生姜力学特性的试验研究

为解决生姜机械化收获损伤率高等问题，探讨了生姜的物理及力学特性。通过试验，测定了收获期生姜含水率为89%～93%,且中部最高、上部次之、下部最低。通过弯曲试验，确定子姜从母姜断裂时的抗弯强度为(1.067±0.033)MPa。借助Design-Expert 12软件，确定了生姜取样位置、取样角度对抗压强度显著，取样位置对抗剪强度显著。通过测定生姜抗压强度试验及抗剪强度，结果表明：生姜上部抗压强度平均值为0.77MPa,弹性模量平均值为2.74MPa,剪切强度平均值为0.47MPa;生姜中部抗压强度平均值为0.82MPa,弹性模量平均值为3.01MPa,剪切强度平均值为0.53MPa;生姜下部抗压强度平均值为0.74MPa,弹性模量平均值为2.95MPa,剪切强度平均值为0.46MPa。由此可见，在收获、运输等环节应尽量避免对生姜子姜上部、下部施加较大力，降低生姜损失。     

典型萝卜力学特性的对比试验研究

利用万能试验机对白萝卜和青萝卜进行试验,确定了萝卜皮的拉伸力学特性及萝卜的剪切力学特性,并研究了不同含水率对萝卜力学特性的影响。试验结果表明:含水率对萝卜的力学特性影响比较大。随着含水率的增大,萝卜的抗压性能好,且弹性模量、最大抗压强度及最大载荷逐渐增大;白萝卜皮的抗拉力学特性略大于青萝卜皮,且弹性模量小于萝卜内部;白萝卜与青萝卜的剪切面积与萝卜的最大剪切力呈线性正相关;白萝卜的剪切强度为(0.066±0.024)MPa,青萝卜的剪切强度为(0.082±0.02)MPa,白萝卜的抗剪切能力略小于青萝卜,且萝卜的抗剪切能力远远小于萝卜的抗压能力。     

大葱力学特性试验研究

大葱的高效收获对于提高地区经济发展水平有着重要的意义,但葱在机械收获时,对葱的力学特性缺少考虑,收获过程造成葱的损坏。以香葱和分葱为试验材料,在CTM6502精密型微控电子万能试验机上进行拉伸试验。通过分析葱受拉时的力学特性曲线,建立其对应力学模型,获得香葱试样被拉伸时的弹性模量为18.369 12 MPa,分葱试样被拉伸时的弹性模量为50.905 53 Mpa;香葱弹性极限强度为0.253 78 MPa,分葱弹性极限强度为0.164 46 MPa;香葱的屈服极限为0.643 07 MPa,分葱的屈服极限为0.358 16 MPa。上述力学数据结论可为大葱收获机械的夹持机构设计及工作参数确定提供理论依据。     

红心萝卜力学特性试验研究

利用万能试验机对红心萝卜试样进行压缩、剪切及拉伸试验,研究了加载速度、位置对红心萝卜的弹性模量及抗压强度的影响,探索了红心萝卜力学结构,得到了红心萝卜皮的弹性模量和最大抗压强度,确定了红心萝卜的剪切特性。试验表明:加速度对弹性模量及最大抗压强度的影响显著,随着加载速度的增大,红心萝卜的弹性模量逐渐增加,而最大抗压强度先增大、后减小;当加载速度为10mm/mim时,抗压强度最大,红心萝卜头部弹性模量及最大抗压强度最大,中部次之,尾部最小;红心萝卜纵向试样的弹性模量及最大抗压强度大于横向试样的数值,红心萝卜芯部弹性模量及最大抗压强度大于萝卜外部试样的数值,红心萝卜皮的弹性模量及最大抗压强度比萝卜内部的小;红心萝卜的平均剪切强度为0.058MPa,剪切力峰值与试样的横截面积呈线性相关。     

芝麻茎秆及蒴果力学特性试验研究

为提高芝麻联合收获机械化水平、减少芝麻收获的损失率,对适收期芝麻茎秆和蒴果开展力学特性试验分析,测定茎秆和蒴果的含水率,探究茎秆的剪切特性及不同节位蒴果与茎秆连接处的拉伸特性。试验结果表明:收获期时茎秆的平均含水率为36.8%,蒴果的平均含水率为14.5%;剪切试验中,茎秆的最大剪切力为567.87N,抗剪强度最大为5.16MPa;拉伸试验中,上部节位蒴果的成熟度比下部节位蒴果的成熟度低,含水率高,抗拉强度较大,芝麻蒴果与茎秆连接处的最大拉伸力为18.5N,连接处的抗拉强度最大为4.79MPa。     

甜菜力学特性的试验研究

甜菜的力学特性是机具研发的基础。利用英国Instron-4411型万能材料试验机,对"KWS3148"甜菜不同部位的试样进行压缩试验,分别研究了取样位置、加载速率和含水率对甜菜力学特性的影响,并得到收获期甜菜的弹性模量和抗压强度。试验结果表明:甜菜没有明显的屈服极限,破裂点较为明显;甜菜的力学特性受取样位置和加载速率的影响,且尾根处抗压强度最小;载荷加载速率对甜菜的弹性模量和最大抗压强度影响极显著,载荷位置对甜菜的最大抗压强度影响显著;随着加载速率的增加,同位置试样的弹性模量逐渐增大,最大抗压强度先减小后增大;甜菜的弹性模量和最大抗压强度分别随着含水率的减小而增大;弹性模量为(12.17±2.26)MPa,抗压强度为(2.6 7±0.3)MPa。     

金针菇拉伸试验研究

瓶栽金针菇采摘机械的设计需要进行金针菇相关力学试验研究来提供相关参数,从而加快金针菇由人工采摘向机械化采摘模式转变的进程。依据瓶栽金针菇测量的数据结果,将金针菇的菌柄划分为上部、中部和根部三部分,对上部和中部进行拉伸试验研究,建立金针菇力学模型,计算金针菇菌柄不同部位的弹性模量和拉伸应力等相关力学参数。金针菇上部最大拉伸载荷平均值为1.89 N,弹性模量平均值为5.11 MPa,剪切模量平均值为1.96 MPa,拉伸应力平均值为0.52 MPa;中部最大拉伸载荷平均值为3.09N,弹性模量平均值为8.27 MPa,剪切模量平均值为3.18 MPa,拉伸应力平均值为1.06 MPa。结果表明单根金针菇越靠近其根部,抗拉强度越强。为采摘机械的行程设计和采摘部位的选取提供依据,促进金针菇机械化采摘和食用菌产业机械化、智能化发展。     

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。     

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。     

红心萝卜种植农艺及物理力学特性研究

研究红心萝卜的种植农艺,归纳红心萝卜的种植特点。通过对收获期红心萝卜植株的外形尺寸测定,得出红心萝卜几何尺寸的主要分布区间和变化范围。借助万能试验机的压缩加载试验,研究红心萝卜不同位置、加载速度及含水率对红心萝卜的力学特性的影响,并采用origin软件得到红心萝卜压缩试验的拟合曲线,得到收获期红心萝卜的弹性模量和最大抗压强度,为红心萝卜的收获、加工提供必要的理论依据。研究结果表明:红心萝卜多采用垄作和平作两种种植模式,播种及收获是红心萝卜生产种植的关键环节;红心萝卜头部的弹性模量及最大抗压强度最大,尾部的弹性模量及最大抗压强度最小;加载速度对弹性模量及最大抗压强度影响极显著;红心萝卜取样位置对弹性模量影响极显著,而对最大抗压强度影响不显著;随着含水率的增大,红心萝卜所能承受的最大载荷、弹性模量及最大抗压强度逐渐增大,且脆性越好。     

高良姜须根剪切力学特性试验研究

当前高良姜挖掘收获和须根切除主要依靠人工作业,为提高生产效率、降低生产成本,必须实现作业机械化。在须根机械化去除工艺的设计和设备的研发过程中,需要掌握高良姜须根的力学特性和物理参数,从而确定最佳工艺和最优工作部件参数。该文以成熟期高良姜须根为试验材料,利用TMS-PRO型质构仪,采用正交试验和统计分析,探索含水率、加载速率对高良姜须根剪切力学特性的影响。试验表明,含水率对高良姜须根剪切强度具有极显著影响,加载速率以及含水率与加载速度的交互作用对高良姜须根剪切强度无显著影响。试验条件下,高良姜须根剪切力范围为120.400～233.733 N,剪切强度范围为12.868～37.962 MPa。当含水率(73.04±3)%时,剪切强度均值为16.978 MPa,此时进行须根剪切去除最适宜。     

黄金榕枝干物理力学特性参数研究

为给黄金榕切割机构设计提供一定的理论依据及建立黄金榕有限元力学模型,需要研究黄金榕力学性能参数。以黄金榕枝干为试验材料,测量其含水率,并对其进行径向压缩、轴向压缩、三点抗弯和抗剪试验。结果表明:枝干稍部、上部和中部的径向平均抗压弹性模量依次为65.27、80.01和118.30 MPa;枝干轴向平均抗压弹性模量依次为20.64、22.78和26.72 MPa;枝干平均抗弯弹性模量依次为120.10、180.34和221.56 MPa;枝干中部最小抗剪强度为5.60 MPa,最大抗剪强度为16.95 MPa。研究发现,同一部位的枝干所能承受的最大载荷随含水率增加而减小,因此在设计绿篱机时可增设洒水装置,或在黄金榕具有一定湿度时进行修剪。      

胡麻茎秆生物力学特性试验

为提高胡麻收获及脱粒效率,减少胡麻茎秆缠绕割台和脱粒滚筒,选取陇亚14号胡麻茎秆为试验材料,测定其含水率,并做生物力学特性试验,得出胡麻茎秆不同部位的生物力学特性参数,从而对胡麻机械化收获与脱粒提供参数支持。结果表明:当含水率为9.435%时,陇亚14号胡麻根部茎秆平均直径为2.472mm,抗拉强度最小,最大拉伸力居中,分别为49.8 MPa、148.113N;中部茎秆平均直径为2.144mm,抗拉强度和最大拉伸力均达到最大值,分别为179.6 MPa、166.362N;颈部茎秆平均直径为1.384mm,抗拉强度和最大拉伸力均小于根部和中部;而抗压强度、抗弯强度和剪切强度以及最大压缩力、最大弯曲力和剪切最大载荷由根部、中部、颈部的顺序依次减小;相比较而言,颈部与果穗连接处的各参数均为最小值。由此可见陇亚14号胡麻茎秆机械化收获、脱粒时根部、中部茎秆对脱粒滚筒、割刀及割台提出更高的要求,该试验为提高胡麻收获和脱粒效率,以及胡麻机械化收获、脱粒等机具的研发提供一些参考。     

棉秆压缩力学特性的研究

通过对棉秆的轴向压缩试验研究,得出其试验结果表明:棉秆在相同加载速率、不同节间、不同含水率条件下,其轴向弹性模量与抗压强度不同。棉秆的节间位置、含水率是影响弹性模量和抗压强度的重要因素。干棉秆的弹性模量与轴向抗压强度明显高于湿棉秆,而弹性模量与轴向抗压强度受节间影响,其平均值在节间2时最大。     

燕麦茎秆理化组分分析与动态力学特性研究

燕麦茎秆的机械力学特性是燕麦生长、收获、脱粒和清选工艺与装备设计的基础,也是作为一种高分子资源深加工改性的基础。考察了不同节间的燕麦茎秆理化组分和微观结构特点;试验分析了燕麦茎秆在静态加载条件下的剪切和压缩特性,结果表明含水率显著影响其剪切和压缩力学参数;利用动态力学分析仪,重点研究了不同含水率燕麦茎秆的动态机械力学特性,结果表明燕麦茎秆具有粘弹特性,含水率在15.14%时,应变最小,为0.0052。随着含水率的增加,茎秆弹性降低,粘性增加;试验获得的蠕变-恢复和应力松弛曲线分别引入Burgers模型和五元素广义Maxwell模型进行拟合,决定系数均达到0.99以上。其中,随着含水率的增加,弹性模量和平衡弹性模量呈下降趋势,应力松弛时间增大。燕麦茎秆的组分结构分析与力学特性变化规律研究,可以为燕麦收获、茎秆收集和加工机械的研制提供试验基础。     

成熟期大蒜茎秆力学特性的试验研究

针对大蒜联合收获机设计时缺乏必要的数据支持等问题,对成熟期大蒜茎秆力学特性进行了试验研究。采用农业田间数理统计方法对大蒜的几何特征进行分析,得出了大蒜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;利用万能试验机及拉伸试验对成熟期大蒜茎秆抗拉强度、挤压强度、起拔力等力学特性进行测试,研究了茎秆直茎、含水率、加载速度对大蒜茎秆拉断力的影响;应用Design-Expert软件分析,得出了松土位置参数优化组合。结果表明:直径对大蒜茎秆的拉断力影响最大,其次是含水率,最后是加载速度;大蒜最小起拔力的最优组合为挖掘深度9~18cm和挖掘距离2~10cm,所需起拔力小于53.1N,不会发生漏收现象;大蒜茎秆的挤压强度平均值是0.78MPa,所以在设计皮带夹持过程中挤压强度最大不能超过0.72MPa,为研制大蒜联合收获机关键装备提供了基础理论依据。     

大葱夹持力分析与力学特性试验研究

针对现有大葱收获机夹持输送机构出现夹断大葱、无法拔起大葱及输送过程中大葱掉落等问题,设计了一种对称式柔性夹持输送机构。采用力学模型分析了大葱所需要的夹持力,并通过大葱拔起试验对力学模型进行验证;然后利用电子万能试验机对大葱茎秆进行拉伸试验和压缩试验,同时利用回归分析的方法分别研究了大葱茎秆直径与拉断力、压断力之间的关系。结果表明:大葱收获所需要拔起力远远小于大葱茎秆的拉断力,所需要的夹持力也远远小于大葱茎秆的压断力,故在收获过程中不会出现大葱被拉断或被夹断的现象。该研究结论能够为大葱收获机夹持输送机构的研制提供理论依据。     

沙棘枝杆力学特性试验研究

为获取沙棘枝杆的力学参数,支撑沙棘收获设备的开发,以新疆大果沙棘枝杆为对象,采用万能试验机对其剪切、弯曲和压缩的力学性能进行了测定,并在此基础上评估了直径和含水率对沙棘枝杆力学性能的影响。力学试验研究表明：沙棘枝杆的抗弯强度随着直径的增大而增大,直径为20mm时最大,为78.14MPa,直径为10mm时最小,为67.14MPa;抗剪强度会随着直径的增大先略微减小再增大,直径为20mm时最大,为45.46MPa,直径为12.5mm时最小,为30.90MPa;抗压强度会随着直径的增大而增大,直径为20mm时最大,为30.76MPa,直径为10mm时最小,为22.79MPa;弯曲试验和压缩试验中极限承载力随着含水率的上升而下降,压缩试验的趋势更为显著;剪切试验的极限承载力开始时随着含水率的上升而上升,在30%时到达最大值,之后随着含水率的上升而下降。研究结果可为沙棘枝杆的收获、破碎和加工设备的设计提供参数依据。     

青稞芒的生物力学特性试验研究

为提高对青稞机械化联合收获和脱粒的效率、芒草分离率和碎芒率,减少含芒率,以及提高对青稞芒做饲料用的利用率,对甘肃,青海种植较广的昆仑14号、肚里黄、北青23号3种不同品种的青稞芒进行拉伸及剪切的生物力学特性试验,得出青稞芒的弹性模量、拉伸最大力、抗拉强度、剪切最大载荷、及剪切强度等各生物力学特性参数的大小,优选出适宜机械化联合收获和脱粒的青稞品种。结果表明:昆仑14号平均弹性模量为2 037.786MPa,拉伸最大力为2.828N,抗拉强度为14.2MPa,剪切最大载荷为4.669N,剪切强度为0.030MPa。与肚里黄、北青23号相比,昆仑14号各项生物力学特性参数数值较小,适宜机械化联合收获、脱粒和碎芒,为青稞机械化联合收获、脱粒及碎芒提供技术参考。     

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。