论文题目: 新鲜草物料压缩过程的流变学研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 农业机械化工程
作者: 杜健民
导师: 杨明韶
关键词: 草物料,草捆,压缩,流变学,营养成分
文献来源: 内蒙古农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本试验研究以新鲜的典型牧草、饲料作物和作物秸秆为研究对象,以一次喂入压缩后形成的草片为研究单元,以“开式”压缩为试验基础,使用 LABVIEW 数据采集系统和 MATLAB 数据分析系统,在压捆机实际工作环境下研究草物料在高密度压缩全过程中的流变学特性,以及新鲜高密度成型草产品的生产工艺和贮存过程中的营养变化。通过试验研究得出了以下新的结论: 1、新鲜草物料每经历一次压缩,活塞和草片的受力均存在着快速上升、骤降、缓慢下降和急剧下降4个阶段,且骤降值与物料的形态和草片在压缩室的位置有关,缓慢下降阶段是典型的应力松弛阶段;压缩时的最大压缩力只与物料的形态和压缩室结构有关,而与压捆机的动力提供无直接关系;压缩全过程草片在压缩室各个位置上的最大压缩力与最小变形恢复力的特性存在明显的差异,这是因两个力虽然在每次压缩时均出现,但存在本质区别造成的。 2、本试验研究提出了在压缩过程中密度变化存在一个密度点和三个密度区域的观点;以三种不同形态的物料为研究对象,在不同的喂入量下对草片在压缩全过程一个密度点和三个密度区域的变形恢复进行了试验分析,建立了相应的数学模型,并对其产生的原因进行了综合分析,提出了根据密度平稳区域的位置确定压缩室长度的观点;对由于变形恢复造成的无用功耗进行了量化分析,并确定了影响功耗的主要原因。 3、发现了在压捆机实际工作条件下,新鲜草物料压缩时存在着三种应力松弛;提出了用应力松弛下降速率作为选择压捆机压缩频率依据的观点,并综合分析各种影响因素,提出了合理的压缩频率值和压缩室长度的选择范围,为合理确定压捆机的压缩频率和结构参数提供了依据。 4、对高密度压捆机的三维应力进行了试验研究,获得了压缩全过程草片在不同位置 Z、Y 方向上的应力变化规律;提出了压缩过程中在 Z、Y 方向同样产生流变学变化的观点;得出了在密度平稳区域是 Z、Y 方向草片最大变形恢复应力区域和产生主要摩擦力的区域的结论,对于工程实际设计具有意义。 5、通过试验分析得出了压捆机出料口尺寸高度的减小对压缩全过程产生非常大影响的结论;寻找到了对全过程的压缩力、消耗功和应力松弛的影响规律,提出了单纯依靠减小出料口尺寸高度的办法来提高压缩密度的办法是不经济的观点。 6、通过对草片形态稳定性的试验分析,寻找到了草片在压缩全过程上、下截面变形恢复力及其变形恢复力差异的变化规律;得出了在压缩过程中和草捆贮运时,变性恢复力是造成草捆尺寸改变、变形恢复力的差异是造成草捆形状改变根源的结论,并为活塞压缩力作用点位置的调整、活塞的结构设计以及捆绳位置的调整和材料的选择提供了依据。 7、通过新鲜高密度成型草产品生产过程和产品在贮运过程中营养转变的试验分析,得出了新鲜牧草、饲料作物和作物秸秆经过高密度压缩缠膜后,不仅提高了产品的贮运性能、商品性,而且较理想地保持了新鲜草物料原有的营养成分的结果,尤其对于豆科类不宜青贮的植物,其营养保持效果更加明显。
论文目录:
1 引言
1.1 课题研究的意义
1.1.1 我国在草资源有效开发利用中长期存在的三个突出问题
1.1.2 成型草产品开发要求与其相适应的工程装备
1.1.3 探索草物料加工流变学规律
1.2 国内外有关草物料压缩设备现状及存在的问题
1.2.1 草物料压缩设备现状
1.2.2 现有草物料压缩设备及草捆产品存在的问题
1.3 国内外草物料压缩理论研究现状
1.3.1 以“闭式”压缩试验为基础的流变学研究
1.3.2 以“开式”压缩试验为基础的流变学研究
1.3.3 压缩流变学理论研究存在的主要问题
1.4 本研究在草物料压缩过程中流变学理论上的探索
1.4.1 对含水率较高的新鲜草物料进行高密度“开式”压缩试验，研究其在压缩全过程的流变学特性
1.4.2 以一次喂入压缩形成的一个草片为研究对象，研究压缩过程的流变学特性
1.4.3 对草片在压缩过程的三维应力进行研究
1.4.4 对新鲜草捆形态稳定性的试验研究
1.4.5 研究出料口截面积尺寸变化对压缩过程影响的规律
1.4.6 对不同草物料进行对比分析
1.4.7 新鲜高密度成型产品的试验研究
2 新鲜物料压缩全过程压缩力变化规律研究
2.1 引言
2.2 技术路线
2.3 试验方案
2.3.1 试验设备的确定和传感器的选择
2.3.2 传感装置的设计与安装
2.3.3 试验物料的确定
2.3.4 试验程序
2.3.5 数据处理与分析
2.3.6 对拟合曲线和数学模型进行分析，找出压捆机的结构设计工程动力学参数的关系
2.4 压缩活塞上压缩力特性的测试与分析结果
2.5 草片在第二次压缩时的受力特性测试与分析结果
2.6 压缩室内任意位置草片的压缩力特性测试与分析结果
2.7 不同喂入量对草片所承受压缩力的影响分析结果
2.8 压缩过程中压缩力骤降问题的研究
2.9 试验研究结论
3 新鲜物料压缩全过程变形恢复变化规律的研究
3.1 引言
3.1.1 变形恢复产生的原因
3.1.2 关于草物料压缩变形的研究状况
3.1.3 变形恢复是有待于深入研究的问题
3.2 技术路线
3.3 试验方案
3.3.1 试验设备的确定和传感器的选择
3.3.2 传感装置的设计与安装
3.3.3 试验物料的确定
3.3.4 试验程序
3.4 草片在全过程变形恢复与压缩密度的研究
3.4.1 草片在全过程变形恢复规律曲线分析
3.4.2 草片在全过程压缩力与压缩密度的曲线分析
3.5 松散草物料经第一次压缩时压缩力与压缩密度的曲线拟合
3.6 三种物料在压缩全过程密度变化规律的曲线拟合
3.6.1 玉米秸秆全过程密度变化规律分析及曲线拟合
3.6.2 苜蓿和苏丹草全过程的密度变化分析及曲线拟合
3.7 草片变形恢复对动力消耗的影响
3.7.1 变形恢复所消耗功的分析
3.7.2 压缩全过程耗功量的计算
3.8 三种状态下密度值的比较
3.9 草片在密度平稳区变形恢复力的研究
3.10 试验研究结论
4 新鲜草物料压缩全过程应力松弛规律的研究
4.1 引言
4.2 试验技术路线
4.3 试验方案
4.3.1 压捆机的确定和传感器的选择
4.3.2 传感装置的设计与安装
4.3.3 试验材料的确定
4.3.4 试验程序
4.4 四个特定位置草片应力松弛试验分析结果
4.4.1 草片在四个特定位置一次压缩下的应力松弛拟合曲线
4.4.2 草片在四个特定位置压缩下的应力松弛拟合结果
4.4.3 三种物料的应力松弛特性对比
4.5 压缩全过程应力松弛特性的试验分析结果
4.6 压捆机实际工作状态下的应力松弛研究
4.6.1 实际工作状态下第一次压缩时的应力松弛研究
4.6.2 实际工作状态下在密度稳定区域的应力松弛研究
4.6.3 实际工作状态下压缩全过程的应力松弛研究
4.6.4 实际工作状态下喂入量对应力松弛影响的研究
4.7 试验研究结论
5 草片在压缩过程三维应力的试验研究
5.1 引言
5.2 试验技术路线
5.3 试验方案
5.3.1 试验设备及传感器的选择
5.3.2 传感装置的设计
5.3.3 传感装置的安装
5.3.4 试验程序
5.4 草片在一次压缩过程中的三维应力试验研究
5.4.1 草片上半截面一次压缩过程中的三维应力试验分析结果
5.4.2 草片下半截面一次压缩过程中的三维应力试验分析结果
5.4.3 草片整个截面一次过程中的受力分析
5.5 草片在压缩全过程中的三维应力分析
5.5.1 压缩全过程 Z 方向的应力变化规律
5.5.2 压缩全过程 Y 方向的应力变化规律
5.5.3 形成压缩全过程 Z、Y 方向应力变化规律的因素
5.6 草片在压缩全过程中 Z、Y 方向应力的应力松弛分析
5.6.1 草片在压缩过程中 Z 方向的应力松弛分析
5.6.2 草片在压缩过程中 Y 方向的应力松弛分析
5.7 出料口尺寸变化对 Z 方向应力的影响
5.8 试验研究结论
6 压捆机出料口尺寸高度变化对压缩过程影响的研究
6.1 引言
6.2 试验技术路线
6.3 试验方案
6.3.1 试验设备及传感装置
6.3.2 压捆机出料口尺寸高度调整机构
6.3.3 实验程序
6.4 不同尺寸高度下压缩力变化规律的对比试验研究
6.4.1 第一次压缩活塞压缩力变化规律的对比研究
6.4.2 密度平稳区内一次压缩草片承受压缩力变化规律的对比研究
6.4.3 压缩全过程草片承受压缩力变化规律的对比研究
6.4.4 不同尺寸高度压缩力差异变化的比较
6.4.5 不同尺寸高度对草片上、下截面变表恢复力差异的比较
6.5 不同尺寸高度下草片变形恢复规律的对比试验研究
6.5.1 压缩过程中草片密度平稳区域的比较
6.5.2 压缩密度变化规律的对比研究
6.5.3 尺寸高度变化对功耗影响的研究
6.6 不同尺寸高度下草片应力松弛规律的试验研究
6.6.1 第一次压缩时草片应力松弛区应力松弛的对比研究
6.6.2 草片在密度平稳区的应力松弛的对比研究
6.6.3 压缩全过程草片的应力松弛的对比研究
6.7 试验研究结论
7 新鲜草捆形态稳定性的试验研究
7.1 引言
7.2 试验技术路线
7.3 试验方案
7.3.1 试验设备及传感器的选择
7.3.2 传感装置的设计与安装
7.3.3 试验材料的确定
7.3.4 试验程序
7.4 变形恢复力差异变化规律对草捆稳定性的影响
7.5 草片应力松弛对草捆稳定性的影响
7.6 草片密度不均匀对活塞压缩力的影响
7.7 试验研究结论
8 新鲜高密度草捆新产品的试验研究
8.1 引言
8.2 试验方案
8.2.1 试验草种类的选择
8.2.2 试验过程
8.3 苜蓿试验结果分析
8.4 玉米秸秆与苏丹草试验结果
8.5 试验研究结论
9 结论与展望
9.1 结论
9.2 存在的问题与展望
9.2.1 研究的领域还有待于扩展
9.2.2 对草物料的个体形态的定量分析有待于深入
9.2.3 三维应力的定量分析仍需进一步深入
致谢
参考文献
附录
附录1 文献期刊查新结果
附录2 数据采集及数据处理相关程序
附录3 论文正文相关的数据图表
附录4 草产品营养检验报告
附录5 试验设备及过程图片
作者简介
发布时间: 2005-07-18
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