农产品压缩试验研究及其应用(Ⅰ)——压缩试验方法

 压缩性能是农产品机械性能试验的重要内容。通过压缩试验可以测定农业物料的弹性模量、生物屈服极限、破坏极限和变形功等参数。本文讨论以上各参数的测定方法和压缩试验时压头尺寸,形状,压缩速度等因素对它们的影响。     

荸荠压缩特性试验研究

为获得荸荠的力学性能参数及对荸荠破坏极限的影响,以荸荠的品种、压缩速率及压缩部位为试验因素,对荸荠进行正交压缩试验。通过分析其对应的力-位移曲线所得到相应的破坏极限Fb、破坏能Ub等参数的试验,得出结果表明,在相同变形的情况下,荸荠轴向所承受的载荷大于径向载荷。方差分析发现,荸荠品种、压缩部位以及荸荠品种和压缩部位之间的交互作用对破坏极限影响极显著,压缩速率对破坏极限影响显著,而荸荠品种与压缩速率之间的交互作用对破坏极限影响不显著。     

齐齐哈尔湿地软土压缩固结特性的试验

通过压缩固结试验,研究应力水平对北方湿地软土压缩性的影响,得出了齐齐哈尔湿地软土的 曲线、压缩系数、压缩模量、主固结系数、次固结系数等主要压缩指标随固结压力的变化规律,以及不同的加载比对 曲线、主固结系数和次固结系数的影响.研究成果可为公路湿地软土地基在路堤填土分级加载情况下固结沉降计算提供相关参数.     

大米籽粒压缩特性的试验研究

为预测大米在干燥、运输及贮藏过程中的破碎现象,必须了解其弹性模量、破坏力、破坏应力及破坏能等力学参数。本文通过大米的压缩试验测得其力——变形曲线,从而得出其弹性模量、破坏力、破坏应力、破坏能等常规力学参数,通过这些参数可以确定用整粒大米的破坏强度值作为籽粒破坏的评价指标,为建立大米籽粒力学模型,质量评价及机械设计等提供依据。     

青贮玉米粉碎物料压缩特性响应面优化试验

【目的】研究青贮玉米粉碎物料压缩特性,解决青贮玉米压缩机械作业能耗大、压缩密度低的问题。【方法】以喂入量、压缩密度和压缩速度为试验因素,以比能耗、压缩时间和最大压缩力为试验指标,开展二次回归正交试验,进行试验因素显著性分析,建立回归模型,对试验结果进行响应面优化。【结果】各试验因素对比能耗影响顺序为压缩密度>喂入量>压缩速度,对压缩时间影响顺序为压缩速度>压缩密度>喂入量,对最大压缩力影响顺序为压缩密度>压缩速度>喂入量。响应面优化后的最佳因素水平组合为喂入量0.90 kg、压缩密度550 kg/m³、压缩速度245.50 mm/min。【结论】本研究得到的回归模型误差小,优化结果可信度高,可用于青贮玉米饲料制备工艺参数选取,也可为青贮玉米压缩装置设计提供理论参考。     

猕猴桃压缩力学行为及蠕变特性的试验研究

为研究猕猴桃压缩力学行为,对其进行了压缩试验,得到了力-变形曲线,分析了压缩过程中的变形行为。结果表明,不同的加载速率影响破裂栽荷的大小和变形特征;随着加载速率的增加,破裂载荷有所增大;在力～变形曲线上有明显的锯齿流变现象,锯齿频率和应力变化幅度受应变率的影响。同时通过压缩试验对猕猴桃的蠕变行为进行了分析,给出了蠕变一时间曲线。该研究可为猕猴桃的运输、加工、贮藏等提供重要的力学参数。     

油菜茎秆径向压缩特性试验研究

[目的]为了研究油菜茎秆在脱粒过程中的破碎机理,寻找减少油菜脱粒过程中茎秆破碎的控制策略.[方法]利用微机控制万能材料试验机对油菜茎秆进行径向全压缩和局部压缩试验.对油菜茎秆的径向弹性系数和力学特性进行了测量,对不同曲率半径压头对油菜茎秆局部压缩力学特性的影响进行了研究.[结果]试验结果表明,油菜茎秆径向压缩屈服之前有一个线弹性阶段,茎秆受力与形变表现出良好的线性关系,油菜茎秆径向截面弹性系数为kτ=(1.14±0.16)N/mm;油菜茎秆局部压缩试验中油菜中部主茎秆的屈服极限平均值为150.55 N;通过对油菜茎秆全压缩试验和局部压缩试验对比发现,全压缩试验中油菜茎秆直接被压溃,无明显屈服阶段,茎秆的破碎主要是由于所受载荷超过了茎秆纤维层之间的约束力,其裂痕方向与茎秆轴向平行;油菜茎秆局部压缩试验中,不同曲率半径的压头对茎秆径向压缩受力影响显著,茎秆在相同形变下,曲率半径越大,茎秆受力越大.[结论]建立了油菜茎秆径向压缩理论计算模型,对油菜茎秆所受径向压力的实测值与理论模型计算值对比,发现理论值与实际值的增长趋势一致,验证了该茎秆受力计算模型的可行性.     

油菜茎秆径向压缩特性试验研究

[目的]为了研究油菜茎秆在脱粒过程中的破碎机理,寻找减少油菜脱粒过程中茎秆破碎的控制策略.[方法]利用微机控制万能材料试验机对油菜茎秆进行径向全压缩和局部压缩试验.对油菜茎秆的径向弹性系数和力学特性进行了测量,对不同曲率半径压头对油菜茎秆局部压缩力学特性的影响进行了研究.[结果]试验结果表明,油菜茎秆径向压缩屈服之前有一个线弹性阶段,茎秆受力与形变表现出良好的线性关系,油菜茎秆径向截面弹性系数为kτ=(1.14±0.16)N/mm;油菜茎秆局部压缩试验中油菜中部主茎秆的屈服极限平均值为150.55 N;通过对油菜茎秆全压缩试验和局部压缩试验对比发现,全压缩试验中油菜茎秆直接被压溃,无明显屈服阶段,茎秆的破碎主要是由于所受载荷超过了茎秆纤维层之间的约束力,其裂痕方向与茎秆轴向平行;油菜茎秆局部压缩试验中,不同曲率半径的压头对茎秆径向压缩受力影响显著,茎秆在相同形变下,曲率半径越大,茎秆受力越大.[结论]建立了油菜茎秆径向压缩理论计算模型,对油菜茎秆所受径向压力的实测值与理论模型计算值对比,发现理论值与实际值的增长趋势一致,验证了该茎秆受力计算模型的可行性.     

压缩速度对农业物料压缩过程影响的试验研究

以改造后的9KG-350型液压式高密度捆草机为试验装置,利用变频控制和测试技术,将摘穗后含水率为60%的玉米秸秆进行压缩试验研究。根据试验数据,分析在一个压缩过程中压缩速度的变化、压缩速度对压缩过程各参量的影响,以此确定在一个压缩过程中合理压缩速度的变化规律,为压缩理论的充实和压缩设备的优化设计提供理论依据。     

巨菌草茎秆的压缩力学特性

采用复合材料弹性力学参数试验方法,对巨菌草茎秆和木质部的轴向压缩和径向压缩的力学特性进行了研究.通过数据分析得到巨菌草茎秆力学模型的全部弹性参数,并利用ANSYS进行静力学仿真分析.结果表明:巨菌草茎秆压缩试验得到的力学弹性参数与木质部压缩试验得到的力学弹性参数没有显著性差异,即茎秆的承载作用与木质部相近;茎秆的径向压缩弹性模量和最大抗压强度均比轴向压缩弹性模量和最大抗压强度小得多.     

苎麻茎秆轴向压缩力学试验与分析

采用复合材料力学弹性参数测试的试验方法,利用WDW 10微机控制电子万能试验机对苎麻木质部和茎秆整体的整秆进行了轴向压缩力学特性的研究。试验结果表明：中苎一号品种苎麻木质部整秆的轴向压缩弹性模量平均值为241.93 MPa,最大抗压强度平均值为12.61 MPa,茎秆整秆的轴向压缩弹性模量平均值为304.85 MPa,最大抗压强度平均值为12.58 MPa;木质部和茎秆整体的弹性模量和抗压强度没有显著差异,茎秆复合中木质部和韧皮部靠自身粘附力在表层粘结,其粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移,在压缩试验中,表现更多为木质部的承载作用。     

芋头压缩和剪切特性试验研究

【目的】降低芋头在收获和运输过程中的损坏.【方法】以山东小芋头‘8520’品种为试验材料,用快速卤素水分测定仪测芋头的含水率,利用TMS-PRO质构仪对芋头样品进行压缩,分析计算得出芋头的弹性模量参数,利用微机控制电子万能试验机,对整块芋头在4种不同加载速率下,进行不同加载方向的压缩和剪切试验,测得加载力-位移曲线,运用SPSS软件分析力学特性变化规律.【结果】湿基含水率为77.73%的芋头,弹性模量为3.78 MPa,整块芋头在压缩状态下,加载方向和加载速率对芋头破裂力有极显著影响,芋头损伤的最小破裂力为433.7 N;整块芋头在剪切状态下,加载方向和加载速率对剪断力无显著性影响,芋头损伤的最小切断力为328.4 N.【结论】试验分析结果可为芋头的机械化收获、运输等提供理论依据.     

水葫芦压缩打包机设计与工艺参数优化

针对水葫芦容积密度小、含水率高,不利于资源化利用的问题,研制了一种基于液压打包原理的水葫芦压缩打包机,确定了压缩装置、出料装置等零部件的主要结构参数,完成了控制系统的硬件搭建与软件编程。为探究机器运行参数对压缩打包工艺性能的影响,以喂入量、切碎度、保压时间为试验因素,以打包密度、产量、含水率为指标,采用综合评分法,通过单因素试验和正交试验确定各因素的最优工艺参数组合。试验结果表明,当喂入量为7.0±0.1 kg,切碎度为6.75±2.25,保压时间为10 s时,水葫芦压缩打包工艺性能最优,打包密度为446.6 kg/m3,产量为238.8 kg/h,含水率为91.27%,综合得分0.941,上述结果可为水葫芦压缩打包机设计与工艺参数优化提供参考依据。     

颗粒饲料力学特性试验研究

为了探究颗粒饲料力学特性,采集饲料企业生产的猪、禽和水产三大类配合饲料作为试验样品,对单颗粒饲料分别进行了轴向压缩、径向压缩和剪切试验。在三种不同的测试方式下水产配合饲料极限强度最大,禽配合饲料次之,猪配合饲料最小;随着长径比的增加,径向压缩极限抗张强度和剪切极限抗剪强度变化不大,轴向压缩极限抗压强度随着长径比的增加有减小的趋势;配合饲料的极限强度随着含水率的增加,均存在先增加后减少的趋势,极限强度存在最大值;饲料类别、测试方式和含水率对极限强度有显著影响。采用Design-expert设计响应曲面法,得到目标载荷和保压时间与含粉率之间的响应曲面关系。结果表明,颗粒配合饲料的含粉率与载荷和保压时间之间存在线性关系,目标载荷和保压时间对含粉率均有显著影响,且载荷比保压时间对含粉率的影响更显著。     

裸燕麦籽粒压缩力学性能试验及破裂生成规律分析

为降低裸燕麦籽粒在机械收获、播种、干燥、运输及加工等过程中的机械损伤,掌握裸燕麦籽粒压缩力学特性及其破裂生成规律,以白燕2号裸燕麦为研究对象,在CTM2050型微机控制电子万能材料试验机上,对其籽粒进行了压缩力学性能试验,测得6个含水率下的裸燕麦籽粒在X轴、Y轴及Z轴三个方位加载下的屈服载荷,并观察籽粒在受压过程中破裂的生成规律。试验结果表明:沿同一方位压缩时,屈服载荷随含水率的升高而降低,如沿X轴方位对籽粒压缩时,籽粒含水率由11.97%升高至26.97%,而籽粒的屈服载荷则由29.33N降低至18.80N;在同一含水率下,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷最大,Z轴压缩时次之,Y轴压缩时最小,如籽粒含水率为11.97%,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷为29.33N,沿Z轴压缩时为28.02N,沿Y轴压缩时为13.72N;压缩方位相同,裸燕麦籽粒受到压缩力作用产生破裂的基本规律大致相同;压缩方位不同,裸燕麦籽粒破裂方向一致,均沿长度(L)方向破裂,但是破裂位置不同。沿X轴方位压缩,破裂位置出现在背面以及腹面边缘处;沿Y轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线处;沿Z轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线及背面边缘处。研究结果为裸燕麦机械化收获、播种及相关加工机械的设计、开发、参数优化提供理论依据。     

玉米籽粒质构穿刺与原位压缩力学特性研究

[目的]探索一种测试玉米籽粒力学性质的新方法,建立一种物料力学研究新方法。[方法]对玉米籽粒分别进行传统穿刺试验和原位压缩试验,在不同加载速率(0.02、0.06、0.10 mm/s)及不同含水率(11.37%、13.86%、14.78%、16.13%、18.48%)下对各部位穿刺力学参数进行显著性和变异系数分析。[结果]加载速率0.02 mm/s、含水率14.78%的穿刺组试验结果最稳定;稳定组的原位压缩试验的最大破裂力、弹性模量和总功在某些部位与传统穿刺力学参数有较好的相关性,原位压缩破裂力和总功与传统穿刺的部分力学参数间存在极强的相关性。在验证了原位压缩试验可行的基础上,对原位裂纹图像分析可以更清晰地观察裂纹的形貌及扩展。[结论]原位压缩测试结果与传统穿刺力学参数间具有较好的相关性,原位压缩测试可代替传统穿刺测试。     

尺寸效应对岩石单轴压缩试验影响研究

为探究尺寸效应对小尺寸岩样单轴压缩试验的影响规律,通过在室内伺服试验机上对直径25 mm,不同长度的花岗岩岩样进行单轴压缩试验,研究尺寸效应对小尺寸花岗岩岩石力学参数以及破坏形式的影响规律。试验结果表明,随着长径比增加,岩样表现出抗压强度和泊松比逐渐减小,弹性模量增加的趋势。其中,多项式模型较为适合小尺寸岩样尺寸效应强度模型;不同长径比岩样的单轴压缩试验应力-应变曲线加载趋势不同,其峰值应变随着长径比的增加而减小;随着长径比的增加,岩石破坏形式从脆性剪切破坏转变为剪切破坏,最后逐步变为脆性破坏,岩样破坏面数量与角度出现规律性变化。当长径比在1.1～2.2时,岩样破坏形式遵循相同的破坏准则,通过拟合公式推导不同长径比岩样的力学参数存在可行性;岩石单轴试验破坏过程中的能量与长径比呈负相关,且当长径比在1.9～2.2时,各能量变化幅度趋于平缓,岩样破坏形式较为统一,其强度在数值上表现的差异性较小,可作为小尺寸岩样单轴试验的最佳长径比。     

青贮秸秆高压缩比打包机压缩装置的设计与试验

针对目前青玉米秸秆或半青玉米秸秆粉碎后采用传统青贮方式密实度小、厌氧程度低、氨化不足、易腐烂变质、不便密封等缺点,设计了一种适用于青贮秸秆高压缩比的打包机。对打包机的关键部件压缩装置预先进行4、5、6倍等 3种压缩比的压缩成型试验,并经过正交设计及多水平分析,确定打包机最优压缩比为1∶6。基于提高打包成型率的质量目标,确定压缩箱采用2个液压油缸开闭加料活动盖板,2个主液压油缸对压进行压缩,1个液压油缸推出及保压箱保压等技术完成压缩和保压成型;根据物料压缩后由于应力松弛,存在一定程度膨胀和回弹的特性,进行设计性试验。确定打包机保压箱长、宽、高分别为600、300、365 mm。经过校验后的压缩装置实现内部有效工作区间长、宽、高分别为1 800、600、365 mm,实现体积压缩达到6∶1的较高压缩比,极大改善了青贮秸杆厌氧条件并提高了其氨化程度。     

荔枝整果压缩力学特性试验

为减少机械损伤,水果采摘机械的设计与控制需充分考虑水果整体力学特性。对荔枝整果进行压缩试验,分析研究荔枝在压缩载荷下的变形规律和重复加载时其刚度的变化,根据Hertz接触理论求得整体荔枝压缩时弹性模量与变形量的关系曲线,通过对试验曲线的拟合求得荔枝刚度与变形的二次关系式。试验范围内得到的荔枝果壳破裂力为30～40N,其受载时趋于稳定的刚度值为6.3954×103N/m。该研究为采摘机械的设计、减少采摘损伤控制最小的载荷提供了参考依据。     

农田残膜压缩成型的参数优化

针对机械回收后农田残膜集条(堆)质地松散、储运本成本高,为残膜二次回收利用带来巨大困难的问题,采用多因素正交试验方法,以残膜成型块松弛比和比能耗为试验指标,压缩力、保压时间、含土率和含水率为影响因子,对影响残膜压缩成型各因素及其影响规律进行研究,建立并分析了各影响因素与残膜成型块松弛比和比能耗的回归模型。试验结果表明:影响残膜成型块松弛比的主次参数依次为:压缩力含土率保压时间含水率;影响残膜压缩过程比能耗的主次参数依次为:压缩力保压时间,含土率和含水率对残膜压缩比能耗影响不显著。残膜压缩成型作业最优参数取值为:压缩力13.3 MPa、保压时间25 s、含土率53.9%、含水率16.7%,可得到残膜成型块松弛比为1.321,比能耗为26.92 J/g。研究结果可对后续农田残膜压包成型机具的设计及作业参数优化提供理论依据。