基于ANSYS/LS-DYNA的果枝修剪过程仿真与试验研究

【目的】深入研究果枝修剪过程特性及切割机理,为优化修剪机具核心剪切部件、提高电动修剪机切割性能提供参考。【方法】以‘石硖’品种龙眼树枝为试验对象,采用ANSYS/LS-DYNA对树枝切割过程进行有限元仿真,搭建树枝切割试验平台进行切割试验,验证仿真模型的准确性,使用高速摄像机观察树枝切割过程,分析动刀片、树枝、定刀在切割过程中的应力分布及切割机理,确定最大等效应力出现的区域。【结果】实际试验与仿真试验的切割过程都可分为5个阶段：挤压阶段、切入剪切阶段、稳定剪切阶段、剪断阶段、树枝振动阶段,实际切割力略大于仿真值,切割10、15和20 mm直径树枝刀具峰值切割力实际值与仿真值最大相对误差为7.8%,平均相对误差为7.0%,试验和仿真切割力曲线趋势大致相同。切割过程中动刀片、树枝和定刀最大等效应力出现在刀刃、树枝和定刀切口附近,动刀片、定刀最大等效应力均小于刀具材料屈服极限,刀具不会发生失效。【结论】该有限元模型与实际情况基本符合,对修剪机具的设计和改进具有一定的参考价值。     

苹果枝条剪切力学特性研究

以新疆农垦科学院试验田的苹果枝条作为试验材料,15 mm/min的加载速度,在万能试验机上对3个批次苹果枝条试样进行剪切力学特性分析。对不同直径、含水率的苹果枝条进行剪切力学特性试验。结果表明:峰值剪切力随直径的增大而增大,影响苹果枝条破坏载荷的关键因素在于直径的大小。苹果试样的峰值剪切力随含水率先增加后减小,并且随着剪切位移的变化趋势也是先增大后减小,在剪切位移大于19 mm时,试样基本断裂,剪切力逐渐减小。     

切割器主要性能参数对鲜切莲藕褐变度的影响

针对鲜切莲藕褐变问题,以刀片刃角为主要试验因素,探讨通过刀片刃角与莲藕切割阻力的关系,并以刀片刃角、刀片滑切角、刀盘转速为主要试验因素,研究回转式切割器主要性能参数对莲藕褐变度的影响.结果表明:刀片刃角由10°增大到20°时,切割力的增加幅度较小,而当刀片刃角从20°变为25°时,切割力曲线几乎呈直线上升;建立了刀片刃角与切割力关系回归模型,经验证计算值与实测值拟合良好;3个因素对褐变度影响的主次顺序为刀片刃角(γ)＞刀盘转速(n)＞滑切角(τ),且刀片刃角越小,刀盘转速越大,滑切角越大,莲藕褐变度越小.     

柠条剪断力与刀具前角之间关系的研究

设计了前角分别为300、30°、45°、50°、60°、70°的切刀,对含水率为55%左右,直径为10、11、12、13、14、15 mm的鲜柠条进行了剪切实验,分析了刀具前角对柠条剪切力的影响.结果表明,相同直径的柠条剪断力平均值有随刀具角度增大而增大的趋势,相同前角的刀具剪切柠条时,剪断力半均值有随柠条直径的增大而增大的趋势.     

基于修剪机械设计的龙眼树枝力学特性试验

为获得龙眼树枝力学特性基础参数,在精密型万能试验机上对修剪期龙眼树枝进行了压缩、拉伸和剪切试验。结果表明:龙眼树枝顺纹抗压强度为18.33~27.77 MPa,平均值为23.68 MPa;抗压弹性模量为351.51~835.85 MPa,平均值为547.2 MPa;抗压强度与压缩能之间呈显著指数函数正相关;龙眼树枝顺纹抗拉强度为40.26~70.28 MPa,平均值为52.12 MPa;剪切强度为9.05~13.42 MPa,平均值为11.44 MPa,峰值剪切力与树枝横截面面积呈极显著线性函数正相关,剪切功与树枝横截面面积呈极显著幂函数正相关。     

基于抚育整枝目标的毛白杨枝条冲击切割性能适应性分析

【目的】为了提高毛白杨枝条冲击切割效率并改善切割效果,通过研究枝条内部因素对切割性能的影响,对毛白杨枝条的冲击切割性能进行适应性分析。【方法】以我国华北地区林场广泛种植的速生林品种毛白杨的枝条为研究对象,使用自制的枝条切割平台进行枝条切割试验。在单因素试验的基础上采用Box-Benhnken中心组合试验方法,通过试验和理论研究枝条直径、含水率和分枝角度3个内部因素对峰值切割力和断裂效果的影响规律。【结果】（1）建立了毛白杨枝条冲击切割性能的切割机理模型;（2）通过对模型进行优化分析,得到最优参数组合为枝条直径14.7 mm、含水率14.0%、分枝角度90°,该组合下的峰值切割力为370.48 N,断裂效果评分为4.6分,峰值切割力和断裂效果分数的预测值与实测值的相对偏差均小于5%;(3)峰值切割力与枝条直径呈线性增长关系,随枝条含水率的增大呈先增大后减小的趋势,随着分枝角度的增大而小幅增大。【结论】选择树龄为7年时进行修枝作业,作业的季节选择秋冬季,可以获得较优的修枝质量,该研究可为速生林修枝装备的研发与林木抚育方式的优化结合提供数据支撑。     

污泥在排污直管内的流动阻力特性研究

【目的】考察污泥在排污直管内的流动特性、管道压降及其阻力特性,为排污管道的设计提供参考。【方法】理论分析了直管内污泥流量的计算公式及管道输送沿程阻力系数,并在小型污泥流动试验系统上进行验证,同时利用污泥管道输送试验,就污泥流量、污泥含水率、排污管管径对排污直管内污泥流动阻力特性的影响进行了研究。【结果】在相同管径下,随着污泥流量的增加,管道压降逐渐增大,当流量平均增大到4~5m3/h时,剪切应力破坏了污泥原有的结构,使其黏度降低,阻力系数逐渐趋于稳定;不同排污直管管径形成的流动阻力不同,当排污管直径从20mm增大到32mm时,管道压降从50 000~60 000Pa/m降到10 000Pa/m左右,降幅明显;污泥含水率越低,污泥在排污管中的停滞时间越长,污泥黏性就越高。【结论】污泥流量和管道输送沿程阻力系数计算值与试验值比较吻合,污泥的管道输送受排污管管径、污泥流量、含水率及停滞时间等因素的影响。     

鲜莲子剪切力学特性研究

测定了鲜莲子的剪切力学特性,为鲜莲子去壳机的研制提供重要依据.结果表明:鲜莲子大小等级对剪切破裂力和变形量没有显著影响;含水率对鲜莲子剪切破裂力和变形量有极显著的影响,并呈负相关,在试验的含水率范围内剪切破裂力在9.5～63.6 N范围内变化,变形量在2.31～6.22 mm范围内变化;莲子放置时间对剪切破裂力有显著影响,对变形量有极显著影响,并呈正相关,在试验的放置时间范围内,剪切破裂时的变形量在2.06～5.67 mm范围内变化;刀具角度对剪切破裂力和变形量有极显著的影响,并呈现正相关性,当刀具角度为90°时剪切破裂力最大、达50.1 N,当刀具角度为60°时剪切力最小、为14.6 N.     

基于Hashin模型的甘蔗剪切仿真

使用有限元方法对甘蔗剪切过程进行仿真,研究刀片几何角度对甘蔗断面形态的影响。通过编写VUMAT子程序,将Hashin单向纤维复合材料失效准则应用于甘蔗剪切过程的仿真。仿真包括甘蔗剪切过程的断裂形态、剪切过程的最大剪切力、刀片楔角、后角和间隙对剪切断面的影响。结果显示,断裂形态仿真结果与已有的试验和仿真结果一致,最大剪切力为270 N;刀片楔角从30°减少到5°,可使甘蔗的上下断面都趋于平整;刀片具有正的后角,会使下断面平整;2 mm刀片间隙的存在,导致甘蔗下部断口接近静止刀片一侧出现撕裂。     

受迫振动下杏果实树枝能量传递初探

【目的】研究果树在外激励载荷作用下树枝能量的传递过程,揭示振动采收果实的落果机理,为机械振动式采收技术的应用提供理论依据。【方法】由机械式激振器为果实树枝提供振源进行振动采收,通过高速摄像仪对整个采收过程进行记录,再用高速摄像仪的Phantom控制软件对整个试验过程进行详细的分析研究,获得树枝能量传递的一般规律。【结果】果实距离树枝分叉近的地方先脱落;各采样点以距离激振源远近依次达到能量的最大值且峰值依次降低,能量峰值大约损失了15%;树枝Ⅰ与主枝的夹角为42°时获得的峰值动能较树枝Ⅱ与主枝的夹角为80°的峰值动能大40%,且角度小果实也先脱落。【结论】能量以能量波的模式在树枝中传递,在传递过程中具有滞后性和能量的损失;果枝粗细对动能的传递有较大影响,细枝上的果实脱落所需时间较长;树枝与树干的夹角越小,各采样点在摆动方向获得的动能越大,越有利于果实脱落。     

移动式枝桠材锯末机切削原理及力学分析

移动式枝桠材锯末机主要针对林间采伐以及城市园林修剪过程中遗留的树枝树叶等小径级枝桠材进行粉碎切削。通过对移动式枝桠材锯末机的切削原理进行分析,计算出主轴锯片的切削力F_u≈260 N,可以实现对小径级枝桠材的粉碎切削。同时找出底刀与锯片间的间隙、切削遇角θ等影响物料切削质量的主要影响因素,为整机设计提供理论依据。     

不同收获期玉米秸秆剪切力学性能的研究简

[目的]研究玉米秸秆的物理力学性能,可为研制低能耗、高效率的秸秆收获及加工设备提供不可或缺的基本技术参数,减少成本、缩短研发周期。[方法]利用万能试验机,测试了不同收获期玉米秸秆的剪切力性能,并分析刀具的刃角、剪切速度、取样位置等因素对剪切力的影响。[结果]各因素对试验指标（最大剪切力）的影响按大小次序是取样位置→收获期→刀刃角→剪切速度。刀刃角越小,剪切力越小,越省力;剪切力随着剪切速度的提高呈下降趋势;根部秸秆剪切力稍微大于中部,上部秸秆的剪切力明显小于其他2个部位。[结论]随着玉米收获期的延迟,秸秆的纤维素和木质素含量增加,对应的剪切力增大,作为饲料适口性变差,所以应该在玉米成熟后尽早收获秸秆并进行加工处理。     

向日葵茎秆切割阻力影响因素试验研究

针对向日葵收获机械在使用现有往复式切割器收割向日葵茎秆时存在适用性差及切割质量差等问题,在微机控制电子万能试验机上模拟直刃切刀配合的切割方式,对向日葵茎秆进行切割试验,研究刃口倾角、削切角度及斜切角度等参数改变对切割阻力和切割能量消耗的影响程度以及不同条件下向日葵茎秆的切割阻力变化规律。结果表明:1)切割速度一定,切刀刃口倾角为0°~20°时,切割阻力峰值及切割能量消耗随着刃口倾角的增大逐渐减小,滑切效果逐渐增强,当刃口倾角在20°时的切割能量消耗较其他角度小。2)切割速度一定,削切角为0°~45°时,切割阻力峰值与切割能量消耗先逐渐减小而后急剧上升,削切角为15°时,切刀对向日葵茎秆的切割阻力和切割能耗较小。3)切割速度一定,斜切角度为0°~60°时,切割阻力峰值和切割能耗先逐渐减小而后迅速增大,斜切角为30°时,其切割阻力和切割能耗最小。     

不同基质对扶芳藤扦插育苗的影响

[目的]研究扶芳藤扦插育苗的最佳基质配比。[方法]采用5种基质配比,分别为M1(50%泥炭+50%珍珠岩)、M2(40%泥炭+60%珍珠岩)、M3(50%泥炭+50%栗钙土)、M4(40%泥炭+60%栗钙土)、M5(100%泥炭)对扶芳藤进行容器扦插育苗试验,对不同基质引起的扶芳藤愈伤率、生根率、根长、单株根系数目、新生枝数及新生枝生长量进行调查分析,[结果]结果表明,基质M1中扦插的扶芳藤生根率、愈伤率最高,分别为87%和88%;根长最长,为68.0 mm;平均新生枝数最多,为4.6条,效果最佳。基质M5中扦插的扶芳藤,其单株根系数目最少,为43.1条;新生枝生长量最高,为12.7 cm;基质M4最差。[结论]基质M1与M5比较适合扶芳藤插穗的生长。     

苹果“珠帘式”树形模式

苹果珠帘式树形模式的结构特点是主枝少、角度大、无侧枝、头拉耷;整形要点是骨干枝开角不截,背上枝用做扩冠,外围枝下垂结果,新头枝让果压弯;修剪要点是以疏为主单轴延伸保证光路。该树形模式实际是纺锤体的组合体,为最大限度维护树体动态平衡,改造传统树形,更新复壮结果期树,生产优质苹果,提供了新的技术途径和理论依据。     

核桃属植物嫩枝扦插生根的影响因素分析

[目的]探索总结核桃属植物嫩枝扦插繁殖技术。[方法]以核桃属中的核桃、山核桃、黑核桃、奇异核桃和99-I核桃5个种植物为材料,从扦插基质,激素种类,浓度与处理时间,采穗方法,采穗部位等方面入手,研究了影响核桃属植物嫩枝扦插成活率的主导因素。[结果]结果表明,基质种类,激素种类、浓度与处理时间,采穗方法和采穗部位等对核桃属植物嫩枝扦插成活率均有显著影响。基质以配制土效果最好;激素以5 000 mg/kg IBA+NAA(5∶1)混配液速蘸处理效果为佳;枝条基部插穗好于顶部插穗;插穗带芽基掰取好于不带芽基剪取。[结论]带芽基掰取枝条基部插穗,采用适宜浓度的外源激素IBA+NAA混配液速蘸处理后,扦插在配制土的基质中,再辅以合适的水分管理措施。该方法可有效提高核桃属植物嫩枝扦插的生根率,获得较理想的效果。     

水稻秧盘育秧制浆刀片匀浆过程分析及其优化设计

针对现阶段水稻秧盘育秧技术中制匀泥浆效率低下的问题,采用正交设计方法、计算流体动力学数值模拟和试验分析,对不同参数刀片在水田中匀浆作业时的匀浆效果和功率损耗进行研究。结果表明:1)单刀切削幅宽为影响泥浆运动速度和功率损耗的最大因素,折弯角影响不明显;2)当刀片滑切角为50°,折弯角为115°,单刀切削幅宽为60 mm时,刀片匀浆效果好;当滑切角为30°,折弯角为135°,单刀切削幅宽为20 mm时,功率损耗小;3)刀片中心面处和刀片折弯侧0.1 m处刀片打匀泥浆效果良好;4)功率损耗仿真值与试验值平均相对误差为12.16%,在可接受范围内。     

烟秆切割力影响因素试验研究

为了解影响烟秆切割力大小的因素,自制夹具,在万能试验机上对烟秆试样进行了单因素和多因素切割力测试。单因素试验结果表明：无论采用光刀片还是锯齿形刀片,以滑切方式切割的切割力最小;光刀片和锯齿形刀片滑切的切割力都与切割速度呈负相关,与切割角度和试样直径呈正相关。多因素试验结果表明：影响烟秆切割力的因素由大到小依次为切割速度、切割方式、切割角度、试样直径、切割刀片形式;最佳切割方案为滑切,切割速度为300 mm/s,切割刀片为光刀,切割角度为0°,试样直径为26.5 mm。     

龙眼果实挂树期合适结果母枝的筛选

以30年生‘石硖’龙眼为试材,应用生物统计软件对结果母枝单元质量的6个变量和果穗性状的4个变量,与果实外观色泽和单果重、可溶性固形物含量及落果率进行相关分析,结果表明:母枝单元质量与挂树期果实外观色泽关系均未达显著水平,而母枝直径与单果重为显著多项式相关关系,与果实可溶性固形物含量为显著正单相关关系;果穗宽度、果穗体积分别与可溶性固形物含量有显著、极显著正单相关关系,果穗长度与果皮L*为显著多项式相关,果穗长度和果穗体积分别与落果率有极显著多项式相关;复叶数、小叶数、小叶面积和总叶面积均与挂树龙眼保鲜效应无关。建议根据结果母枝质量分批次先后采收,将母枝单元直径0.87cm左右,果穗体积适中(V≈1 124.03cm~3),长度在36.67cm左右,叶色浓绿有光泽的果穗进行挂树延后采收。