【摘 要】
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新疆地区是我国重要的棉花产区,随农业机械化水平的不断提升,新疆棉花全程机械化的不断推进,棉花机械采收率逐年稳步上升。但仍面临诸多问题:机收后籽棉松散、密度低、运储不便且成本高,降低采棉机工作效率,籽棉压缩成型可有效解决此类问题。因此,探究机采籽棉压缩特性及成型性能,可为研制、设计相关设备提供必要的数据支撑与理论基础。本文以机采籽棉为研究对象,基于籽棉物理机械特性,结合籽棉安全压缩密度,研究籽棉压缩
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新疆地区是我国重要的棉花产区,随农业机械化水平的不断提升,新疆棉花全程机械化的不断推进,棉花机械采收率逐年稳步上升。但仍面临诸多问题:机收后籽棉松散、密度低、运储不便且成本高,降低采棉机工作效率,籽棉压缩成型可有效解决此类问题。因此,探究机采籽棉压缩特性及成型性能,可为研制、设计相关设备提供必要的数据支撑与理论基础。本文以机采籽棉为研究对象,基于籽棉物理机械特性,结合籽棉安全压缩密度,研究籽棉压缩过程中的力学特性,运用材料流变学理论,揭示保型阶段应力变化规律,进而搭建籽棉压缩成型试验台,进行籽棉压缩成型试验,确定影响压后成型特性的主要因素,并通过多因素组合试验获取试验因素的主次顺序,得到试验条件下机采籽棉较佳压缩参数范围。本文的主要研究内容如下:（1）籽棉物理机械特性研究。对收获期石河子地区主栽机采棉进行统计与试验测试,得出收获期籽棉含水率为7%～11%,且日内含水率先减小后增大;通过定容积法测得机采籽棉自然堆积密度为37.5～46.28 kg/m~3,其与含水率、含杂率呈显著正相关关系（P＜0.05）;棉籽破碎力学特性试验结果表明,影响棉籽破碎力学特性的因素主次顺序为:含水率、压缩方位、品种。（2）机采籽棉压缩特性及压缩过程分析。通过机采籽棉单轴闭式压缩试验,得出压缩过程中压缩密度与压力、体积模量的关系可由幂函数和指数函数描述（P＜0.01）,机采籽棉可压缩性随压缩密度的增大而变差,且各因素对机采籽棉压缩特性影响有所不同:低压缩密度下呈线性关系,高密度下线性关系增强,逐渐呈非线性;通过理论分析获取籽棉压缩过程中棉层受力情况及单粒棉籽破碎条件,并通过压缩试验得出压缩密度高于250 kg/m~3,棉籽破碎率会加速增大。（3）机采籽棉应力松弛特性研究。基于机采籽棉应力松弛曲线,运用逐次余数法建立机采籽棉五元件Maxwell应力松弛模型,试验结果表明:平衡弹性模量与含水率、保持时间、截面尺寸呈负相关关系（P＜0.05）,与含杂率、压缩密度呈正相关关系（P＜0.01）;应力迅速衰减时间与含水率、保持时间呈负相关关系（P＜0.01）,与压缩密度呈正相关关系（P＜0.01）;剩余应力比与含水率、压缩密度、保持时间呈负相关关系（P＜0.01）;建立机采籽棉应力松弛动力学模型,仿真其应力松弛过程,得到仿真值与试验值最大偏差为9.46%,表明模型构建的合理性。（4）机采籽棉成型特性与压缩成型试验。搭建籽棉压缩成型试验台,进行压缩成型单因素试验,确定主要影响因素,并以尺寸稳定系数与棉籽破碎率为评价指标,进行多因素组合试验,试验结果表明:影响尺寸稳定系数的因素主次顺序为初始密度,压缩力,含水率,保持时间;影响棉籽破碎率的因素主次顺序为初始密度,压缩力,含水率,保持时间;以棉籽破碎率2～3%,尺寸稳定系数3～3.5为边界条件,得出试验条件下机采籽棉较佳压缩参数范围:含水率为6～11.7%、初始密度为47.87～74.84 kg/m~3、压缩力为3～5.32 k N、保持时间为50～239.75 s。
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