【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,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)量與一些先進國家仍有較大差距。其中在收獲過程中的機械損傷嚴重是導(dǎo)致我國馬鈴薯質(zhì)量低的重要原因之一,收獲過程中的機械損傷會導(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)外對于機械損傷的研究主要從物料特性以及針對相關(guān)收獲機械方面入手,針對我國廣泛使用的升運鏈式馬鈴薯收獲機,開展如何減輕馬鈴薯機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,本研究對升運鏈式馬鈴薯收獲機上的機械損傷產(chǎn)生機理進行探究,確定馬鈴薯在收獲過程中易產(chǎn)生機械損傷的部位,對損傷過程進行運動學(xué)分析以及碰撞力學(xué)分析,并對馬鈴薯與升運鏈桿條的碰撞模型進行了有限元仿真分析,針對影響機械損傷的因素設(shè)計了相應(yīng)試驗。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)升運鏈式馬鈴薯收獲機的作業(yè)特點確定易發(fā)生機械損傷的部位,即馬鈴薯在一級升運鏈末端掉落至二級升運鏈處和二級升運鏈上被拋起而掉落至二級升運鏈處,以及升運結(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行運動學(xué)分析以及碰撞過程中的力學(xué)分析,確定影響馬鈴薯機械損傷的影響因素。(3)通過對馬鈴薯損傷過程的運動特性和碰撞力學(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)建立馬鈴薯與升運鏈桿條的有限元模型,以常規(guī)升運鏈式馬鈴薯收獲機的作業(yè)參數(shù)為初始條件,運用Hyper Works聯(lián)合LS-DYNA對有限元模型進行計算,對仿真計算結(jié)果進行分析。(4)設(shè)計試驗臺并按照國外學(xué)者對于機械損傷的測定標準進行臺架試驗,以理論分析得出的機具前進速度、升運鏈線速度、升運鏈傾角和跌落高度為試驗因素,以損傷面積標準值和損傷深度標準值為試驗指標,采用二次回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗的方法進行試驗研究,對試驗結(jié)果進行回歸分析,并對作業(yè)參數(shù)進行優(yōu)化,以減輕馬鈴薯機械損傷的情況。并進行基于電子馬鈴薯的驗證試驗,驗證上述作業(yè)參數(shù)組合可以改善機械損傷情況。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)生機械損傷部位的運動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鏈式馬鈴薯收獲機上產(chǎn)生機械損傷的影響因素,分別是機具前進速度、升運鏈傾角、下落高度、升運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)計針對升運鏈式馬鈴薯收獲機的機械損傷試驗裝置。(3)通過臺架試驗驗證了影響馬鈴薯機械損傷的因素,得出優(yōu)化后的升運鏈式馬鈴薯收獲機的相關(guān)參數(shù)可以減輕馬鈴薯機械損傷情況。試驗臺試驗確定了最佳的作業(yè)參數(shù),當機具前進速度為1.0m/s,二級升運鏈線速度為1.5m/s,二級升運鏈傾角為14°,二級升運鏈處馬鈴薯跌落高度為180mm,二級升運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的損傷面積標準值和損傷深度標準值均優(yōu)于傳統(tǒng)作業(yè)參數(shù)下的馬鈴薯損傷情況,驗證馬鈴薯機械損傷機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)減輕馬鈴薯機械損傷情況的要求。本文的相關(guān)研究為升運鏈式馬鈴薯收獲機的機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】：

對薯塊碰撞的各個過程進行力學(xué)和運動學(xué)分析，對和有限元分析以證實理論分析的可行性，試驗分析收獲機各，得到升運鏈式馬鈴薯收獲機減少損傷的最佳作業(yè)參數(shù)組合損傷的損傷機理，為升運鏈式馬鈴薯收獲機優(yōu)化作業(yè)方式提研究現(xiàn)狀馬鈴薯機械損傷的研究主要從兩個方面開展：一方面是從農(nóng)薯生物力學(xué)特性進行損傷分析，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械分析機械損傷產(chǎn)生情況。料特性的損傷研究概況性屬于物理學(xué)范疇[13]，主要集中于四個方面，即：農(nóng)業(yè)物料特性和光學(xué)特性。其中與機械損傷聯(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。在馬鈴薯機械損傷方面的研究主流變特性。

以便控制溫度減少機械收獲中的損傷，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)的不同貯藏時間段內(nèi)的馬鈴薯塊莖進行取樣，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)受貯藏時間影響較為明顯[20]。20dam Zdunek 等學(xué)者表明：對于易受機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，提出了一種被動聲發(fā)射的方法，對馬鈴薯塊形試樣進行了壓縮試驗并檢測其生物屈服點前后的聲發(fā)射信號，試驗結(jié)果與單株模型的比較表明，細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 個不同的馬鈴薯品種，在低溫條件下，不同品種和貯藏時間對馬鈴學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，2 個品種表現(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的力學(xué)性能及流變選取 2 個不同品種分別制成芯部試樣和表皮試樣，并進行靜載壓縮試驗對比其力線，以變形度、破裂力和破裂時的變形作為評價指標，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