对误差为2.57%,进一步验证了仿真试验的可靠性和有效性。酒用高粱种子物性参数测定和接触参数标定可为高粱播种机仿真分析及优化设计提供一定参考和依据。     

花生荚果离散元仿真参数标定

为保证花生荚果在仿真模拟试验时所用参数的准确性,通过实际物理试验与仿真模拟试验相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,通过实际物理试验测得花生荚果基本物理参数(外形尺寸、密度、含水率、容重、泊松比、弹性模量和剪切模量),依据实际物理试验测得的各物理量结果确定仿真模拟试验参数取值范围,开展Plackett Burman试验,筛选出对堆积角存在显著性影响的因素为：花生荚果—花生荚果静摩擦系数、滚动摩擦系数,花生荚果—钢板静摩擦系数。进一步通过最陡爬坡试验确定显著性因素的取值范围。开展Box Behnken试验,建立堆积角与显著性因素之间的二次回归方程,并以实际物理试验堆积角(31.63°)为目标值对方程进行求解,得到最佳仿真模拟参数：花生荚果间静摩擦系数、滚动摩擦系数,花生荚果—钢板静摩擦系数分别为0.74、0.24和0.58。最后,对试验分析后确定的最佳仿真参数进行仿真模拟试验,对取得的仿真模拟值与实际试验值进行独立样本T检验得出P>0.05,表明实际试验堆积角与仿真模拟试验堆积角无显著性差异,且相对误差为2.877%,验证了仿真模拟试验的准确性。通过对比其他物料参数标定时所用方法及试验结果,进一步表明标定后的参数可为相关研究提供参考。     

茎瘤芥种子离散元模型参数标定

为解决茎瘤芥种子离散元模拟中缺乏准确仿真参数的问题,通过直接测量和虚拟标定方法确定“涪杂2号”茎瘤芥种子离散元参数。利用数显游标卡尺、电子秤等物理机械特性测定工具,得到茎瘤芥种子的三轴尺寸、等效半径、千粒重和密度;通过斜面碰撞法、三点滑动法和斜面法分别得到茎瘤芥种子与有机玻璃之间的恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.561、0.420、0.155;采用旋转鼓试验和圆筒提升试验结合MATLAB图像处理技术获得茎瘤芥种子的动态堆积角和静态堆积角分别为35.235 2°和14.483 0°。基于Plackett Burman试验筛选出对动态堆积角和静态堆积角影响显著的参数因子均为种子与种子间的滚动摩擦系数、种子与种子间的静摩擦系数;通过中心复合设计分别获得显著性因子与动态堆积角、静态堆积角的二次回归方程,并以动态堆积角和静态堆积角的实测值为目标,基于回归模型对因子参数组合进行优化,得到两组种子与种子间的静摩擦系数、种子与种子间的滚动摩擦系数最优参数组合为0.666 1、0.023 7以及0.341 6、0.036 0。对两组最优参数组合进行仿真验证,结果显示两组参数组合下动态堆积角、静态堆积角的仿真值与实测值相对误差分别为0.477%、3.590%和1.820%、4.950%。结果表明,仿真中种子与种子间的静摩擦系数、种子与种子间的滚动摩擦系数分别为0.666 1、0.023 7时,更符合茎瘤芥种子实际的物理特性。本研究能为茎瘤芥播种过程及相关装置设计优化提供参考。     

离散元模拟中沙土参数标定方法研究

农业机械与土壤相互作用仿真时,选用颗粒相互作用参数的准确度将直接影响仿真结果。本文提出一种通过试验与模拟相结合系统地标定沙土颗粒相互作用参数的方法。通过堆积角测试装置、三轴剪切试验仪、图像颗粒分析系统等设备测量计算沙土的堆积角、剪切模量、粒径分布和外观形貌等参数,为颗粒或工厂建模提供参考。使用标准球和非标准球对沙土颗粒的碰撞恢复因数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定。研究不同质量和不同标定方法(抽板法和漏斗法)是否对堆积角产生影响。模拟结果表明,选用标准球标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.8,滚动摩擦因数是0.2,抽板法得到的堆积角是33.99°,相对误差是4.74%;漏斗法得到的堆积角是33.59°,相对误差是3.51%。同时,选用非标准球进行标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.2,滚动摩擦因数是0.3,抽板法得到的堆积角是32.06°,相对误差是1.20%。由此看出,颗粒外观形貌对颗粒间静摩擦因数影响相对较大。     

小麦种子物理特性参数测定及在播种机

为获取小麦小区精密播种机排种器和自动供种装置的设计依据,研发初期选取济麦22种子作为测量对象,测定了种子的千粒质量、容重、三轴尺寸、休止角和静摩擦系数等物理特性参数。测量得知:济麦22种子千粒质量均值46.02 g;容重均值831.30 g/L;三轴尺寸的长、中、短轴均值分别为6.47、3.42和3.08 mm;休止角均值28.9°;小麦与不锈钢板之间的静摩擦系数最小,为0.427。上述参数的测定,为小麦小区精密播种机排种器和自动供种装置相关参数的确定提供了有力的数据支撑,在一定程度上提高了整机的工作性能。      

种子休止角与静滑动摩擦系数测量仪

为方便且准确地测量出三倍体无籽西瓜种子的休止角和静滑动摩擦系数,研制了一种可用于测定散粒体休止角和静滑动摩擦角的综合仪器。介绍了该仪器的构成及测量原理、方法,并选用水稻、小麦、玉米和油菜四种常见种子进行试验,将本试验结果对比普通测量仪测量结果来证明仪器的可行性。     

西洋参种子物理特性试验

为获得气吸式西洋参排种器的设计参数,以威海文登地区普遍种植的西洋参种子为研究对象,对已催芽和未催芽西洋参种子的三轴几何尺寸、千粒质量、休止角和滑动摩擦角进行试验测试,分析了不同含水率条件下西洋参种子各项物理参数的变化规律。结果表明,含水率为7.46%的未催芽西洋参种子平均三轴尺寸为5.84 mm×4.97 mm×2.77 mm,平均千粒质量为32.79 g,休止角为36.44°,滑动摩擦角（塑料、铝和不锈钢）为21.2°、25.8°和19.2°。含水率为46.67%的已催芽西洋参种子平均三轴尺寸为6.31 mm×6.12 mm×3.95 mm,平均千粒质量为60.21 g,休止角为45.42°,滑动摩擦角（塑料、铝和不锈钢）为26.7°、27.5°和25.1°。      

Physical and Hygroscopic Properties of Makhana

Makhana is the popped expanded kernel of the gorgon nut (Euryale ferox) and is used as a delicious food in India. Presently, it is sorted, graded and used as an ingredient of various ready-to-eat products. High volumetric expansion of makhana increases transport cost and makes it too expensive in distant places. Makhana thus requires further processing to get some value-added products of minimum volume. To develop any kind of product and mechanized system for their production, physical properties are required. Furthermore, since makhana is a seasonal and regional crop its storage conditions are also needed for keeping it appropriately at processing centres. Physical properties of makhana at moisture contents ranging from 5 to 20% (dry basis) and equilibrium moisture content at relative humidities ranging from 11·2 to 88% at temperature 30°C were determined using standard techniques. Physical properties were found to be: test weight (weight of 1000 makhana) 286 to 384 g; bulk density 56·5–84·6 kg/m³; particle density 105–240·6 kg/m³; porosity 29·4–48·9%; angle of repose 33–35·6°; and static coefficient of friction 0·596–0·82 and 0·493–0·684 on galvanized iron and stainless steel, respectively. The equilibrium moisture content of makhana was found to be between 11·5 and 58·9% (dry basis) within the ranges of variables studied.     

山东紫花丹参种子物理特性试验

为获得丹参播种机排种器设计参数,以山东省紫花丹参种子为研究对象,试验测试了未经过催芽的紫花丹参种子三轴几何尺寸、千粒质量、含水率、休止角和滑动摩擦角。基于试验测试的结果,分析了紫花丹参种子关键物理参数。丹参种子试验测试结果表明,未催芽的紫花丹参种子的含水率为9.53％,三轴几何尺寸平均值为2.80 mm×1.46 mm×1.04 mm,平均千粒质量为1.39 g,休止角为13.27°,滑动摩擦角（不锈钢、塑料和铝）为18.5°、25.2°和33.6°。