机械特性（精选9篇）
机械特性 篇1
一、试验目的
玉米收获机在籽粒直收作业中,脱粒滚筒进行玉米果穗的脱粒作业,玉米的籽粒破碎率和损失率主要受制于脱粒滚筒的结构和工作参数等机械因素,以及玉米果穗与机械之间的适应性、收获作业过程中的操作情况、田间作业条件、气候环境、作物形态和玉米的物理和机械特性,此外,玉米作物各部分含水率也是影响玉米收获和收获后操作的关键因素。在玉米的物理和机械特性中,作物强度包括茎秆强度、果穗强度和籽粒强度,对玉米的收获产量和质量有显著影响。
二、试验方法
1. 脱粒工作参数测试
在纹杆式脱离滚筒中分别测定三种玉米品种在三个不同时期的玉米果穗破碎率、凹板分离效率、脱粒效率和籽粒破碎率。
2. 力学测试
采用准静态压缩和弯曲试验测定相应玉米果穗和籽粒样品的物理机械特性,同时测定玉米含水率。在径向压缩试验中,取长3cm的玉米果穗进行压缩试验,加荷速率为1cm/min,人工从果穗上剥下的玉米籽粒加载速度为0.5cm/min,测定抗压强度,即为径向压缩下最大接触压力,计算变形模量和极限载荷。在弯曲试验中,取完整玉米果穗进行弯曲试验,加荷速率为3cm/min,测定强度。
三、试验结论
1. 玉米品种和收获时期对所研究的大部分玉米物理和机械特性有显著影响。
2. 脱粒过程中果穗破碎率最大的品种,其果穗自身的机械特性测定值最低。
3. 对传统的脱粒机构而言,玉米果穗的抗压强度是影响果穗脱粒的最重要的作物特性。
4. 采用回归分析,分析玉米的物理和机械特性与脱粒工作参数之间的关系:
(1)果穗抗压强度是影响脱离滚筒工作最重要的单因素;
(2)果穗抗压强度和果穗直径是影响果穗破碎率最重要的双因素;
(3)果穗含水率、果穗抗压强度和果穗弯曲弹性模量是影响脱粒效率最重要的三因素;
(4)果穗含水率、籽粒含水率、果穗抗压强度和果穗弯曲弹性模量是影响凹板分离效率最重要的四因素;
(5)果穗抗压强度和果穗弯曲弹性模量是影响滚筒脱粒操作中籽粒破碎率的重要因素;
(6)玉米品种和收获时期显著影响大部分彼此独立或彼此存在相关关系的变量;
(7)果穗和籽粒的机械特性值较低时,果穗脱粒过程中,果穗破碎率较高,凹板分离效率、脱粒效率均较低;
(8)果穗和籽粒的机械特性值较高时,果穗脱粒过程中,果穗破碎率较低,凹板分离效率、脱粒效率均较高;
(9)籽粒含水率较果穗含水率对脱粒滚筒的影响更大;
(10)籽粒损失率和果穗破碎率随收获期延长均降低。
5. 可根据不同玉米品种、不同收获期玉米物理和机械特性的不同优化传统脱粒滚筒操作。
(本文为译文,原文为:
AnazodoUGN,GLWall,ERNorris.CornPhysicalandMechanical-PropertiesasRelatedtoCom-bineCylinderPerformance[J].CanadianAgriculturalEngineering,1980,23(1):23-30.)
机械特性 篇2
2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢
主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢
主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。
4、HT150——灰铸铁
应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。5、35——各种标准件、紧固件的常用材料
主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件。6、65Mn——常用的弹簧钢
应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）
特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备。
8、Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1)
特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等。
9、DC53——常用的日本进口冷作模具钢
特性和应用: 高强韧性冷作模具钢，日本大同特殊钢（株）厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性，线切割性良好。用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等
10、SM45——普通碳素塑料模具钢（日本钢号S45C）
10、DCCr12MoV——耐磨铬钢
国产.较Cr12钢含碳量低,且加入了Mo和V,碳化物不均匀有所改善,MO能减轻碳化物偏析并提高淬透性,V能细化晶粒增加韧性.此钢有高淬透性,截面在400mm以下可以完全淬透,在300~400℃仍可保持良好的硬度和耐磨性,较Cr12有高的韧性,淬火时体积变化小,又有高的耐磨性和良好的综合机械性能.所以可以制造截面大,形状复杂,经受较大冲击的各种模具,例如普通拉伸模,冲孔凹模,冲模,落料模,切边模,滚边模,拉丝模,冷挤压模,冷切剪刀,圆锯,标准工具,量具等。
11、SKD11——韧性铬钢
日本日立株式生产.在技术上改善钢中的铸造组织,细化了晶粒.较Cr12mov的韧性和耐磨性有所提高.延长了模具的使用寿命.12、D2——高碳高铬冷作钢
美国产.具有高的淬透性,淬硬性,耐磨性,高温抗氧化性能好,淬火和抛光后抗锈蚀能力好,热处理变形小,宜制造各种要求高精度,长寿命的冷作模具,刀具和量具,例如拉伸模,冷挤压模,冷剪切刀等。
13、SKD11(SLD)——不变形韧性高铬钢 日本日立株式生产.由于钢中MO,V含量增加,改善钢中的铸造组织,细化了晶粒,改善了碳化物形貌,因而此钢的强韧性(抗弯强度,挠度,冲击韧度等)比SKD1,D2高,耐磨性也有所增加,而且具有更高的耐回火性.实践证明此钢模具寿命比Cr12mov有所提高.常制造要求高的模具,如拉伸模,冲击砂轮片的模等。
14、DC53——高韧性高铬钢
日本大同株式生产.热处理硬度高于SKD11.高温(520-530)回火后可达62-63HRC高硬度,在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11.韧性是SKD11的两倍.DC53的韧性在冷作模具制造很少出现裂纹和龟裂.大大提高了使用寿命.残余应力小.经高温回头减少残余应力.因为线切割加工后的裂痕和变形得到抑制.切削性和研磨性超过SKD11.用于精密冲压模,冷锻,深拉模等.15、SKH-9——耐磨性,韧性大的通用高速钢
日本日立株式生产.用于冷锻模,切条机,钻头,铰刀,冲头等。
16、ASP-23——粉末冶金高速钢
瑞典产.碳化物分布极均匀,耐磨损,高韧性,易加工,热处理尺寸稳定.用于冲头,深拉伸模,钻模,铣刀和剪切刀片等各类长寿命之切削工具。
17、P20——一般要求的大小塑胶模具
美国产.可电蚀操作.出厂状态预硬HB270-300.淬火硬度HRC52。18、718——高要求的大小塑胶模具
瑞典产.尤其电蚀操作.出厂状态预硬HB290-330.淬火硬度HRC52
19、Nak80——高镜面,高精度塑胶模具
日本大同株式产.出厂状态预硬HB370-400.淬火硬度HRC52 20、S136——防腐蚀及需镜面抛光塑胶模具
瑞典产.出厂状态预硬HB＜215.淬火硬度HRC52。
21、H13——普通常用压铸模
用于铝,锌,镁及合金压铸.热冲压模,铝挤压模，22、SKD61——高级压铸模
日本日立株式产,经电碴重溶技术,在使用寿命上比H13有明显的提高.热冲压模,铝挤压模, 23、8407——高级压铸模
瑞典产.热冲压模,铝挤压模。
机械特性 篇3
【关键词】机械制图 组合体 教学
组合体是《机械制图》教学重点，同时也是教学中的难点。这一章节的内容是前面所学章节的大汇总。组合体顾名思义是多个基本体的组合，根据组合方式，分为叠加式组合体和切割式组合体两部分。其中叠加式组合体是以搭积木的方式将基本体组合到一起的，分析这种组合体的时候，都是采用的形体分析法，即这个组合体是由几个基本体组成，以及这几个基本体之间的相对位置关系，同时还要明确一个问题，那就是组合体是一个整体。这部分内容是建立在刚刚学完的基本立体的投影特性的基础上的，学生相对容易理解。通过学习和练习，学生还是能够掌握的。另一个重点是切割式组合体，它的组合方式是在一个基本形体上切掉一些基本几何体。例如：一个长方体上切去一个三棱柱，开一个梯形槽，挖出一个圆柱孔等等，分析这种组合体的时候，不能再使用形体分析法，而需要使用线面分析法。对于这种组合方式，学生能理解，但使用线面分析法来解题，学生就感到困难了，因为前面所学的线的投影和面的投影有很多种情况，大部分学生容易混淆，较难掌握。针对这个问题，我在这里介绍一个简便易行的方法——投影面平行面法（它的投影特性就是两线一框）。下面以题目为例，说明这个方法的特点及解题思路。
例： 已知主、俯视图，求作左视图。（如图1）
分析：该形体为切割式的组合体，基本形体是一个长方体，左侧切了一个台阶，上部和中部被两个斜面截切，共有两个正垂面一个铅垂面和四个侧平面。
解题思路: （1）首先画出左视图的外部轮廓。
因为该形体的基本形体为长方体，所以左视图的外部轮廓为长方形，根据视图间的投影规律（长对正、宽相等、高平齐）作出外部轮廓。如图2。
（2）其次画出三个侧平面的侧面投影。
根据侧平面的投影特性可知：水平投影和侧面投影积聚为直线，并分别平行于相对应的坐标轴，侧面投影反映真形。该形体上的三个个侧平面（A、B、C）,根据主俯视图的两条线，即可确定侧面投影。如图3。
（3）再次求取三个垂面的交线。
该形体上共有P、Q、R三个投影面的垂直面，其中P面和Q面为正垂面， R面为铅垂面。我们知道两个不同投影面上的垂直面的交线是一条一般位置直线，在三个投影图上都为斜线。根据视图间的投影规律（长对正、宽相等、高平齐）依次求取P面R面和Q面R面的交线. 如图4所示
（4）检查、验证、描粗。
到此为止补画的左视图已经完成，接下来我们要检查一下所作的图形是否正确，检查的方法是利用投影面垂直面的投影特性（两线一框）来进行的，如图5所示。首先看P平面，因为是正垂面，所以在主视图上为一条斜线，俯视图和左视图为相类似的七边形。同理Q平面, 主视图上也为一条斜线，俯视图和左视图为相类似的五边形。然后再看一下平面R,因为是铅垂面，所以在俯视图上为一条斜线，主视图和左视图相呼应为相类似的多边形。由此可以证明，此图做法完全正确。
归纳一下：这个方法的重点是解决切割式组合體视图二补三，解题思路非常清晰明确。补画俯视图就用水平面的投影图形，补画俯左视图就用侧平面的投影图形，补画主视图就用正平面的投影图形。道理就是利用投影面平行面“两线一框”的投影特性，然后再利用两个不同投影面的投影面垂直面相交，其交线为一般位置直线的投影特性画出交线，即交线为斜线，接下来用投影面垂直面“一线两框”的投影特性来进行图形正确与否的验证，在所作图形中找出与已给出的图形相呼应的图形来，找到了就正确，没找到就不正确了。如果是俯视图和左视图的有关图形相呼应，应将两视图中的有关图形旋转90°去观察。若是主、俯视图或是主、左视图的有关图形相呼应，则不需要旋转图形。
在教学过程中，我们将此方法教给学生，帮助他们克服了学习中的一个难点，大多数同学都能做到灵活运用这种方法去解决这类切割式组合体的相关问题了。
液压与机械复合传动特性研究 篇4
关键词：液压传动,机械传动,复合传动,调速特性
1 概述
液压传动以及机械传动都具有其各自的传动特性和优点, 但是如果就其某种传动方式独立存在, 实现动力传动也存在一定的局限性, 如混凝土搅拌运输车搅拌罐的驱动, 如果只采用液压传动, 其传动比是不能满足搅拌车工作的要求, 因此就需要在液压传动的基础上再与减速机配合, 实现大传动比稳定传动。再如采用机械变速箱的运输车底盘, 作为工程施工车的底盘就不能满足工程施工低速的行驶要求, 从而需要与液压传动匹配以实现低速行驶完成作业的需要。因此本文在分析液压、机械传动特性的基础上, 介绍液压与机械融合的传动系统, 实现复合式传动, 不但可以获得高的传动效率, 而且还可以满足各种施工工况。
2 机械传动的特点
机械传动是传统的传动形式, 即使液力和液压传动被广泛应用于工程机械, 但是机械传动以它的传动效率高、工作可靠等优势仍然作为主要的传动方式被广泛采用。机械变速器就是传统的传动方式用于汽车和各种机械的变速传动装置, 一般来说, 汽车使用的机械式变速器分为五-六档变速, 一共拥有五种不同的齿轮传动比, 是典型的有级变速器。
机械变速器的变速原理就是利用不同型号的齿轮啮合来产生不同的传动比, 达到相对应的变速目的, 再利用相应的传动轴将转速和转矩传递到需要的工作部位。随着机械变速器的发展和车辆不同功能的要求, 也出现了能实现无级变速的机械式变速器, 同时, 也有将机械式变速器与电控技术相结合的自动控制式变速器。总的来说, 机械式变速器所具有的调速特性优势主要表现在具有较高的传动效率和高的工作可靠性, 尤其在高速行驶的车辆上运用十分广泛。
3 液压传动的特点分析
液压传动是帕斯卡原理在传动方式上的经典运用, 并且由于它自身的传动特点和优势, 已经被广泛采用, 而且在很多场所有着机械传动无法实现的功能。下面主要以液压无级调速系统为例进行分析。
液压传动无级调速的类型主要有: (1) 变量泵-变量马达; (2) 变量泵-定量泵; (3) 定量泵-变量马达; (4) 定量泵-调速阀等。
液压无级调速的基本工作原理就是:通过改变液压泵与液压马达的排量比, 达到在一定范围传动比内的无级调速。
工程作业类机械采用机械传动的主要不足之处就在于: (1) 机械传动无法实现反馈调控; (2) 由于工程机械在工作时工况经常发生改变, 静态特性下确定的匹配参数就不能使发动机处于最佳工作状态; (3) 由机械传动所传递的载荷, 是通过传动系直接作用于发动机飞轮输出端, 它与发动机的匹配的经济性很难达到最佳匹配状态; (4) 由于这些循环作业工程机械的工作阻力在各工序中相差很大, 所以当其平均最大工作阻力配置在发动机牵引档最大生产率附近时, 其他工况阻力则偏差很远, 使操作员不得不频繁的换挡以达到最佳工作状况。
此时, 如果在这类作业机械上采用一种利用DA先导控制变量泵的闭式变量泵-定量马达液压传动系统, 其相比于机械传动的优势体现在: (1) 液压回路可以将工程机械工作过程中遇到的急剧变化的负载, 特别是对一些冲击负载实现缓冲屏蔽, 而不是直接将这些负载传递到发动机飞轮输出端, 这样就可以避免由于冲击载荷导致的发动机熄火; (2) 由于对波动负荷的屏蔽和缓冲作用, 所以该系统对于发动机的要求降低, 在载荷相同的情况下, 发动机的扭矩适应性可以降低, 使其匹配点可以配置在非调速段上, 而且在载荷增加时系统压力升高, 同时借助DA控制可以在实现发动机转速降低的同时增加扭矩输出, 泵排量降低, 使发动机在转速不高的情况下可以利用液压系统的最大压力, 从而降低燃油消耗。
但是, 液压传动的效率相对于机械传动要低, 即使在效率最高的时候也只能达到80%到85%, 特别是在要求机械低速稳定作业时, 液压系统传动效率更低而且容易出现机械“爬行”等不利状况。
4 液压机械复合调速特性分析
通过以上的论述, 我们可以发现, 传统的机械传动以及现代兴起的液压传动等都各有自己的优缺点, 所以, 很多地方我们都是将它们结合起来以弥补它们单独使用时不能满足要求或者性能不佳的缺陷。
如图1所示, 混凝土运输车的液压传动系统, 在液压马达后串联了一个行星减速器构成液压-机械复合式传动系统。目前, 这种形式的液压-机械复合式传动系统为大部分的混凝土搅拌运输车的拌筒驱动装置所采用。
我们首先来分析混凝土搅拌运输车在搅拌过程中搅拌筒在不同搅拌工况下所承受的外载荷, 其工作过程中所受扭矩变化大致情形如图2所示:
对于混凝土搅拌车搅拌筒而言, 其驱动负载主要为扭矩, 在图中我们可以看出:当搅拌筒内被加入搅拌料时, 搅拌筒的驱动力矩在随着料的不断增多而增大, 只是在料即将加满的时候才有所下降;而在运输搅拌料的过程中, 搅拌筒的驱动力矩是保持平稳的状态的;在运输车到达目的地后, 搅拌车需要停车卸料, 此时, 搅拌筒反转, 进入卸料工况, 它的驱动力矩在瞬间会出现上升, 然后快速回落, 在混凝土料被卸下的过程中, 由于料质量逐渐减少, 所以搅拌筒的驱动力矩也随之逐渐下降;在将料卸下之后, 运输车空筒返回, 其搅拌力矩稳定的保持在较低状态。
由上述分析可知, 搅拌筒在工作过程中既会出现逐渐上升的载荷, 也会出现突然增大的冲击载荷, 并且还需要实现正反转功能。那么对应的搅拌筒的驱动系统主要需要实现的功能就是降低转速增加输出扭矩, 同时要能够减缓冲击载荷对发动机的损害。因此, 以液压系统作为其传动系统是很理想的, 但是, 通过计算得到的搅拌车在满载的时候所需要搅拌力矩大, 而且要稳定的低速, 因此仅仅使用液压系统进行传动获得稳定的低速、大扭矩, 会导致传动效率很低。所以, 此时在液压马达后接上一个能够具有减速增扭的机械减速器就能够使整个传动系统满足搅拌筒稳定的低速、大扭矩传动, 并且获得高的效率。
这类液压系统与机械减速器相串联构成的复合式传动系统既具备了液压系统的优点, 也弥补了单一液压系统部分功能不足的缺点。同时, 与这类系统不同的还有通过液压传动系统与机械传动系统并联分流式传动的液压机械无级传动系统。
而在目前实际运用中的液压机械无级变速器, 一般都会设置多段档位来满足机械不同工况下的需求特性, 如图3所示, 就是一种多段式液压机械无级变速器传动图。
该调速系统通过L1到L8这8组离合器的啮合与断开从而具有前进方向六段和倒车方向两段的连续无级变速传动, 以满足作业机械运行时的不同工况。
如图4所示, 这是该系统在额定输入时不同转速比的条件下变速器前进方向各工作段的效率值 (粗实线) , 以及e值在正负范围内变化时的变速器效率值 (细实线) 和液压系统的效率值 (虚线) 。
从图4中我们可以看出, 多段液压机械无级变速器的平均效率比纯液压系统的传动效率是要高的, 只是稍低于纯机械传动效率。因此, 这种液压机械式无级传动系统在作业机械运行时, 首先采用的是纯液压传动使机械达到稳定的微动起步状态 (这种工况同时也适用于需要长时间低速稳定作业的大量工程机械, 这是纯机械传动系统所不能满足的) 。在作业机械进入稳步工作状态之后, 我们可以通过档位切换来使系统工作在液压机械分流传动状。如果作业环境良好, 机械在工作中不会遇到较大的冲击载荷, 还可以采用纯机械传动输出以达到功率最大化。如果作业环境复杂, 作业机械部分功率可以通过液压系统输出, 在保证了传动效率不会大幅降低的同时也保障了机械的运行安全。
5 结束语
虽然机械传动与液压传动目前运用的范围十分广泛, 但是液压机械复合式调速系统通过将液压传动与机械传动相结合, 在既能实现大范围内的正反转无级调速的同时也可以大大的提高系统传动效率。这无疑是以后大型作业机械和复杂作业工况作业机械传动方式一个重要发展方向, 尽管我国在这方面的研究还不够完善和全面, 可是其巨大的发展空间已经为我国在这方面的研究提供了动力。
参考文献
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机械故障的形成及其特性分析 篇5
机械在使用中受到各种能量的作用, 这些能量的作用主要包括:1、周围介质能量的作用, 包括执行任务的操作人员、修理人员和环境条件的作用;2、与机械运转以及各机构工作有关的内部能源, 如各种载荷、振动、温度等;3、在制造和装配中集聚在机械材料和零部件内的潜伏能量 (铸件的内应力和装配内应力) 。这些能量主要以机械能、热能、化学能的形式存在, 当能量达到一定数值时, 将导致有害过程的出现, 引起机械零部件初始性能和状态的变化, 如当配合副以一定的动力和速度运动时, 相互将产生有害的摩擦过程, 摩擦的结果将导致配合副出现磨损, 使配合副的运动等发生变化。可见随着有害过程的发展, 首先将使零部件出现损伤, 具体表现为磨损、变形、裂纹、疲劳、腐蚀等, 损伤的出现使机械零部件的结构参数发生变化, 如尺寸公差、形位公差、配合间隙等的改变。结构参数的变化又导致了机械功能输出参数发生变化, 如机械的输出功率、速度等的改变。随着损伤程度的进一步扩大, 机械零部件的结构参数逐渐超出允许值。若机械零部件的结构参数超出允许值, 而功能输出参数并未超出允许极限范围, 则认为机械出现了潜在故障, 此时应通过维护进行消除;若结构参数超限后, 功能输出参数也超出允许值, 则认为机械发生了功能故障, 对应状态为故障状态, 此时应通过修理排除相应的故障。若机械经过长时间使用后, 其主要零部件的结构参数都达到极限值, 需要进行大修或更新。
二、机械故障形成的一般过程
如上所述, 机械在使用中受到各种有害作用后, 将首先导致零部件出现损伤, 损伤又影响机械的输出参数, 使其发生变化。若机械输出参数随时间变化的规律用X (t) 表示, 损伤程度随时间的变化用U (t) 表示, 则X (t) 与U (t) 之间的变化既可能是一致的, 也可能有很大区别。因为其间存在着反映机械产品结构、用途和作用原理的X=f (U (t) ) 的过渡关系。此外, 损伤同产品材料中发生的物理现象有关, 而输出参数变化仅仅反映了产品自身的宏观变化过程。机械经过一个随机的工作时间间隔后, 其参数达到极限允许值X max, 发生了故障。开始时, 输出参数f (a) 相对其数学期望值a 0有一离散程度, 该离散程度与机械初始指标的离散度以及使用条件的变化程度有关。然后, 在使用过程中, 随着使用时间的增长, 机械输出参数的劣化就表现为缓慢进行的过程, 例如磨损等, 这正是零件磨损导致机械性能改变的典型过程。在一般情况下, 可能经过某段时间T间隔后, 参数的变化就开始了, 时间T间隔是一个与损伤的积累 (如疲劳) 或外因作用有关的随机量, 它也具有一定的离散性。
三、机械故障的特性分析
机械故障是与磨损、腐蚀、疲劳、老化等机理分不开的, 根据机械故障形成的一般过程, 机械故障主要有以下一些特性:
1、潜在性。
机械在使用中会出现各种损伤, 损伤引起零部件结构参数发生变化, 当损伤发展到使零部件结构参数超出允许值时, 机械即出现潜在故障。由于机械设计存在一定的裕度 (安全系数) , 因此即使某些零部件的结构参数超出允许值后, 机械的功能输出参数仍在允许的范围内, 也即机械并未发生功能故障。从潜在故障发展到功能故障一般具有较长的一段时间, 因为通过润滑、清洁、紧固、调整等手段, 可以消除或减缓损伤的发展, 使潜在故障得到一定程度的控制甚至消除。机械故障的潜在性可通过维护保养来减少功能故障的发生, 从而大大延长了机械的使用寿命。
2、渐发性。
由于磨损、腐蚀、疲劳、老化等过程的发生与时间关系密切, 因此机械故障的发生多半与时间有关。在使用中, 机械的损伤是逐步产生的, 零部件的结构参数也是缓慢变化的, 机械的性指数也是逐渐恶化的。绝大多数故障可能事先通过仪器进行测试和监控, 故障发生的概率与机械运转的时间有关, 机械使用时间越长, 发生故障的概率就越大。
3、耗损性。
机械磨损、腐蚀、疲劳、老化等过程伴随着能量与质量的变化, 其过程是不可逆转的。表现为机械老化程度逐步加剧, 故障越来越多。随着使用时间的增加, 局部故障的排除虽然能恢复机械的性能, 但机械的故障率仍不断上升, 新的故障将不断出现。同时损伤的消除也是不完全性的, 维修不可能使机械的性能恢复到使用前的状态。机械故障的耗损性决定了机械维修级别与深度的差异, 同时机械故障分布模型也不能简单用指数分布来描述。
4、模糊性。
机械使用中, 由于受到各种使用及环境条件的影响, 其损伤与输出参数的变化都具有一定的随机性与分散性, 同时, 由于材料与制造等因素的影响, 机械的各种极限值、初始值也具有不同的分布, 同一机械, 在不同的使用环境下, 输出参数随时间也具有不同的分布, 从而导致参数变化及故障判别标准都具有一定的分散性, 使机械故障的发生与判别标准都具有一定的模糊性。
摘要：本文根据机械系统的使用与维修特点, 阐述了机械技术状态的变化及其故障形成的一般过程, 分析了机械故障的基本特性, 指出了机械故障研究中应考虑的问题。
典型农业物料机械特性研究进展 篇6
农业物料通常是指与工业工程直接相关的动物、 植物、微生物等农产品及农业生产直接相关的一些生产资料( 如种子、果实、茎秆等) 。农业物料的种类不同,其机械特性也不同。农业物料的机械特性主要包括农业物料的基本物理特性、力学特性,以及某些特性之间的相互影响［1 － 2］。近几年,随着农业机械化和农业精细化的不断发展,国内外的不少专家学者对农作物的机械特性做了大量的研究。本文回顾了小麦、 玉米、大豆、油菜和棉花典型农作物机械特性的研究进展,总结了研究中的问题,并对以后的研究方法提出了一些建议和展望。
1小麦机械特性研究
1. 1小麦茎秆机械特性
小麦茎秆的弹性模量、剪切强度、弯曲强度极限、 和抗拉极限等机械特性对小麦茎秆的抗倒伏性有显著影响。研究小麦茎秆的这些机械特性可为解决小麦茎秆倒伏和折断问题提供参考。因此,国内外的不少学者从不同的方面、运用不同的实验原理和方法对小麦茎秆的机械特性做了大量的研究。
梁莉等［3］运用生物学理论和研究方法,以不同生长期的小麦茎秆为实验对象进行拉伸、弯曲和剪切实验,全面研究了小麦茎秆生物力学性质与形态、生理指标的相关关系,得出了结论: 1小麦茎秆材料的各生物力学指标与小麦茎秆形态、各生理指标有不同的相关度; 不同生长期,不同品种的小麦其生物力学性质有较大的差异。2随着小麦的生长,茎秆含水率对茎秆各生物力学性能的影响逐渐减小。该研究为建立实用的生物力学评价体系奠定基础。运用生物力学性质指标评价茎秆,可指导农艺和发展农业新技术。
王秀娥等［4］运用复合材料力学理论,从微观组织结构入手,揭示小麦茎秆宏观力学性能与微观组织之间的内在关系,测定了小麦成熟期茎秆的力学性能( 小麦茎秆的抗拉强度为30. 36 ~ 52. 65MPa,弹性模量为1. 14 ~ 2. 05GPa) ,研究了茎秆轴向拉伸和压缩应力- 应变规律; 试验观察了茎秆的微观组织结构, 得到了茎秆扫描电镜下的解剖构造图像( 见图1) ; 分析了小麦茎秆承载能力与微观组织结构的相互关系, 建立了茎秆横截面的力学模型。研究发现: 小麦茎秆是一种典型的多相、筛状、不连续、不均匀和各向异性的复合材料,茎秆具有较高的强度和良好的弹性,其承载能力取决于机械组织的厚度、维管束的数量及各组织及其细胞之间的连接形式和连接强度。小麦茎秆力学性能与微观组织之间内在联系为茎秆回收利用及开发新型天然材料提供了参考。
袁志华等［5］运用三点弯曲试验方法,研究了小麦茎秆力学特性与氮、磷、钾含量之间的关系,以周麦18号、温麦6号、矮抗58号、郑麦9023为材料,在孕穗期,测试了第2、3、4节间去鞘茎秆的抗弯刚度、弯曲强度、弹性模量、惯性矩等力学特性,以及氮、磷、钾含量。运用灰色系统理论和统计学原理,对力学特性与氮、磷、钾含量之间的关系进行定量分析。研究结果表明: 孕穗期,弹性模量、惯性矩、弯曲强度在品种之间的差异显著; 惯性矩与钾/氮含量比值的关联度最大; 在一定范围内,惯性矩与钾/氮含量比值成正相关。这一理论为小麦精准施肥,增强茎秆抗倒伏性能,提高籽粒产量提供参考依据。
赵多佳等［6］对不同节和不同含水率小麦茎秆的抗拉性能进行对比试验,分析拉力和应力、应变之间的力学特性及应力—应变的变化规律( 见图2和图3) 。经过多次测量,求取了小麦茎秆的弹性模量和强度极限平均值的大致范围( 自然干燥状态下分别为3 577. 5 MPa和78. 0MPa,含水率51. 3% 时分别为1 278. 2MPa和64. 6MPa) ,为增强小麦茎秆的抗倒伏性提供了科学依据。
胡婷等［7］以京东8号小麦茎秆为研究对象,依据风力学原理,运用四点弯曲实验方法对小麦茎秆进行了弯曲实验,建立了小麦茎秆双层复合材料的有限元模型; 对倾倒力实验进行了数值模拟,研究了几何和物理参数对抗倒伏性能的影响并得出了小麦茎秆抗弯综合系数α 为
式中D1—第1茎节直径;
t1—第1茎节处的壁厚;
D2—第2茎节处的直径;
t2—第2茎节处的壁厚;
L1—第1茎节茎长;
L2—第2茎节茎长。
1. 2小麦根系机械特性
小麦的根系在生长的过程中主要受到两个方面的外力: 一是在锄草、施肥、浇水和收割等田间管理过程中,由于人工或机械原因,必然会引起土壤状态的变化,根系可能受到挤压、剪切或弯曲; 二是根系自身在发育伸长过程中,会受到土壤在各个方向的阻力。这些外力,对小麦生长和产量形成过程具有重要影响。 因此,许多学者就小麦的根系特性等方面进行了研究。
郭维俊等［8］以成熟期小麦根系为研究对象,运用材料力学原理对小麦同一根系、不同部位的初生根和次生根进行了拉伸对比实验。通过实验得到了根的应力- 应变规律( 见图5) ,测得小麦初生根和次生根的强度极限分别为21. 21 ~ 57. 25MPa和3. 08 ~ 13. 07 MPa,并依据微观组织结构建立了小麦根的横截面的力学模型。通过观察和实验,发现小麦根是一种典型的多相、筛状、不连续、不均匀、各向异性的符合材料, 根具有一定的强度和良好的弹性,其承载能力取决于机械组织厚度、维管束数量及各组织及其细胞之间的连接形式和连接强度。该研究提供了进一步认识小麦特定生长期根系与土壤相互作用力学原理的依据。
胡军成等［9］以小麦不同类型根系在植株不同节位的拓扑关系和不同类型根系几何结构随生物进程的动态变化为研究目的,基于小麦根系实验,研究不同结构单元小麦根系的拓扑结构关系及形态结构的动态变化规律,建立了根系拓扑结构及形态的模型和根系伸长过程线性方程式( 2) 和根系总长度方程式( 3) ,对模型的敏感性进行了验证性实验分析。通过分析发现: 不同生育时期小麦总根长和根系数量的均方差与相对误差分别为370. 68cm和1. 27个,相对误差分别为0. 27和0. 16,模拟值和实验观测值之间具有较好的一致性和符合度。根系生长形态模型的建立对提高小麦水分和养分的吸收利用率和耕生长期小麦的耕作管理方式提供参考。则在
其中,GDD( growing degree - day) 表示生长度日( ℃ ·d) ; RLGDDm × n × o × p( root length at GDD) 表示第m分蘖第n节位第o条1次分枝上第p条2次分枝在GDD时的长度( cm) ; RLMAXk表示k次分枝根的最大长度( cm ) ; RPAm × n × o × p( relative physiological age at GDD) 表示第m分蘖第n节位第o条1次分枝上第P条2次分枝在GDD时的相对生理年龄( ℃ ·d) ; GD- DFLRk( growing degree - day reaching final root length) 表示为k次分枝根类定长时所经历的生长度日( ℃ · d) ; TRLGDD ( total root length at GDD ) 根系总长度( cm) ; k表示分枝级数。
2玉米机械特性研究
2. 1玉米秸秆的机械特性
玉米秸秆的主要力学性能指标包括: 抗剪、抗弯、 抗压、弹性模量及强度极限等,运用材料力学和工程力学等其它的基本理论和基本方法,研究玉米秸秆的抗剪、抗拉和抗压的机械特性问题,为玉米秸秆材料的工业利用开发提供必要的实验数据和理论依据,并可为玉米收获及其秸秆的加工机械的研发与设计提供有价值的参考。
高梦祥等［1 0］以自然条件下未受雨淋、通风堆放的玉米秸秆为试验材料,以茎叶含水率、叶鞘含水率、 茎秆直径、茎秆含水率,以及叶鞘所处茎秆的部位为试验因素进行了正交试验。对玉米茎秆的茎叶连接力、叶鞘的抗拉特性和茎秆、叶鞘的冲击特性进行了测试,试验测得茎叶连接力为0. 7 ~ 16N,茎秆的叶鞘抗拉力为3 ~ 12N,叶鞘的抗冲击能量为0. 5 ~ 3. 8J, 茎秆抗冲击能量为2. 3 ~ 42. 8J。通过分析试验数据得出结论: 1茎叶连接力与叶鞘所处茎秆部位、茎叶含水率密切相关; 2叶鞘不同方向上抗拉力不同,横向抗拉力为0. 6 ~ 5. 5N,纵向是横向的2 ~ 4倍,并与叶鞘的含水率密切相关; 3叶鞘与茎秆的抗冲击能量与叶鞘含水率、茎秆含水率、茎秆直径及茎秆的保存方式密切相关。该实验结论可为研究玉米茎叶分离设备的研究提供参考。
陈艳军等［1 1］以简支梁和悬臂梁为理论依据,设计了玉米茎秆弯曲强度和弹性模量测定仪,以抗倒伏性为评价指标,对5种不同玉米品种的秸秆进行了力学性能测试。结果表明: 1对于不同品种的玉米茎秆,当弯曲强度减小时,其抗倒伏性能降低; 2玉米茎秆的抗倒伏性随着茎秆的弹性模量的降低而降低; 3不同玉米品种的抗倒伏能力与其弯曲强度和弹性模量均呈正相关关系。
于勇等［1 2］以玉米秸秆不同部位的含水率为研究对象,以最大拉伸力为试验参数,通过把整株玉米茎秆分成5段,对含水率不同的不同段的茎秆进行了拉伸特性试验。试验结果表明: 1玉米茎秆同一部位的最大拉伸力随着含水率的提高而下降; 2在相同的含水率下,不同部位的玉米茎秆的最大拉伸力值存在较大差异,越接近根部,最大拉伸力值越大; 3玉米茎秆不同部位对其最大拉伸力的影响,大于含水率的影响。这一研究对指导玉米的种植管理和玉米茎秆回收利用的设备的研发具有指导意义。
吴之岳等［1 3］利用当年自然风干的玉米茎秆为试验材料在自制的秸秆切碎试验台上对两端自由支撑的玉米秸秆的切断功耗和切断速度进行了三因素( 切割方式、受切根数、含水率) 两水平( 切割速度、切割功耗) 正交试验,对各种因素进行了定量分析。分析表明: 切割方式对切割速度的影响最大,受切根数影响切断功耗最显著。针对秸秆、根茬切碎机的设计要求和实际切割条件,对受切根数进行了单因素试验,分析了切断速度和切断功耗的变化趋势,试验测得了在两端自由支撑条件下保持13. 6mm /s的切割速度,完全能切断双根玉米秸秆。研究为玉米的收获和秸秆粉碎机械的设计提供了理论的参考。
袁志华等［1 4］从力学角度利用势能驻值原理研究了玉米秸秆的抗倒伏特性,建立了玉米植株的简化力学模型( 见图6) ,得到了整株玉米抗倒伏性状的参数关系式,根据式( 4) 可得出结论: 1茎粗系数( 茎粗/茎高) 值越大,茎秆越不易倒伏; 穗高系数( 穗高/茎高) 值越小,茎秆越不易倒伏; 增大茎粗系数,减小茎高系数可以提高玉米植株的抗倒伏性。2茎秆的截面惯性矩越大,越不易倒伏; 在截面积相同的情况下,空心秆比实心秆的截面惯性矩大,培育出空心秆的玉米, 可进一步增强玉米的抗倒伏能力。研究为培育抗倒伏玉米新品种和玉米的田间管理方法的发展提供了新的理论基础。式( 4) 为
其中,Qcr=qcrL为茎粗系数;c=s /L,s为茎秆的截面积;,a=h /L为穗高系数;qcr为临界状态时茎秆单位长度的自重;Pcr为临界状态时的穗重;L为株高;h为穗位高;E为茎秆弹性模量,I为茎秆截面惯性矩。
曹玉等［1 5］以秸秆切割功耗、秸秆切割力为评价标准,以切割速度、切刀与秸秆相对位置和定刀形式为影响因素进行了玉米秸秆切割过程的正交试验。 研究发现: 1切割速度越大,峰值切割力和切割功耗越小; 2定刀形式对玉米植株的切割功耗和切割力的影响很大; 3在同样的切割速度下,单定刀片所需的切割功耗要远远大于双定刀片; 4当切割速度一定, 削切角在20°左右时,峰值切割力和切割功耗比横断切和其它削切角度时都小,且切割性能较优。这一研究,为确定秸秆切割装置的设计提供了参考。
李耀明等［1 6］为了探究切割角、切割速度、切割位置、茎秆外皮和节点等因素对切割力及功耗的影响, 利用自制摆切式茎秆切割试验台,采用悬臂梁称重传感器、高频数据采集卡和Lab VIEW软件组成的测试系统对玉米茎秆进行了切割力学性能影响因素实验。 实验结果表明: 1峰值切割力和切割功耗随着切割速度的增大和切割位置的增高而减小; 切割速度为1. 7和2. 2m /s时,峰值切割力和切割功耗比切割速度为1. 1m / s时降低了24. 1% 和39. 3% 。2当切割速度一定时,切割角为20°左右时,切割性能较好。3峰值切割力和切割功耗随着在节点处比在节间增加56% ,外皮所需切割力占63% ~ 83% 。该研究对降低功耗及机器磨损,提高收割机的作业效率具有重要意义。
陈争光等［17］以玉米茎秆皮的拉伸和剪切特性为目标,以抗拉强度和剪切强度分别作为拉伸和剪切实验的评价指标,以含水率和取样高度为抗拉强度的实验因素,含水率、取样高度和剪切速度为茎秆抗剪强度试验因素进行了二次回归正交旋转实验。实验结果表明: 1含水率对玉米茎秆皮的抗拉强度影响显著,玉米茎秆皮的抗拉强度随着取样高度的增加而减小,在含水率为30% 、玉米茎秆下部稍偏上的位置的茎秆皮的抗拉强度最大,达到67. 2MPa。2取样高度对玉米茎秆皮的剪切强度的影响不显著,含水率和剪切速度对玉米茎秆皮的剪切强度影响较显著。当含水率较高时,玉米茎秆皮的剪切强度随剪切速度的提高而提高,最高值可达18MPa。该研究为玉米秸秆皮穣叶分离机械的设计和参数优化提供有价值的理论参考。
2. 2玉米根系的机械特性
玉米根系的力学特性和形状等机械特性影响着玉米植株地上部分的生长发育状况。因此,研究玉米根系对提高玉米产量和抗倒伏意义重大。
郑朝元等［18］从植物根系原位固土机理入手,采用自制的剪切箱和锚杆拉力机对玉米根系在10cm和20cm两个深度和空地样方的固土能力进行了原始测定比较。测定结果表明: 施加相同载荷时,两种深度空地样方位移大于有根玉米样方; 20cm深度样方位移为4个样方中最小,即作物扎根越深,达到剪切分离样方特征点所需的载荷越大。该方法直接量化测定玉米根系的固土能力,为农业水土保持领域开展水土保持评价提供了有效的理论依据。
袁志华等［19］以材料的拉伸力学特性为依据,对玉米根系的拉伸特性进行了测试,测取了豫单5766和浚单18两个玉米品种不同直径根系的最大拉力及抗拉强度,分析了玉米根系的拉伸特性。测试数据表明: 在根系受拉后的初始阶段,拉力变形线为直线,外皮破裂后,拉力变形线为曲线,其变形属于非线性变形; 玉米根系的抗拉强度不仅与品种有关,还与根的直径的大小有关; 不同品种的抗拉强度不同; 同一品种,直径越大,抗拉强度越小。这一研究为玉米育种和玉米根茬破碎机械设计提供了理论的支持。
3水稻茎秆机械特性
水稻茎秆的机械特性一直是众多学者的研究对象。目前,国内外是许多专家对水稻秸秆的机械特性进行了深入的研究。
H. Tavakoli等［2 0］利用伊朗广泛种植的两个水稻品种的秸秆进行了水稻秸秆力学的研究,并对两个品种水稻力学特性进行了分析对比。对比发现: 两个品种的水稻在力学特性上有显著差异; 同一品种水稻, 其剪切强度和弹性模量都随着取样高度的增加而减小。这一研究成果对水稻的收获、脱粒和加工机械的设计提供了理论参考。
姜元华等［2 1］以杂交籼粳稻为研究对象,选用杂交粳稻、常规粳稻和杂交籼稻为对比参照对象在机插条件下进行了不同品种水稻茎秆的力学特性对比实验; 运用质构特性分析方法测定了茎秆的载荷- 时间,穿刺- 时间特征。根据测得数据评价了4种类型水稻品种的抗倒性差异,抗倒伏性: 籼粳杂交稻﹥杂交粳稻﹥常规粳稻﹥杂交籼稻。同时,从理化角度对其差异的形成机理进行了初步的探索,明确了机插条件下籼粳杂交稻具有较强的抗倒性能。研究结果为机械化抗倒栽培提供理论依据与技术支撑。
向波等［2 2］从力学角度出发,选取5个田间表现抗倒性较强的品种,测量了早晚稻秆节间的弹性模量和拉伸强度极限,以及不同时期干物质量,并做了显著性测验和多重比较,同时做了相关性状的相关分析。 结果表明: 不同品种茎秆同一节间的弹性模量和拉伸极限强度存在差异,差异显著性受品种的遗传特性、 节间位置和发育时期影响; 节间横实截面积、节间茎粗、节间茎壁厚与节间拉伸强度极限、弹性模量存在负相关。这一研究对提高水稻茎秆力学性质有重要的意义。
段传人等［2 3］从材料力学方面入手,通过比较高、 中、矮和杂交典型水稻品种茎秆的细观机构,测定了水稻茎秆的拉伸强度极限和弹性模量,分析其细观结构和力学性能的关系,认为水稻茎秆是典型的生物复合材料,有着优良的力学性能,能起到支撑和抗倒伏的作用。研究结果表明: 中秆类型水稻茎秆的结构更为合理,拉伸强度极限和弹性模量最大; 其大、小维管束目最多,茎粗、茎壁厚中等,抗倒伏能力最强。研究结果为高产抗倒伏水稻品种的育种提供了参考。
袁志华等［2 4］利用力学理论和方法,建立了水稻茎秆的力学模型,根据建立的模型,分析了典型风载荷对水稻茎秆的影响。综合风、雨、土壤、茎秆性状等各种因素,给出了水稻茎秆抗倒伏的各种性质参数的关系式( 抗倒伏力矩M*,风和茎秆自重产生的力矩M) ,此关系式可对水稻茎秆的抗倒伏能力进行综合评价和预测,为水稻作物的田间管理提供理论依据。
其中,m为稻穗的质量; m*为茎秆单位长度质量; L为稻穗长度; L1为水稻茎秆土上部分长度; μ 为土壤的摩擦因数; γ 为土壤容重; h为茎秆在土中的深度,θ为根须与茎秆根部的夹角; α 为根须长; P0为风力载荷;E为茎秆弹性模量; I为截面惯性矩。
杨惠杰等［2 5］从生物力学和分子角度研究了水稻茎秆性状与抗倒性的关系,以16个超高产水稻品种为对象进行了正交试验,并给出弯曲力矩和倒伏指数计算公式: 弯曲力矩= 节间基部至穗顶长度( cm) × 该节间基部至穗顶鲜重( g) ,倒伏指数= 弯曲力矩 ÷ 抗折力 × 100% 。试验结果表明: 茎秆较粗可孕育较大穗子; 茎秆贮藏物质对籽粒发育有积极作用; 茎秆的抗折力与茎秆贮藏的干物质量和秆壁厚度呈显著相关; 倒伏指数与株高、弯曲力矩呈显著正相关,与秆壁厚度和抗折力呈负相关。
4棉花茎秆机械特性
棉花茎秆机械特性研究可为解决我国目前使用的棉秆收获机械存在收获效率较低,漏拔率和拔断率较高,不能实现收获、集堆和捆扎联合作业等问题提供理论支撑。
沈茂等［26］依据生物力学理论,利用RGM - 3005微机控制全数字化电子万能材料试验机对收获期含水率为25% 的棉秆底部不同段位茎秆进行了拉伸、压缩和弯曲试验,测得最大抗拉强度为59MPa,最大抗压强度为18MPa,最大抗弯强度为50MPa。实验数据所得到的拉伸载荷- 位移曲线、压缩载荷- 位移曲线和弯曲载荷- 位移曲线及其变化规律可以为棉秆收获机械的起拔方式和起拔机构的设计提供理论依据和技术参数。
王艳云等［27］选用不同节间、不同含水率为影响棉秆轴向弹性模量和抗压强度的主要因素,利用电子万能试验机对棉秆进行了轴向压缩实验研究。实验结果表明: 棉秆在相同加载速率、不同节间、不同含水率条件下,其轴向弹性模量与抗压强度不同; 棉秆的节间位置、含水率对弹性模量和抗压强度的影响显著; 干棉秆的弹性模量与轴向抗压强度明显高于湿棉秆,而弹性模量与轴向抗压强度受节间影响。
李怡等［28］探讨了土壤、棉秆直径、起拔角度等因素对棉秆起拔阻力的影响,基于虚拟仪器技术,设计了一套棉秆田间起拔力实时测量系统,并以土壤含水率、棉秆根部直径、起拔角度、起拔线速度为影响因素,进行了棉秆起拔阻力测量单因素实验。实验结果表明: 土壤含水率对棉秆起拔力存在显著影响,棉秆起拔力随棉秆根部直径增大而增大。对起拔角度和起拔线速度的回归分析表明: 起拔角度对棉秆起拔力存在显著影响,起拔线速度对棉秆起拔力的影响受土壤条件差异影响; 在土壤含水率较低时,起拔线速度对起拔力影响显著。采集的数据可为棉秆收获机械提供参考,合理选择棉秆收获机械起拔角度,有利于减少动力消耗、提高生产效率。
沈晓阳等［29］根据制浆造纸双螺旋磨浆机优化设计需要,利用电子万能试验机对棉秆茎秆进行了顺纹压缩、横纹压缩和横纹剪切实验。通过实验获得棉秆茎秆应力- 应变的有关规律( 见图7) 和强度极限。
棉秆顺纹压缩在弹性阶段应力应变呈线性关系, 平均强度极限为21. 26MPa,弹性模量为2 082. 65MPa; 横纹压缩的强度极限仅为顺纹压缩的12. 70% ,两者的比例与木材接近; 横压弹性模量为124. 0MPa; 棉秆横纹剪切的强度极限约为顺纹压缩的76. 55% 。此实验数据可为棉秆收获机械提供参考。
5油菜机械特性
5. 1油菜茎秆机械特性
目前,实现油菜生产机械化的关键环节在于机械化播种和收割。切割是油菜收割的主要工序,油菜植株下部茎秆粗壮且坚韧,不易割断,切割过程中,切割器对油菜茎秆冲击作用引起茎秆振动导致角果炸裂损失严重,因而油菜收割机的割台损失在总损失中占很大比例［3 0］。为此研究油菜茎秆的机械特性,具有重要意义。国内外对油菜茎秆机械特性的研究较多。
吴明亮等［3 1］以茎秆力学特性参数和切割力的主要影响因素为研究对象,选择切割方式、茎秆切割位置、切割速度和切割刀片形式为主要影响因素在自制切割试验台上进行了单因素和多因素,切割力测试试验。单因素试验结果表明; 切割方式以滑切最为省力; 切割速度和切割位置对切割力影响最大,切割速度越大,切割位置离地面越高,切割力越小; 锯齿形刀的切割力比光刀的切割力要小。多因素试验结果表明: 切割位置离地400mm、切割速度为200mm /s,采用锯齿形刀滑切的方式,切割力最小。研究结果为设计工作效率高、性能可靠的切割结构提供了理论依据。
罗海峰等［3 2］为了提高油菜分厢收获的适应性, 从油菜茎秆物料特性出发,研究油菜在分厢收获过程中受到侧向挤压是所表现出的抗挤压物理特性。为了获取合理的挤压位置、挤压角度和挤压力大小等工作参数,选取偏移量和挤压力大小为测试指标,对油菜茎秆直径大小、挤压部位离地高度、挤压偏角及油菜成熟度等进行了单因素试验。试验结果表明: 茎秆直径、挤压部位离地高度、挤压偏角、成熟度等对挤压力和偏移量影响显著。以回弹比和单位挤压力为评价指标,对挤压部位离地高度、挤压偏角、油菜成熟度等进行正交试验。结果表明: 挤压偏角为30°、离地高度为600mm,中等成熟阶段的茎秆挤压效果好,回弹比小于20% ,单位挤压力低于0. 25N /mm。研究为油菜分厢成行作业机械提供了设计依据。
刘兆朋等［3 3］采用经典力学测试方法,以“湘杂油743”成熟期茎秆为试验材料,分别测定了其弹性模量、剪切弹性模量及剪切力。实验测得: 成熟期油菜茎秆弹性模量为160MPa,剪切弹性模量为11k Pa,第1分支处的最大剪切力为115N。同时,得到了弹性模量、剪切弹性模量和剪切力随含水率变化的趋势( 见图8 ~ 图10) ,最大剪切力随含水率的减小,先增大后减小,最后稳定在115N左右; 弹性模量和剪切弹性模量随茎秆含水率的减小而增大。研究为设计高效、低耗油菜联合收割机切割装置提供理论依据。
田保明等［3 4］从力学角度研究了油菜茎秆的抗倒伏性,建立了油菜植株的力学模型( 见图11、图12) , 给出了油菜茎秆抗倒伏的参数关系式,如式( 7) 和式( 8) 所示,并对油菜的抗倒伏能力进行了综合分析和评价。分析表明: 对于同一油菜品种,油菜茎秆系数小、弹性模量大,且抗倒伏能力强。则有
5. 2油菜角果抗裂角性
油菜收获时的裂果现象容易给生产造成严重损失。所以,油菜角果的抗裂角力研究对多选育耐裂品种,增强油菜品种的抗落粒性,提高生产效率具有重要意义。
文雁成等［35］利用随机碰撞测试方法,对甘蓝型油菜品种进行了抗裂角指数测定。结果表明: 油菜角果抗裂角性主要由品种的遗传特性决定,但受环境条件影响; 分析显示,抗裂角指数与角果密度呈显著负相关,与角皮厚度、角果长度、角果宽度、角粒数呈显著正相关,但系数较小。研究为油菜的育种提供了理论参考。
朱俊奇［36］通过悬空压裂油菜角果的方法在WDW - 300型万能实验机上对不同品种的油菜角果进行了抗裂角性的试验,测得28个油菜品种的角果抗裂角力范围为0. 898 ~ 3. 035N。同时,分析了油菜品种、角果大小、角果含水率等因素对油菜角果抗裂角力的影响: 油菜品种、角果尺寸、成熟度、含水率均对角果抗裂角力产生影响,角果尺寸大时其抗裂角力大,成熟度越高含水率越低的油菜角果,其抗裂角力较小,越容易破裂。
谭小力等［37］采用拉裂法定量测定了油菜角果的开裂力。结果表明: 甘蓝型油菜角果的开裂力在0. 77 ~ 3. 7N之间,裂角性存在很大的遗传变异。研究结果证实了在甘蓝型油菜中选育适宜于机械化收获的耐裂角油菜品种是可行的。
6结语
农作物物料机械特性研究对新农艺的推广、农业机械装备开发与研究,以及推动我国农业机械化具有重要意义。
近几年来,国内外的学者从生物力学、材料力学、 理论力学和微观组织学等方面对小麦、玉米、水稻、油菜和棉花的根系和茎秆的机械性能的研究,目前的研究多是从单一理论方面进行研究,鲜有把多种理论和方法结合起来进行的研究。
吸入特性测试装置的机械系统设计 篇7
吸入特性测试装置对于工业生产中的废弃物的处理、输送以及处理具有重要的意义, 高浓度粘稠物料输送系统中, 大口径活塞泵是系统的核心设备, 运行效率对于系统的稳定运行具有重要的意义。传统的大口径活塞的理论研究中, 主要是采用100%的的吸入效率进行计算, 这样与实际工作状态不相符合, 从而影响了实验数据的真实性, 对于参数控制的参考真实性不足。采用吸入特性测试装置, 能够有效的对大口径活塞的工作参数进行测试, 对于物料的吸入容积进行实时在线测量, 从而为吸入控制提供真实可信的参数, 也能够为大口径活塞的优化设计提供参考。
1 结构组成与工作原理
1.1 结构组成
吸入特性测试装置的机械系统主要是为了完成吸料以及排料的动作, 通过不同结构的构成而对高浓度粘稠物料输送系统提供结构支持, 吸入特性测试装置的结构组成以及参数主要为:吸料速度为0.0.23m/s, 料缸行程0-1m, 料缸直径0.16m, 电机功率7.5kw, 系统压力6.3MPa。
1.2 工作原理
吸入特性测试装置的机械系统工作原理主要为:当进料闸板开启的过程下, 物料缸内行程负压, 并且在系统压力以及空气压力的共同作用下, 物料进入系统内, 当达到设定行程时, 完成吸料过程, 料缸活塞停止运行;当完成吸料后, 料缸活塞前进, 并且将物料从出料闸板阀排除。从而完成一个工作循环。吸入特性测试装置主要是对大口径活塞的吸入容积效率进行计算, 计算的依据为在料缸的一次吸料行程中, 所吸入的物料体积与活塞行程的容积之比, 表达式为η=V1/V2×100%, 其中η为容积吸入效率, V1、V2分别为实际吸入体积与理论吸入体积。
2 机械系统设计
2.1 物料缸与液动闸板阀的设计
吸入特性测试装置主要是针对工业应用进行设计的, 因此物料缸以及活塞的设计必须满足工业应用的需求, 当前普遍采用的为ψ160mm的无缝钢管制备的物料缸, 并且将物料缸与活塞系统相接, 能够满足工业应用的需求。在吸入特性测试装置的使用中, 可能需要面临腐蚀性的物质, 为了保证系统运行, 需要在物料缸内镀一层硬铬层, 保证物料缸具备较强的耐水性、抗腐蚀以及耐磨性能。
液动闸板阀主要是对物料缸内的物料进行有效的合理, 从而确保机械系统的正常运行, 为了确保机械系统正常运行, 液动闸板阀需要具备快速开关、结构紧凑以及密封效果好的特点。机械系统中的液动闸板阀主要是由上端盖、下端盖、阀板以及密封压板构成, 并且以螺栓螺钉联接而成系统结构。为了确保液动闸板阀系统紧固, 需要采用沉头螺钉将密封压板固定, 将闸板阀组装为一体, 而且为了避免泄露, 应该采用橡胶密封圈进行密封, 确保液动闸板阀具有较强的密封能力。
2.2 活塞与液压缸的设计
活塞是保证吸入特性测试装置动力装置, 主要由活塞体、导向环、活塞头芯、密封体等结构组成, 其中密封体主要由耐磨的聚氨酯制备而成, 具有较强的耐腐蚀能力, 对于无聊起着导向、密封以及输送的作用。液压缸的直径、活塞杆直径需要根据液压缸的标准进行圆整, 确保液压缸的设计符合生产的需求。而主要采用头部法兰型安装液压缸, 闸板阀油缸的选型和设计安装与主液压缸相一致。
2.3 料仓的设计
机械装置的料仓可以用作加压时的压力容器, 也可以用作储料容器进行使用, 在使用的过程中, 需要根据生产的需求合理选择物料缸。而且在试验中, 物料可以循环使用, 物料仓的最小体积应为0.1m3, 采用圆柱体设计, 确保体积计算准确合理。在加压的情况进行测试时, 需要密封物料仓, 确保物料仓能够存储的物料越多越好, 因此可以选择0.28m3左右体积的物料仓, 除了体积之外, 物料仓的高度、直径、壁厚均需要符合生产的需求。
2.4 支架以及联接件的设计
为了确保机械能够安全可靠的运行, 需要采用合理的底架与支架系统, 具体如下: (1) 底架设计, 选择槽钢作为测试机械的底架材料, 并且采用焊接进行联接, 而底架与物料缸、液压缸之间采用螺栓联接, 为检修以及拆卸提供结构基础。 (2) 液压缸的支撑系统主要有物料缸支撑板、液压缸支撑板构成, 为了确保稳定, 需要将液压缸与物料缸的中心线处于同一条轴线上, 并且与底架以螺栓联接。支架系统能够对液压缸活塞的运用提供支撑与保护作用, 为了便于物料缸活塞的装配, 可以设计30°的坡口。 (3) 液动闸的支撑座, 液动闸支撑座主要是将液压缸与闸板阀联接起来, 对于液压缸起着支撑与联接的作用, 采用焊接加强版增强支撑座的强度, 并且将设计与信号采集板相联接, 用于控制闸板阀的开关。 (4) 感应器的设计, 在联接卡箍、感应环、活塞杆联接杆的设计测试装置还要设计一些联接件和采集信号用的感应器等, 对于机械装置进行合理控制。
3 吸入特性测试装置应用情况
在对实物的试验中, 测试结果表明, 吸入特性测试装置设计能够满足试验的要求, 其中测试装置的关键部位密封性能良好, 能够满足物料吸入的要求, 而且能够有效的控制吸料速度, 避免泵的泄露与吸空。吸入特性测试装置机械设计的吸入容积的不同质量分数、不同吸料速度以及不同料缸长径比的结果显示, 测试结果准确, 对于机械装置的控制具有较好的参考性。
4 结论
为了满足生产的需求, 需要合理的设计吸入特性测试装置, 从而确保机械装置的稳定性与测试准确性, 满足工程实际需求。在本文的研究中, 依照吸入特性测试装置的工作原理以及组成结构, 采用合适的部件设计与联接方式, 能够满足实验以及实际生产的需求。
摘要：吸入特性测试装置在工业生产过程中具有较大的应用价值, 为了满足工业生产的需求, 需要合理的设计吸入特性测试装置, 根据机械系统原理, 将吸入特性测试装置的组成部分进行功能设计, 最终满足生产的需求。本文对于1:2径活塞泵的吸入特性测试装置的设计进行探讨, 并且结合实际应用探讨吸入特性测试装置的应用价值。
关键词：吸入特性测试装置,机械系统,优化设计
参考文献
[1]赵学义, 付建卓, 崔玉江, 等.煤泥的流变特性实验研究[J].中国矿业大学学报, 2006, 35 (1) :75-78.
生产机械的负载转矩特性分析 篇8
电力拖动系统的运动方程式中包括了电动机的电磁转矩T、生产机械的负载转矩TL与转速n之间的关系,定量的描述了拖动系统的运动规律。但是,要对运动方程式求解,首先必须知道电动机的机械特性和负载特性。负载转矩特性是指生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系,即。不同的生产机械其负载转矩特性也不相同,本文主要对几种典型的负载转矩特性进行说明。
1 恒转矩负载特性
负载转矩TL的大小为一恒定值,与转速n无关,这种特性称为恒转矩负载特性。恒转矩负载的特点是无论转速n如何变化,负载转矩都保持恒值。根据转矩负载的方向是否与转向有关,恒转矩负载又分为反抗性负载和位能性负载两种。
1.1 反抗性恒转矩负载特性
反抗性恒转矩负载转矩是由摩擦阻力产生的转矩,因此是阻碍运动的制动性质转矩。它的特点是不管生产机械的运动方向如何,其作用方向总是与旋转方向相反,而绝对值的大小则是不变的。属于这一类的生产机械有起重机的行走机构、皮带运输机和轧钢机等。
从反抗性恒转矩负载的性质可知,当n>0时, TL>0( 常数 ) ; n<0时, TL<0( 也是常数 ),且TL的绝对值相等,因此,在n、TL直角坐标系中,反抗性恒转矩负载特性是位于第一或第三象限且与纵轴相平行的直线,如图1所示。
1.2 位能性恒转矩负载特性
位能性恒转矩负载的转矩是由重力作用产生的。其特点是工作机构的转矩绝对值大小恒定不变,而且作用方向也保持不变。当n>0时,TL>0,TL是阻碍运动的制动转矩 ; n<0时,TL<0,TL成为帮助运动的拖动转矩了。在n、TL坐标系中,位能性恒转矩负载特性是穿过第一、四象限的直线,如图2所示。
起重机的提升机构、矿井卷扬机等生产机械都具有位能性恒转矩负载特性。对于起重机的提升机构或是矿井卷扬机来说,无论是提升或下放重物,重力作用始终不变。在提升时,重力作用与运动方向相反,它是阻碍运动的 ;在下放时,重力方向与运动方向相同变为促进运动的驱动转矩。如图2所示。
2 恒功率负载转矩特性
恒功率负载的特点是负载的功率为一恒定值,即常数,也就是时,负载转矩减小 ;转矩降低时,负载转矩增大,负载功率不变。恒功率负载特性是一条双曲线,如图3所示。
某些生产机械,例如车床,在粗加工时,切削量大,切削阻力大,负载转矩大,用低速切削 ;在精加工时,切削量小,切削阻力小,往往用高速切削。负载功率恒定。应当指出,所谓恒功率负载是指一种工艺要求,例如车床在加工零件时,根据切削量不同,选用不同的转速,以使切削功率保持不变,对这种工艺要求,体现为负载的转速与转矩之积为常数,即恒功率负载特性,但是在进行每次切削时,切削量都保持不变,因而切削转矩为常数,为恒转矩负载特性。
3 风机、泵类负载转矩特性
鼓风机、水泵、输油泵等流体机械,其转矩与转速的二次方成正比,即TL8n2。这类生产机械只能单方向旋转,其负载转矩特性如图4所示。
4 结语
以上三类负载转矩特性都是很典型的,实际负载可能是一种类型,也可能是几种类型的
综合。例如高炉卷扬机,当料车沿着倾斜的轨道向炉顶送料时就兼有位能和反抗性两类恒转矩负载特性。
摘要：电力拖动系统的运动方程式中包括了电动机的电磁转矩、生产机械的负载转矩与转速之间的关系,定量的描述了拖动系统的运动规律。但是,要对运动方程式求解,首先必须知道电动机的机械特性和负载特性。负载转矩特性是指生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系,即。不同的生产机械其负载转矩特性也不相同,本文主要对几种典型的负载转矩特性进行了分析和介绍。
双模式液压机械传动工作特性分析 篇9
1 组成结构和工作原理
复合无级传动的输出转速方式主要包括复合无级传动、等差式复合无级传动2 种。在汇流的机构中, 一般有一个由正向汇流行星排、反向汇流行星排共同组成的双向汇流行星排组。另外, 这个排组的输出轴和输入轴共有4 组, 当正向汇流行星排运作时, 系统的输出转速会在无级变速单元输出转速的影响下发生相应的变化, 所以, 可将其称作正相位工况或者反相位工况。全面分析车辆传动系统发现, 在各段输出转速不断变化的情况下, 如果变化范围越来越大, 即为等比式。具体来说, 即动力源的输入公路在分流机构的作用下会被分成无级变速单元、齿轮传动机构, 而这两个部分在汇流机构的作用下会形成双向汇流星排组, 并在换段机构双向汇流行星排阻依次运行的情况下, 实现从低到高或从高到低的各种变化, 最终在保持汇流输出转速连续性的前提下, 真正提高车辆传动系统的整体性能。
2 速比特性、功率特性
在换段条件平稳的情况下, 车辆从静态逐步转变为动态, 同时发动发动机, 液压元件的排量为零, 所以, 行星排上作用转矩的状态也为零, 并且发动机的输出轴负载也同样为零, 其产生的作用与离合器是一样的。在发动机达到最低平稳状态时, 一排液压元件会逐步从零往上升, 而另一排液压元件则会保持在最大排量状态。与此相对应的, 当一排液压元件达到最大排量时, 为了使车辆继续前进, 需要逐步减少另一排液压元件的排量, 以在加速的情况下实现速比增加。由此可见, 在车辆实际行驶的过程中, 也是通过上述模式和实际工况来确定其运转方式的, 从而在保证运行状态平稳的前提下合理确定主动件、被动件的相对转速情况, 全面发挥液压元件的整体性能。液压机械传动的2 种模式如图1 所示。
在实践过程中, 如果车辆传动系统具备分速汇矩、复合分流的分流特性, 那么, 双模式系统的功率流形式就会比较复杂。相关资料显示, 在清楚观察系统调速区间功率状态的情况下, 结合机械的实际运行情况可知, 在模式1 状态下, 功率流状呈现的是分流形式;在模式2 状态下, 功率的分流状态有2 种, 即机械路的功率循环和液压路的功率循环。由此可知, 前者是车辆传动系统的内部循环, 后者不是系统循环, 只有在两者共同作用下, 车辆才能正常行驶。
3 机构动态工作特性
目前, 双模式液压机械传动工作特性的研究主要是指段内调速过程、换段过程动态特性2 个方面。而在液压流传动机构的排量控制中, 电流信号的特性发挥着非常重要的作用, 对提高液压机械无级传动速比调节效果有极大的作用。在节流孔直径不断缩小的情况下, 排量控制机构的响应时间会逐渐延长, 同时, 还会影响斜盘位置的稳定性。因此, 在控制电流相同的情况下, 如果阻尼孔缩小, 斜盘位置的稳定性就会减弱。液压机械传动的条件是, 在液压元件允许的前提下, 必须尽可能地缩短响应时间。为了尽可能地减少迟滞和死区, 合理使用阶跃控制电流的方式, 在换段过程中, 应适当提前控制、改变排量电流, 这对于提高车辆传动系统的运行效率有极大的作用。在全面分析了发动机的组成结构后, 要合理设置各个参数指标, 有效掌控发动机转速和油门的工作情况等, 这样才能在动态模式下比较全面地了解发动机的整体运行状况, 最终在保持发动机稳定运行的情况下保障车辆传动系统的机动性能。
4 结束语
总的来说, 在科学技术不断发展的情况下, 如果机械单元中有不同的输入组合, 液压单元的位置也不同, 那么, 液压机械组合单元的结构就会有多样性。因此, 只有全面了解双模式液压机械传动的工作特性, 才能在合理设计各种参数、运行方式等的基础上更好地提高系统运行的稳定性, 达到提高车辆传动系统整体性能的目的。
参考文献
[1]黄秋芳.扫路车机械液压复合传动装置特性AMESim仿真分析[J].海峡科学, 2015 (02) :13-15.
[2]梅怡, 梁贵萍, 林芸, 等.CDIO教学模式在“液压与气压传动”课程教学改革中的实践[J].贵阳学院学报 (自然科学版) , 2014 (04) :71-77.
[3]李小冰.液压机械复合传动技术研究现状及发展趋势[J].机电技术, 2015 (01) :154-157.