【摘要】：馬鈴薯是僅次于小麥、水稻和玉米的全球第四大重要糧食作物,并且隨著馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的啟動(dòng),我國馬鈴薯種植得到了足夠多的重視。我國馬鈴薯種植面積位居世界第一,但馬鈴薯的質(zhì)量與一些先進(jìn)國家仍有較大差距。其中在收獲過程中的機(jī)械損傷嚴(yán)重是導(dǎo)致我國馬鈴薯質(zhì)量低的重要原因之一,收獲過程中的機(jī)械損傷會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯在后續(xù)加工貯存等過程中產(chǎn)生較大影響。目前國內(nèi)外對于機(jī)械損傷的研究主要從物料特性以及針對相關(guān)收獲機(jī)械方面入手,針對我國廣泛使用的升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī),開展如何減輕馬鈴薯機(jī)械損傷的研究成為了提升馬鈴薯質(zhì)量的關(guān)鍵。因此,針對上述問題,本研究對升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)上的機(jī)械損傷產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行探究,確定馬鈴薯在收獲過程中易產(chǎn)生機(jī)械損傷的部位,對損傷過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及碰撞力學(xué)分析,并對馬鈴薯與升運(yùn)鏈桿條的碰撞模型進(jìn)行了有限元仿真分析,針對影響機(jī)械損傷的因素設(shè)計(jì)了相應(yīng)試驗(yàn)。主要內(nèi)容如下:(1)針對特定馬鈴薯品種對馬鈴薯的基本參數(shù)進(jìn)行測定,包括基本物理參數(shù)和基本力學(xué)參數(shù),確定馬鈴薯塊莖的外形尺寸特性以及薯皮和薯塊的力學(xué)特性,其中基本物理參數(shù)包括軸向尺寸、形狀指數(shù)和曲率半徑的測量;基本力學(xué)參數(shù)包括馬鈴薯塊莖的壓縮特性以及薯皮的拉伸特性。(2)根據(jù)升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)確定易發(fā)生機(jī)械損傷的部位,即馬鈴薯在一級升運(yùn)鏈末端掉落至二級升運(yùn)鏈處和二級升運(yùn)鏈上被拋起而掉落至二級升運(yùn)鏈處,以及升運(yùn)結(jié)束后掉落至田間或掉落至集裝箱的過程,以此過程作為研究對象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及碰撞過程中的力學(xué)分析,確定影響馬鈴薯機(jī)械損傷的影響因素。(3)通過對馬鈴薯損傷過程的運(yùn)動(dòng)特性和碰撞力學(xué)特性的分析,以測定的馬鈴薯物理參數(shù)和力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)建立馬鈴薯與升運(yùn)鏈桿條的有限元模型,以常規(guī)升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)參數(shù)為初始條件,運(yùn)用Hyper Works聯(lián)合LS-DYNA對有限元模型進(jìn)行計(jì)算,對仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。(4)設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺并按照國外學(xué)者對于機(jī)械損傷的測定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行臺架試驗(yàn),以理論分析得出的機(jī)具前進(jìn)速度、升運(yùn)鏈線速度、升運(yùn)鏈傾角和跌落高度為試驗(yàn)因素,以損傷面積標(biāo)準(zhǔn)值和損傷深度標(biāo)準(zhǔn)值為試驗(yàn)指標(biāo),采用二次回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)的方法進(jìn)行試驗(yàn)研究,對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析,并對作業(yè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以減輕馬鈴薯機(jī)械損傷的情況。并進(jìn)行基于電子馬鈴薯的驗(yàn)證試驗(yàn),驗(yàn)證上述作業(yè)參數(shù)組合可以改善機(jī)械損傷情況。相關(guān)研究結(jié)果:(1)對馬鈴薯基本參數(shù)測定結(jié)果為:尤金885馬鈴薯品種軸向尺寸范圍在長度60-90mm,寬度55-68mm,厚度47-60mm內(nèi),形狀指數(shù)處于范圍0.75-0.89內(nèi),其頂部對應(yīng)的曲率半徑平均值為18.53mm,腰部對應(yīng)的曲率半徑平均值為43.22mm,底部對應(yīng)的曲率半徑平均值為19.41mm;試驗(yàn)測得尤金885馬鈴薯品種的薯塊的彈性模量為5.13MPa,薯塊的泊松比為0.47,極限壓力為384.8N,極限壓應(yīng)力為0.96MPa;薯皮的極限拉斷力為8.04N,極限拉應(yīng)力為0.358MPa。后續(xù)研究將在此基礎(chǔ)上展開。(2)通過對馬鈴薯可能產(chǎn)生機(jī)械損傷部位的運(yùn)動(dòng)特性分析以及碰撞過程中的力學(xué)分析確定了影響針對升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)上產(chǎn)生機(jī)械損傷的影響因素,分別是機(jī)具前進(jìn)速度、升運(yùn)鏈傾角、下落高度、升運(yùn)鏈線速度以及薯塊自身的質(zhì)量;并通過上述影響因素設(shè)計(jì)針對升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)的機(jī)械損傷試驗(yàn)裝置。(3)通過臺架試驗(yàn)驗(yàn)證了影響馬鈴薯機(jī)械損傷的因素,得出優(yōu)化后的升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)的相關(guān)參數(shù)可以減輕馬鈴薯機(jī)械損傷情況。試驗(yàn)臺試驗(yàn)確定了最佳的作業(yè)參數(shù),當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度為1.0m/s,二級升運(yùn)鏈線速度為1.5m/s,二級升運(yùn)鏈傾角為14°,二級升運(yùn)鏈處馬鈴薯跌落高度為180mm,二級升運(yùn)鏈末端馬鈴薯跌落高度為150mm,馬鈴薯與桿條碰撞和與平面碰撞時(shí)的損傷面積標(biāo)準(zhǔn)值和損傷深度標(biāo)準(zhǔn)值均優(yōu)于傳統(tǒng)作業(yè)參數(shù)下的馬鈴薯損傷情況,驗(yàn)證馬鈴薯機(jī)械損傷機(jī)理研究的合理性以及作業(yè)參數(shù)優(yōu)化的合理性,滿足通過優(yōu)化作業(yè)參數(shù)減輕馬鈴薯機(jī)械損傷情況的要求。本文的相關(guān)研究為升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)的機(jī)械損傷原理研究和作業(yè)參數(shù)優(yōu)化提供了新思路和新方法,為馬鈴薯機(jī)械損傷的研究提供了理論支持和技術(shù)參考。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S225.71
【圖文】：

對薯塊碰撞的各個(gè)過程進(jìn)行力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，對和有限元分析以證實(shí)理論分析的可行性，試驗(yàn)分析收獲機(jī)各，得到升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)減少損傷的最佳作業(yè)參數(shù)組合損傷的損傷機(jī)理，為升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)優(yōu)化作業(yè)方式提研究現(xiàn)狀馬鈴薯機(jī)械損傷的研究主要從兩個(gè)方面開展：一方面是從農(nóng)薯生物力學(xué)特性進(jìn)行損傷分析，在這方面，主要從馬鈴薯塊等生物力學(xué)特性方面探究馬鈴薯的損傷情況；另一方面是用馬鈴薯收獲機(jī)械分析機(jī)械損傷產(chǎn)生情況。料特性的損傷研究概況性屬于物理學(xué)范疇[13]，主要集中于四個(gè)方面，即：農(nóng)業(yè)物料特性和光學(xué)特性。其中與機(jī)械損傷聯(lián)系的最為密切的即為農(nóng)特性、力學(xué)特性和物料的流體動(dòng)力特性，表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)物料在程中受力而體現(xiàn)出的特性。在馬鈴薯機(jī)械損傷方面的研究主流變特性。

以便控制溫度減少機(jī)械收獲中的損傷，得出較低溫度和較高應(yīng)變率下組降低，以及馬鈴薯塊莖莖端要比芽端硬度高的結(jié)論[17-19]。2000 年，Alvarez M D 冷藏 140 天內(nèi)的不同貯藏時(shí)間段內(nèi)的馬鈴薯塊莖進(jìn)行取樣，測定其單軸壓縮、剪切伸、應(yīng)力松弛、蠕變特性等參數(shù)，得出馬鈴薯塊莖的壓縮能量、最大剪切力、縱度、最大拉伸變形、應(yīng)力松弛參數(shù)和含水量等參數(shù)受貯藏時(shí)間影響較為明顯[20]。20dam Zdunek 等學(xué)者表明：對于易受機(jī)械損傷的水果和蔬菜，微觀和宏觀的組織開色和味道發(fā)生變化，從而質(zhì)量下降，提出了一種被動(dòng)聲發(fā)射的方法，對馬鈴薯塊形試樣進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)并檢測其生物屈服點(diǎn)前后的聲發(fā)射信號，試驗(yàn)結(jié)果與單株模型的比較表明，細(xì)胞壁開裂是壓縮植物組織聲發(fā)射信號的來源[21]。2006 年ntini 等學(xué)者對 2 個(gè)不同的馬鈴薯品種，在低溫條件下，不同品種和貯藏時(shí)間對馬鈴學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，2 個(gè)品種表現(xiàn)出不同的生物力學(xué)特性并隨著貯藏天數(shù)物力學(xué)特性也表現(xiàn)出不同[22]。991 年，雷得天、馬小愚等學(xué)者研究了馬鈴薯塊莖組織在損傷時(shí)的力學(xué)性能及流變選取 2 個(gè)不同品種分別制成芯部試樣和表皮試樣，并進(jìn)行靜載壓縮試驗(yàn)對比其力線，以變形度、破裂力和破裂時(shí)的變形作為評價(jià)指標(biāo)，并以相應(yīng)的流變學(xué)模型來品種、相同品種不同部位的差異：品種東農(nóng) 303 為三參數(shù)廣義 Maxwell 模型和品2 為五參數(shù)廣義 Maxwell 模型，如圖 1-2 所示[23]。

技術(shù)路線

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5 康t

本文編號：2753737