小麦机械脱粒降损增效机理及其关键部件仿生研究
发布时间：2023-03-02 18:41
小麦是主要粮食作物,机械化收获产生的小麦籽粒损失和损伤严重影响粮食产量和质量,创新小麦脱粒原理、革新小麦脱粒部件是推动小麦收获机械降损增效技术升级的关键。自然界中的生物经过亿万年的进化,形成了对物料的低损伤、高效率的接触特性,为解决小麦降损增效脱粒提供了天然生物模本。本文基于小麦的物料属性和机械脱粒界面特征,以黄牛舌部乳突结构的界面接触力学特性为仿生依据,进行仿生脱粒机理及其关键部件研究,具有重要的科学意义和技术价值。小麦的几何特征和力学特性是研究脱粒界面接触特征的基础。本文研究发现,颖壳和籽粒形成麦穗单元,多个麦穗单元关于穗轴交错叠加排列,形成具有规则形貌的接触表面;麦穗与金属板的静摩擦因数为0.536,与硅胶板的静摩擦因数为0.670;茎秆下部的拉伸强度最大,中部次之,上部最小,茎秆拉伸的非线性特点突出,穗轴的拉伸强度从下向上逐渐减小。本文通过建立机械脱粒界面几何模型发现,在冲击、揉搓、梳刷及碾压等脱粒工艺下,脱粒部件通过能量传递使麦穗单元克服与穗轴的生物连接力,实现脱落;脱粒界面的接触方式不同,产生的脱粒效果不同,其中,冲击脱粒界面的效率最高,造成的籽粒损伤率和损失率最大,揉搓脱...
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 小麦收获技术与装备研究现状
1.2.2 仿生农业机械研究现状
1.2.3 谷物收获降损增效研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 小麦物料属性及脱粒界面特性
2.1 小麦物料属性
2.1.1 小麦几何特征
2.1.2 小麦摩擦特性
2.1.3 小麦拉伸特性
2.2 脱粒界面接触模型及其特性
2.2.1 冲击脱粒接触模型及其特性
2.2.2 揉搓脱粒接触模型及其特性
2.2.3 梳刷脱粒接触模型及其特性
2.2.4 碾压脱粒接触模型及其特性
2.3 界面属性对脱粒性能的影响
2.3.1 界面接触与受力方式
2.3.2 脱粒间隙与运动方式
2.3.3 物料属性与分离方式
2.4 本章小结
第3章 牛舌表面低损高效接触力学研究
3.1 牛舌表面接触功能与形貌特征
3.1.1 牛舌表面物料接触功能
3.1.2 黄牛舌部表面形貌特征
3.2 舌尖与物料的界面形成机制
3.2.1 界面边界条件的确定
3.2.2 界面形成与几何模型构建
3.2.3 舌尖与物料的界面特征
3.3 舌尖与物料的界面接触力学模型
3.3.1 接触产生机制与赫兹模型
3.3.2 接触扩展机制与断裂模型
3.3.3 接触稳定机制与静力模型
3.3.4 接触分解机制与粘着模型
3.4 舌尖与物料的界面动力学模型
3.4.1 界面运动边界条件
3.4.2 界面运动中合力模型及其规律
3.4.3 界面运动中碰撞模型及其规律
3.5 牛舌低损高效界面接触机制
3.5.1 高效能界面接触机制
3.5.2 低损伤界面接触机制
3.5.3 低损高效接触界面的影响因素
3.6 本章小结
第4章 小麦机械脱粒仿生降损增效机理
4.1 仿生脱粒界面接触机制
4.1.1 仿生脱粒界面形成机制
4.1.2 仿生脱粒界面形态耦合机制
4.1.3 仿生脱粒界面刚柔耦合机制
4.1.4 仿生脱粒界面接触力学模型
4.2 仿生脱粒界面运动机制
4.2.1 仿生脱粒界面单层运动
4.2.2 仿生脱粒界面多层运动
4.3 仿生脱粒降损增效机理
4.3.1 仿生形态的增效脱粒机制
4.3.2 仿生结构的降损脱粒机制
4.3.3 耦合仿生降损增效脱粒原理
4.4 本章小结
第5章 小麦机械脱粒关键部件仿生设计及优化
5.1 齿形仿生设计及优化
5.1.1 齿形关键参数确定
5.1.2 齿形仿生设计
5.1.3 仿生齿形仿真及优化
5.2 仿生齿形试验台设计
5.2.1 仿生齿形试验台总体设计
5.2.2 仿生齿形夹具设计
5.2.3 试验台传动系统设计
5.3 仿生弓齿设计及仿真
5.3.1 仿生弓齿结构设计
5.3.2 仿生弓齿高效脱粒仿真
5.3.3 仿生弓齿降损脱粒仿真
5.4 仿生弓齿试验台设计
5.4.1 仿生弓齿试验台结构设计
5.4.2 试验台传动系统设计
5.5 本章小结
第6章 小麦仿生降损增效脱粒台架试验
6.1 仿生齿形增效脱粒试验
6.1.1 试验方案设计
6.1.2 试验结果分析
6.1.3 回归方程建立
6.1.4 仿生齿形增效脱粒规律
6.2 仿生弓齿降损增效脱粒试验
6.2.1 试验方案设计
6.2.2 试验结果分析
6.2.3 回归方程建立
6.2.4 仿生弓齿降损增效脱粒规律
6.3 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
作者简介及攻读博士学位期间科研成果
致谢
本文编号：3752427
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 小麦收获技术与装备研究现状
1.2.2 仿生农业机械研究现状
1.2.3 谷物收获降损增效研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 小麦物料属性及脱粒界面特性
2.1 小麦物料属性
2.1.1 小麦几何特征
2.1.2 小麦摩擦特性
2.1.3 小麦拉伸特性
2.2 脱粒界面接触模型及其特性
2.2.1 冲击脱粒接触模型及其特性
2.2.2 揉搓脱粒接触模型及其特性
2.2.3 梳刷脱粒接触模型及其特性
2.2.4 碾压脱粒接触模型及其特性
2.3 界面属性对脱粒性能的影响
2.3.1 界面接触与受力方式
2.3.2 脱粒间隙与运动方式
2.3.3 物料属性与分离方式
2.4 本章小结
第3章 牛舌表面低损高效接触力学研究
3.1 牛舌表面接触功能与形貌特征
3.1.1 牛舌表面物料接触功能
3.1.2 黄牛舌部表面形貌特征
3.2 舌尖与物料的界面形成机制
3.2.1 界面边界条件的确定
3.2.2 界面形成与几何模型构建
3.2.3 舌尖与物料的界面特征
3.3 舌尖与物料的界面接触力学模型
3.3.1 接触产生机制与赫兹模型
3.3.2 接触扩展机制与断裂模型
3.3.3 接触稳定机制与静力模型
3.3.4 接触分解机制与粘着模型
3.4 舌尖与物料的界面动力学模型
3.4.1 界面运动边界条件
3.4.2 界面运动中合力模型及其规律
3.4.3 界面运动中碰撞模型及其规律
3.5 牛舌低损高效界面接触机制
3.5.1 高效能界面接触机制
3.5.2 低损伤界面接触机制
3.5.3 低损高效接触界面的影响因素
3.6 本章小结
第4章 小麦机械脱粒仿生降损增效机理
4.1 仿生脱粒界面接触机制
4.1.1 仿生脱粒界面形成机制
4.1.2 仿生脱粒界面形态耦合机制
4.1.3 仿生脱粒界面刚柔耦合机制
4.1.4 仿生脱粒界面接触力学模型
4.2 仿生脱粒界面运动机制
4.2.1 仿生脱粒界面单层运动
4.2.2 仿生脱粒界面多层运动
4.3 仿生脱粒降损增效机理
4.3.1 仿生形态的增效脱粒机制
4.3.2 仿生结构的降损脱粒机制
4.3.3 耦合仿生降损增效脱粒原理
4.4 本章小结
第5章 小麦机械脱粒关键部件仿生设计及优化
5.1 齿形仿生设计及优化
5.1.1 齿形关键参数确定
5.1.2 齿形仿生设计
5.1.3 仿生齿形仿真及优化
5.2 仿生齿形试验台设计
5.2.1 仿生齿形试验台总体设计
5.2.2 仿生齿形夹具设计
5.2.3 试验台传动系统设计
5.3 仿生弓齿设计及仿真
5.3.1 仿生弓齿结构设计
5.3.2 仿生弓齿高效脱粒仿真
5.3.3 仿生弓齿降损脱粒仿真
5.4 仿生弓齿试验台设计
5.4.1 仿生弓齿试验台结构设计
5.4.2 试验台传动系统设计
5.5 本章小结
第6章 小麦仿生降损增效脱粒台架试验
6.1 仿生齿形增效脱粒试验
6.1.1 试验方案设计
6.1.2 试验结果分析
6.1.3 回归方程建立
6.1.4 仿生齿形增效脱粒规律
6.2 仿生弓齿降损增效脱粒试验
6.2.1 试验方案设计
6.2.2 试验结果分析
6.2.3 回归方程建立
6.2.4 仿生弓齿降损增效脱粒规律
6.3 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
作者简介及攻读博士学位期间科研成果
致谢
本文编号：3752427
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