基于离散元法的切振共作深松机作业性能仿真分析及试验

针对深松装备应用于西南丘陵紫色土时存在作业阻力大、松土质量差、功耗高的问题,该研究提出切振共作深松方式并设计了一种切振共作深松机。运用离散元软件对非振动深松机和切振共作深松机在相同参数下进行仿真。仿真结果显示,切振共作方式能够有效减少深松机的耕作阻力。通过单因素试验得到切振共作深松机的最佳作业速度区间为0.9~1.1 m/s,最佳振动频率区间为9~15 Hz;通过正交试验得出深松作业最佳参数为:作业速度0.96 m/s、耕作深度300.24 mm、振动频率11.43 Hz。为了测试切振共作深松机的实际减阻性能,结合仿真结果并参考深松作业最佳参数,设置拖拉机前进速度1.0 m/s,作业深度为300 mm,振动频率为9、12和15 Hz,进行田间试验。结果表明:在相同速度和耕深条件下,切振共作深松机相较于非振动深松机均有明显的减阻效果,耕作阻力降低15.43%~37.56%;功耗降低8.87%~32.32%,在振动频率为12 Hz时,减阻效果最佳,耕作阻力降低37.56%,功耗降低32.32%,土壤坚实度降低74.11%,土壤扰动系数为56.32%,深松深度为30.9 cm,深松深度稳定性系数为98.16%,深松深度及其稳定性符合行业标准。切振共作深松机减阻降耗效果明显,可为振动深松机的优化设计提供参考。

脐橙挤压损伤力学特性及其参数辨识方法

针对脐橙在采收及运输过程中受到外部载荷挤压所造成的损伤问题,该研究对脐橙受压形变过程展开试验,分析不同压缩尺度对脐橙损伤程度的影响,探究脐橙挤压损伤大小的参数辨识方法。通过对脐橙在横向、纵向和斜向的抗压强度试验,获得脐橙3个方向的载荷-位移曲线,确定准静态压缩试验的前置条件。在此基础上,研究脐橙在不同压缩位移条件下的损伤规律,通过测量脐橙在横向压缩前后受压方向上的尺寸变化得出脐橙挤压恢复系数;然后采用石蜡切片观察脐橙受压处果皮组织微观结构变化;并将压缩试验后的脐橙样品置于室温条件下避光贮藏,定期测量其质量损失率。结果表明:脐橙的横向压缩极限载荷均值小于纵向和斜向的载荷均值,当对脐橙施加横向压缩载荷时,果实挤压恢复系数在压缩位移达到12.5 mm时,脐橙挤压恢复系数显著降低,果皮油胞破裂,贮藏期内质量损失显著增大;而当压缩位移不超过10 mm时,果实挤压恢复系数接近于0.75,且果皮油胞完好无损,即脐橙果实几乎无损伤。通过试验和有限元仿真相结合的方法,分析了脐橙在不同压缩尺度下果皮及果肉的应力分布,仿真结果表明:脐橙果肉组织在12.5 mm压缩尺度下的应力已非常接近极限屈服应力,外部载荷对果肉组织先造成不可逆的塑性变形,验证了脐橙准静态压缩试验的准确性。因此,为确保脐橙在采运过程中不造成损伤,则脐橙受挤压形变范围应控制在10 mm以内,所受外载荷不超过63.24 N。该研究结果可为脐橙采运过程中的减损设计及采后储藏方式提供参考。