文章信息

原名：Analysis of impact and absorbed energy of Fritillaria ussuriensis maxim during drum screening and its effect on impact damage

译名：平贝母冲击吸收能量分析滚筒筛分过程及其对冲击损伤的影响

期刊：Computers and Electronics in Agriculture

2022年影响因子：8.3

5年影响因子：8.3

在线发表时间：2023.10.31

通讯作者：衣淑娟

第一单位：黑龙江八一农垦大学

文章亮点

优化FUM机械操作有巨大经济效益

明确了下落高度对FUM冲击能量的影响较大

FUM的损伤可能与切向速度有关

全面分析了FUM在升降板上的运动和FUM运动的全貌。

提出了在特定试验台上安装传感元件以获取更准确的能量损失数据的方法，为FUM损伤研究提供了新的技术手段。

01研究背景

FUM是中国的一种珍贵传统药材和重要的出口商品,在中药材市场上有重要的地位。目前,东北三省的FUM种植年产干FUM可达3万吨,每年为农民创造经济效益约18亿元。然而,收获FUM的过程费时费力,实现机械化收获对于FUM的高效生产至关重要。目前,FUM的机械化收获主要是通过机械筛分来实现的,但滚筒筛通常用于FUM的机械筛分具有筛分效率高、处理能力强等优点,但也会造成机械损伤到FUM,从而降低FUM种子的发芽率,导致产量大幅下降,同时也会影响FUM的外观和质量,导致价格下降,造成经济损失。因此,研究如何减少滚筒筛对FUM的机械损伤以及提高FUM的产量和质量,对于FUM的高效生产和可持续发展具有重要意义。

02研究方案

为了解决这一问题，我们通过检测FUM与撞击面碰撞前和碰撞过程中冲击能量的变化,来分析FUM的机械损伤。同时将使用转鼓筛分装置,从理论上确定FUM的冲击能,以实现FUM的低损失筛分。除此,我们还将分析FUM吸收能随影响因素的变化规律,以深入了解FUM的机械损伤机制。

03研究结果

在本次研究中，我们关注了FUM的冲击能和吸收能的影响因素及其变化，以降低FUM在机械操作过程中的损伤。研究发现，下落高度对冲击能量的影响较大，而与转鼓转速关系较小。FUM 的损伤可能与图13所示 ,具有不同平均质量的 FUM 吸收能量随落差的变化。图 14 所示,不同液滴方向下吸收能量相对于质量的变化。切向速度。因此，切向速度对 FUM 损伤或局部损伤的影响也得到了重点研究。FUM 运动分析只考虑了滚子段提升板上的旋转、对角摆动和滑动运动，而没有考虑 FUM 混合物沿提升板轴向的滑动运动。此外，FUM的损伤可能与切向速度有关。为了更全面地了解FUM在升降板上的运动，研究分析了滚子段提升板上的旋转、对角摆动、滑动运动，以及沿提升板轴向的滑动运动。

目前，关于FUM在碰撞过程中的能量损失和机械损伤的研究方法主要基于自由落体和冲击试验。然而，这种方法仅考虑了理想条件下果实与接触材料之间的能量损失和机械损伤，并未涉及实际操作过程中由于物质碰撞而产生的能量损失和机械损伤。因此，有必要在特定试验台上安装传感元件，以便更准确地获取材料碰撞造成的能量损失。

Fig.9.When the drum diameter and lift plate width are fixed (R=0.65 m, f = 0.57), the maximum   falling velocity of the FUM mixture on the lift plate is linearly related to the drum rotational   speed. When the drum speed is 5,10,15,21, and 25r/min, the maximum falling velocity of the FUM mixture on the lift plate is 0.52,1.05,1.57,2.2, and 2.6 m/s, respectively. When ω < 0.67 

rad/s, the maximum drop velocity increases with the decrease of β;when ω > 1.14 rad/s, the drop velocity of the FUM mixture increases with the increase of β.The coefficients for the fitting lines  for β  = 10◦, 20◦ and 30◦ are R2  = 0.99292,0.99858,and 0.99949,respectively.

Fig. 11. The coefficients of the drop height function were R2 =0.97855, 0.9888, and 0.9925, forβ = 10◦, 20◦, and 30◦, respectively. When the diameter of the drum and the width of the lifting plate are constant, the drop height of the FUM mixture changes with the rotating speed of the drum according to a cubic curve with maximum values of1.15, 1.15 and 1.17 m, forβ = 10◦, 20◦, and 30◦, respectively.

Fig.12. It is evident from the Fig. 12 that when β = 10◦, the square of normal collision speed of FUM is a cubic function with respect to the rotating speed of the drum.

Fig.13. It is evident that for a particular drop height, the absorbed energy increases with the increase in average FUM mass.

Fig.14. The absorbed energy of FUM for both impact directions is directly proportional to the mass of FUM. According to the analysis results, for both directions, the influence of FUM on absorbed energy is not significant.

Fig. 16. Variation of impact bruise and breakage probability with respect to impact and absorbed energy. Impact and absorbed energy refer to the average value of mechanical damage of 100 grains FUM

03研究结论

我们在试验中发现,在一定的条件下,提高转速和径向倾角可以减少FUM的机械损伤,从而提高筛分效率。通过建立滚筒筛网的三维模型,进行了理论分析和实验校正,我们发现，在提升板与转鼓径向倾角一定值的条件下，随着转速的增加，冲击能先增大后减小;在一定转速范围内，冲击能量随径向倾角的增大而减小。根据冲击能与吸收能的关系，吸收能与冲击能的变化趋势是一致的。结果表明,下落高度和碰撞材料是影响FUM吸收能量的关键因素,而FUM的损伤率和破损率与冲击和吸收能量成二次关系。本研究的结果为优化FUM采收低损耗转鼓筛分装置的关键参数提供了理论参考。

原文链接：Analysis of impact and absorbed energy of Fritillaria ussuriensis maxim during drum screening and its effect on impact damage - ScienceDirect.html 

文章信息

原名：Analysis of impact and absorbed energy of Fritillaria ussuriensis maxim during drum screening and its effect on impact damage

译名：平贝母冲击吸收能量分析滚筒筛分过程及其对冲击损伤的影响

期刊：Computers and Electronics in Agriculture

2022年影响因子：8.3

5年影响因子：8.3

在线发表时间：2023.10.31

通讯作者：衣淑娟

第一单位：黑龙江八一农垦大学

文章亮点

优化FUM机械操作有巨大经济效益

明确了下落高度对FUM冲击能量的影响较大

FUM的损伤可能与切向速度有关

全面分析了FUM在升降板上的运动和FUM运动的全貌。

提出了在特定试验台上安装传感元件以获取更准确的能量损失数据的方法，为FUM损伤研究提供了新的技术手段。

01研究背景

FUM是中国的一种珍贵传统药材和重要的出口商品,在中药材市场上有重要的地位。目前,东北三省的FUM种植年产干FUM可达3万吨,每年为农民创造经济效益约18亿元。然而,收获FUM的过程费时费力,实现机械化收获对于FUM的高效生产至关重要。目前,FUM的机械化收获主要是通过机械筛分来实现的,但滚筒筛通常用于FUM的机械筛分具有筛分效率高、处理能力强等优点,但也会造成机械损伤到FUM,从而降低FUM种子的发芽率,导致产量大幅下降,同时也会影响FUM的外观和质量,导致价格下降,造成经济损失。因此,研究如何减少滚筒筛对FUM的机械损伤以及提高FUM的产量和质量,对于FUM的高效生产和可持续发展具有重要意义。

02研究方案

为了解决这一问题，我们通过检测FUM与撞击面碰撞前和碰撞过程中冲击能量的变化,来分析FUM的机械损伤。同时将使用转鼓筛分装置,从理论上确定FUM的冲击能,以实现FUM的低损失筛分。除此,我们还将分析FUM吸收能随影响因素的变化规律,以深入了解FUM的机械损伤机制。

03研究结果

在本次研究中，我们关注了FUM的冲击能和吸收能的影响因素及其变化，以降低FUM在机械操作过程中的损伤。研究发现，下落高度对冲击能量的影响较大，而与转鼓转速关系较小。FUM 的损伤可能与图13所示 ,具有不同平均质量的 FUM 吸收能量随落差的变化。图 14 所示,不同液滴方向下吸收能量相对于质量的变化。切向速度。因此，切向速度对 FUM 损伤或局部损伤的影响也得到了重点研究。FUM 运动分析只考虑了滚子段提升板上的旋转、对角摆动和滑动运动，而没有考虑 FUM 混合物沿提升板轴向的滑动运动。此外，FUM的损伤可能与切向速度有关。为了更全面地了解FUM在升降板上的运动，研究分析了滚子段提升板上的旋转、对角摆动、滑动运动，以及沿提升板轴向的滑动运动。

目前，关于FUM在碰撞过程中的能量损失和机械损伤的研究方法主要基于自由落体和冲击试验。然而，这种方法仅考虑了理想条件下果实与接触材料之间的能量损失和机械损伤，并未涉及实际操作过程中由于物质碰撞而产生的能量损失和机械损伤。因此，有必要在特定试验台上安装传感元件，以便更准确地获取材料碰撞造成的能量损失。

Fig.9.When the drum diameter and lift plate width are fixed (R=0.65 m, f = 0.57), the maximum   falling velocity of the FUM mixture on the lift plate is linearly related to the drum rotational   speed. When the drum speed is 5,10,15,21, and 25r/min, the maximum falling velocity of the FUM mixture on the lift plate is 0.52,1.05,1.57,2.2, and 2.6 m/s, respectively. When ω < 0.67 

rad/s, the maximum drop velocity increases with the decrease of β;when ω > 1.14 rad/s, the drop velocity of the FUM mixture increases with the increase of β.The coefficients for the fitting lines  for β  = 10◦, 20◦ and 30◦ are R2  = 0.99292,0.99858,and 0.99949,respectively.

Fig. 11. The coefficients of the drop height function were R2 =0.97855, 0.9888, and 0.9925, forβ = 10◦, 20◦, and 30◦, respectively. When the diameter of the drum and the width of the lifting plate are constant, the drop height of the FUM mixture changes with the rotating speed of the drum according to a cubic curve with maximum values of1.15, 1.15 and 1.17 m, forβ = 10◦, 20◦, and 30◦, respectively.

Fig.12. It is evident from the Fig. 12 that when β = 10◦, the square of normal collision speed of FUM is a cubic function with respect to the rotating speed of the drum.

Fig.13. It is evident that for a particular drop height, the absorbed energy increases with the increase in average FUM mass.

Fig.14. The absorbed energy of FUM for both impact directions is directly proportional to the mass of FUM. According to the analysis results, for both directions, the influence of FUM on absorbed energy is not significant.

Fig. 16. Variation of impact bruise and breakage probability with respect to impact and absorbed energy. Impact and absorbed energy refer to the average value of mechanical damage of 100 grains FUM

03研究结论

我们在试验中发现,在一定的条件下,提高转速和径向倾角可以减少FUM的机械损伤,从而提高筛分效率。通过建立滚筒筛网的三维模型,进行了理论分析和实验校正,我们发现，在提升板与转鼓径向倾角一定值的条件下，随着转速的增加，冲击能先增大后减小;在一定转速范围内，冲击能量随径向倾角的增大而减小。根据冲击能与吸收能的关系，吸收能与冲击能的变化趋势是一致的。结果表明,下落高度和碰撞材料是影响FUM吸收能量的关键因素,而FUM的损伤率和破损率与冲击和吸收能量成二次关系。本研究的结果为优化FUM采收低损耗转鼓筛分装置的关键参数提供了理论参考。

原文链接：Analysis of impact and absorbed energy of Fritillaria ussuriensis maxim during drum screening and its effect on impact damage - ScienceDirect.html