采用高速摄影技术测定油葵籽粒三维碰撞恢复系数

来源：农业工程学报杂志2020年第4期北京时间：

作者：刘羊,黄小毛,马丽娜,宗望远,李茂,唐灿,

摘要：为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理，设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象，借助高速摄影技术，记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素：碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明，油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小；油葵籽粒与Q235之间恢复系数，随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大，随着下落高度的增加而减小，随着材料厚度的增加而增大，随着含水率增大而降低，且在碰撞部位试验中，籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程，且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明，影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率，其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著，材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明：基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值；三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明：三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。

关键词：农作物, 运动学, 镜面反射, 三维碰撞, 变化规律, 油葵籽粒, 恢复系数