一种农业物料碰撞力学特性测定试验台及碰撞模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种农业物料碰撞力学特性测定试验台及碰撞模型建立方法，试验台包括木制摆臂和物料底座，木制摆臂一端固定在轴上、另一端安装力传感器和冲击头，轴一端穿过轴承座、另一端与角度编码器相连，轴承座和角度编码器均固定；物料底座上放置农业物料，且木制摆臂处于竖直位置时，冲击头恰好与农业物料接触；木制摆臂中间连接有铁片，铁片被未通电的电磁开关吸住，电磁开关可调节地安装在连接件上，连接件两端分别固定角度调节盘。该试验台可以得到农业物料在不同工况下碰撞所产生的变形与压力之间的关系，利用获取的碰撞力和变形进行碰撞建模。本发明专利技术能够真实模拟农业物料碰撞产生的力学变化。碰撞产生的力学变化。碰撞产生的力学变化。

【技术实现步骤摘要】
一种农业物料碰撞力学特性测定试验台及碰撞模型建立方法


[0001]本专利技术属于农业工程领域，具体涉及一种农业物料碰撞力学特性测定试验台及碰撞模型建立方法。

技术介绍

[0002]现阶段，马铃薯、苹果等农业物料在收获、清选、分级等环节已有相关设备，但已有分拣流水线、包装、储运机械开发过程中多依据工程技术人员的经验进行减损设计，开发的相关机具容易对果实造成二次损伤。据调研，我国马铃薯、苹果等农业物料每年在收获、清选、分级以及储藏入库过程中因机械损伤而导致的腐烂、霉变等损耗较大，造成较大的经济损失。
[0003]建立农业物料
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机器相互作用模型，预测不同工况下农业物料与机器的碰撞力学过程，进而采取相关措施，是降低机械损伤的有效措施。现有研究主要以(准)静态试验来模拟果实碰撞的过程且现有接触力学模型主要基于纯弹性或纯塑性形变为主，缺乏农业物料与机械装置之间的动态加载过程及对粘弹塑性过程状态的准确表征。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种农业物料碰撞力学特性测定试验台及碰撞模型建立方法，能准确表征农业物料碰撞的动态过程。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种农业物料碰撞力学特性测定试验台，包括：
[0007]木制摆臂，一端固定在轴上、另一端安装有力传感器；所述力传感器上安装冲击头；所述轴一端穿过轴承座、另一端与角度编码器相连，轴承座和角度编码器均固定；
[0008]物料底座，其上部放置农业物料，且木制摆臂处于竖直位置时，冲击头恰好与农业物料接触；
[0009]所述木制摆臂中间位置连接有铁片，铁片被未通电的电磁开关吸住，所述电磁开关通过连接杆可调节地安装在连接件上，所述连接件两端分别固定角度调节盘；
[0010]所述力传感器、角度编码器和电磁开关均与数字信号处理实验箱进行通信，所述数字信号处理实验箱与计算机相连。
[0011]上述技术方案中，所述物料底座固定在铝型材II一端，铝型材II另一端与铝型材I垂直固定，铝型材I固定在底板上。
[0012]上述技术方案中，所述铝型材II中间位置通过方形底座固定在底板上。
[0013]上述技术方案中，所述底板上对称固定支架I和支架II，所述支架I和支架II上部固定矩形支架，所述矩形支架上固定轴承座和角度编码器。
[0014]上述技术方案中，所述角度调节盘固定在支架I和支架II上。
[0015]上述技术方案中，所述农业物料包括但不限于水稻茎秆、小麦茎秆、苹果、马铃薯、柑橘。
[0016]上述技术方案中，对于茎秆类的农业物料，冲击头的形状为T字形，物料底座末端形状类似于V字形。
[0017]上述技术方案中，对于苹果、马铃薯、柑橘类的农业物料，冲击头的形状为球形，物料底座为L形。
[0018]一种基于农业物料碰撞力学特性测定试验台的碰撞模型建立方法，当农业物料为马铃薯时，建立的碰撞模型为：
[0019][0020]其中：E*是两个碰撞体的等效弹性模量，R
*
是两个碰撞体的等效曲率半径，δ表示接触的两个碰撞体的变形量，表示接触的两个碰撞体的变形率，A
*
表示等效耗散常数，K
h
是赫兹刚度，K
y
是弹性加载阶段的线性刚度，δ
y
表示农业物料屈服点，δ
m
表示接触的两个碰撞体的最大变形量，F
*
为碰撞力。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术的试验台能够真实模拟农业物料碰撞产生的力学变化，针对农业物料在收获、清选、储运过程中与各部位发生的碰撞具有一定的参考价值，补足了在非田间实验环境下的农业物料力学特性分析困难的问题，对收获机、分拣机具设计优化具有重要意义。
[0023](2)本专利技术的碰撞模型能够准备表征农业物料碰撞的动态过程，为后续建立离散元或有限元模型来预测果实机械损伤奠定基础。
附图说明
[0024]图1为本专利技术所述农业物料碰撞力学特性测定试验台侧视图；
[0025]图2为本专利技术所述农业物料碰撞力学特性测定试验台主视图；
[0026]图3为本专利技术所述压缩力学特性实验中马铃薯的受力和变形曲线图；
[0027]图4为本专利技术所述马铃薯的赫兹理论等效弹性模量拟合曲线图；
[0028]图5为本专利技术三种模型与实测曲线对比图；
[0029]图6为本专利技术三种模型的拟合程度示意图；
[0030]图中：1
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底板，2
‑
铝型材I，3
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铝型材II，4
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支架I，5
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支架II，6
‑
冲击头，7
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力传感器，8
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传感器底座，9
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木制摆臂，10
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角度编码器，11
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数字信号处理实验箱，12
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矩形支架，13
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物料底座，14
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固定件I，15
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固定件II，16
‑
轴，17
‑
轴承座，18
‑
角度调节盘I，19
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角度调节盘II，20
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电磁开关，21
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铁片，22
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连接件，23
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方形底座。
具体实施方式
[0031]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0032]如图1、2所示，一种农业物料碰撞力学特性测定试验台包括底板1、铝型材I2、铝型材II3、支架I4、支架II5、冲击头6、力传感器7、传感器底座8、木制摆臂9、角度编码器10、数
字信号处理实验箱11、矩形支架12、物料底座13、固定件I14、固定件II15、轴16、轴承座17、角度调节盘I18、角度调节盘II19、电磁开关20、铁片21、连接件22和方形底座23。
[0033]底板1上对称焊接固定支架I4和支架II5，支架I4和支架II5构成试验台主体结构；铝型材I2通过螺栓固定在底板1上，铝型材II3一端与铝型材I2通过螺栓垂直固定，铝型材II3中间位置通过螺栓固定在方形底座23上，方形底座23通过螺栓固定在底板1上，铝型材II3另一端上通过螺栓固定物料底座13，物料底座13可沿铝型材II3的长度方向在0
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20mm范围内调节。
[0034]木制摆臂9一端穿在轴16中间位置，并利用固定件I14、固定件II15进行固定，轴16一端穿过轴承座17、另一端与角度编码器10相连，轴承座17和角度编码器10分别固定在矩形支架12上，矩形支架12焊接在支架I4和支架II5上部；木制摆臂9另一端通过传感器底座8安装力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农业物料碰撞力学特性测定试验台，其特征在于，包括：木制摆臂(9)，一端固定在轴(16)上、另一端安装有力传感器(7)；所述力传感器(7)上安装冲击头(6)；所述轴(16)一端穿过轴承座(17)、另一端与角度编码器(10)相连，轴承座(17)和角度编码器(10)均固定；物料底座(13)，其上部放置农业物料，且木制摆臂(9)处于竖直位置时，冲击头(6)恰好与农业物料接触；所述木制摆臂(9)中间位置连接有铁片(21)，铁片(21)被未通电的电磁开关(20)吸住，所述电磁开关(20)通过连接杆可调节地安装在连接件(22)上，所述连接件(22)两端分别固定角度调节盘；所述力传感器(7)、角度编码器(10)和电磁开关(20)均与数字信号处理实验箱(11)进行通信，所述数字信号处理实验箱(11)与计算机相连。2.根据权利要求1所述的农业物料碰撞力学特性测定试验台，其特征在于，所述物料底座(13)固定在铝型材II(3)一端，铝型材II(3)另一端与铝型材I(2)垂直固定，铝型材I(2)固定在底板(1)上。3.根据权利要求2所述的农业物料碰撞力学特性测定试验台，其特征在于，所述铝型材II(3)中间位置通过方形底座(23)固定在底板(1)上。4.根据权利要求2所述的农业物料碰撞力学特性测定试验台，其特征在于，所述底板(1)上对称固定支架I(4)和支架II(5)，所述支架I(4)和支架II(5)上部固定矩形支架(12)，所述矩形支架(12)上固定轴承座(17)...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄寅，梁振伟，丁伯传，覃永琪，金明志，李建伟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：