本文针对南疆棉花在采摘、收储、加工过程中,棉纤维受力状况变化问题,设计了一个多向压缩装置。压缩过程期间,采集原棉多向压缩力,分析原棉压缩力的变化规律,获得原棉多向压缩的形态变化特征,以期为原棉等散体材料的加工生产提供新的压缩方法与理论指导。本文结论如下:(1)为了研究原棉多向压缩行为,设计一款多向推进压缩装置。依据分步压缩的思路,两向压缩板先行相向推进至指定位置,另两向压缩再推进实施压缩。依据压缩板的推进方式,选用的丝杆传动机构。依据原棉压缩预定压缩能耗,设计压缩装置推进力,对关键部位进行校核计算。Solid Works2016三维制图软件绘制样机三维模型图,Auto CAD 2007软件设计绘制出二维装置图,加工、组装制得多向压缩装置。试验验证发现该多向压缩装置可实现原棉的多向压缩。(2)原棉属于软物质散体材料,其内部棉纤维间存在空隙,棉纤维受压易滑移变形。棉纤维间存在相互作用微力作用,纤维与纤维力相互串联形成网链。为了获得原棉内部压力分布形态,利用PFC6.0软件对原棉建模,模拟其压缩过程,获得原棉内部压缩分布状况。分析原棉压缩模拟力学过程,发现原棉内部压力分布不均匀。随压缩空隙排出纤维间力链增强,纤维间力链未见主力链分布。(3)为了获得原棉的压力,利用两套数据采集系统采集多向压缩力。数据采集系统由薄膜压力传感器、16路采集器和压力传感采集软件组成。薄膜压力传感器选用FRS402电阻式传感器,16路采集器压力集采压电阻值并转化为压力值,压力传感采集软件时时采集、存储多路数据。薄膜压力传感器感应面积小,集采力值的范围较为有限。为了获得较为准确的力值分布状况,设置不同传感器布置位置。对比各类传感器位置的压缩力值分布与感应状况,发现传感器有序分散安放(D方案)最为有效。(4)利用多向压缩装置压缩原棉,数据采集系统采集压缩力,分析原棉多向压缩力变化规律。结果发现:随箱内填充原棉量的增加,原棉密度也随之增加。原棉压缩力值随棉花密度上升而增大,原棉密度变化伴随着内部纤维的滑移、变形。棉纤维间滑移,原棉内纤维分布不均匀状态向均匀状态转变,原棉压力由密度高的部分向密度低的密度扩散。对比原棉密度与压缩力变化趋势,相对密度与原棉压力呈较佳相关性。该曲线能较好地表示相对密度与原棉压力之间的关系。