张亚男， 董海龙， 张 鹏*

(1.甘肃农业大学机电工程学院，甘肃 兰州 730070；2.定西科技创新研究院，甘肃 定西 743000)

油菜是重要的油料作物，兼具多方面利用价值，我国油菜种植面积和产量均居世界第一[1]。目前，国内水稻、小麦等大宗作物收获基本实现了机械化，而油菜机械化作业起步较晚，国内油菜联合收割机大多是在稻麦联合收割机基础上经过更换专用部件改型而来[2-3]。联合收获可提高作业效率、降低劳动强度，但在收获过程中整机对油菜籽粒存在打击、揉搓、振动等作用[4-6]。本研究基于油菜籽粒受力分析，明晰油菜籽粒在收获过程中的损伤状况，得出损伤评价标准，为油菜收获研究提供一定的参考。

1 籽粒损伤分析

为便于分析做如下假设：籽粒为各向均匀椭球体；接触面积较小，接触点附近籽粒和脱粒元件视为弹性半空间；变形量远小于籽粒，最初接触点附近表面二阶连续，接触区为椭球体[7]。

1.1 籽粒法向受力分析

籽粒与脱粒元件最初接触点为原点，原点处的切平面为x-y平面，建立如图1所示的坐标系oxyz[8]。

图1 脱粒元件和籽粒碰撞示意图

图1中，vz1、vz2为碰撞前法向速度(m/s)；vx1、vx2为碰撞前切向速度(m/s)；ωy1、ωy2为碰撞前切向角速度(rad/s)；β为籽粒碰撞前入射角(°)；G1、G2为籽粒质心；P为法向相互作用力(N)；δz为质心相互接近的法向位移(mm)；Qx为切向摩擦力(N)。

根据Hertz理论，两物体接触时其等效接触半径c为：

(1)

(2)

(3)

其中：

(4)

籽粒与脱粒元件碰撞时会发生弹性变形，两物体形心在法线接近位移为δz。籽粒与脱粒元件的法向相对速度为：