CN112906229A - 收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统，方法包括：获取预设的仿真模型的模型参数；计算脱谷杆模型的动力学参数；判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞；其中；若产生碰撞，执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；若全部碰撞对分离或未产生碰撞，执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果。本发明通过建立仿真模型、输入模型参数、判断是否产生碰撞、计算及结果输出，可对脱谷杆与谷物的互相作用过程进行仿真，并获得脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间等关键参数，利用该模型可测试谷物脱粒装置的机械性能与不同材质的脱谷杆的性能，测试成本低、周期短、灵活度高且数据获取方便。

Description

收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统

技术领域

本发明涉及农业机械仿真技术领域，特别是涉及一种收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统。

背景技术

在对收割机进行研发过程中，为了达到较好的谷物分离效果，对于收割机的谷物分离装置的性能需要进行验证，以确定机械结构及选择的材料是否能达到预期的效果，现有技术中，一般都是做出样机后对谷物分离装置的性能进行验证，这种测试方法不仅成本高，而且测试周期长，调试、数据记录都较麻烦。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可对脱谷过程进行仿真以验证脱谷机构的性能的收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统。

技术方案：为实现上述目的，本发明的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，所述方法包括：

获取预设的仿真模型的模型参数；其中，所述仿真模型为包含了脱谷杆模型与谷物模型的动力学模型；

计算所述脱谷杆模型的动力学参数；

判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞；

若未产生碰撞，执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果；其中，所述运动仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形；

若产生碰撞，执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；其中，所述碰撞仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形、法向碰撞力、切向碰撞力和冲击持续时间。

进一步地，所述计算所述脱谷杆模型的动力学参数及所述执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果均基于如下动力学方程进行求解：

其中，x-广义坐标列阵，Q-转动时非接触力对应的广义力，T-系统动能，V_E-系统弹性变形势能，V_G-系统重力势能；

上述动力学方程简化为：

其中：J-广义质量矩阵。

进一步地，所述执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果中，所述脱谷杆i的变形基于如下方程求解：

其中：h_i(η)为所述脱谷杆i上距离自身坐标系原点为η的点在变形后的齐次坐标；

为弹性线性位移，

为非线性耦合位移；

在所述脱谷杆i自身坐标系中，x_ij,y_ij和z_ij分别表示第j变形线位移模态分别在x,y和z轴上的分量；x_ijk表示的是由弯曲变形引起的轴向缩短项，即采用非线性应变场所产生的高阶刚柔耦合项；δ_ij表示第j个模态坐标；N_i描述了所述脱谷杆变形的模态数。

进一步地，所述执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果包括如下步骤：

根据潜在碰撞对的法向间距进行碰撞搜索和碰撞预判；

激活多接触约束及约束方程；

计算碰撞初始时刻速度跳跃条件；

根据粘滞/滑移切换准则对碰撞形成的接触对的状态进行判断，并根据接触对的状态采用粘滞状态方程式或滑动状态方程式进行求解。

进一步地，引入如下四个指标集：所有潜在接触点集C_G＝{1,2,...,n_G}、初始接触点集C_S＝{k∈C_G|g_Nk＝0,k＝1,2,...,n_S}、滑移接触对集

和粘滞接触对集

g_Nk，

以及g_Tk，

分别为惯性坐标系O-XY下接触对

的法向间距、法向相对速度和切向相对滑动距离、切向相对速度；

所述计算碰撞初始时刻速度跳跃条件基于如下方程组进行求解：

其中，ε_N和ε_T分别为法向和切向恢复系数，

和

分别为接触对k初始时刻的法向和切向打击冲量势能。

进一步地，所述粘滞状态方程式为：

其中，γ_Nk和γ_Tk分别为约束方程的法向和切向加速度右项，A_zk和B_zk分别为法向约束和切向约束的雅可比矩阵；λ_Nk与λ_Tk分别表示法向冲击力与切向冲击力。

进一步地，所述滑动状态方程式为：

其中，

-广义法向约束力，

-广义滑动摩擦力；

-滑动摩擦力的影响，

-切向接触方向，即向前或向后，μ_k-滑动摩擦系数。

进一步地，所述根据潜在碰撞对的法向间距进行碰撞搜索和碰撞预判包括：

基于接触对法向间距矢量g_Nk正负值；

当g_Nk≤0，则所述接触对k处于接触状态；

当g_Nk＞0，则所述接触对k处于分离状态；

当C_S＝{k∈C_G|g_Nk＞0,k＝1,2,...,n_S}，则所有接触对分离，系统处于空载状态。

进一步地，所述根据粘滞/滑移切换准则对接触对的状态进行判断包括：

对比|λ_Tk|与μ_kλ_Nk两者的大小；

当|λ_Tk|≤μ_kλ_Nk，则所述接触对k处于粘滞状态；

当|λ_Tk|＞μ_kλ_Nk，则所述接触对k处于滑动状态。

一种收割机用谷物分离装置的性能测试系统，其包括：

获取模块，其用于获取预设的仿真模型的模型参数；其中，所述仿真模型为包含了脱谷杆模型与谷物模型的动力学模型；

动力学计算模块，其用于计算所述脱谷杆模型的动力学参数；

判断模块，其用于判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞；

第一计算模块，其用于在未产生碰撞时执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果；其中，所述运动仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形；

第二计算模块，其用于在产生碰撞时执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；其中，所述碰撞仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间。

有益效果：本发明的收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统，通过建立仿真模型、输入模型参数、判断是否产生碰撞、计算及结果输出，可对脱谷杆与谷物的作用过程进行仿真并获得脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击时间等关键参数以作为评价测试效果的依据，利用该模型可测试谷物分离装置的机械性能与不同材质的脱谷杆的性能，测试成本低、周期短、灵活度高且数据获取方便。

附图说明

附图1为仿真模型的示意图；

附图2为收割机用谷物分离装置的性能测试方法的流程示意图；

附图3为脱谷状态计算流程的流程示意图；

附图4为收割机用谷物分离装置的性能测试系统的构成示意图；

附图5为钢材脱谷杆端弯曲变形图；

附图6为柔性树脂脱谷杆端弯曲变形图；

附图7为钢材脱谷杆和柔性树脂脱谷杆作用于谷物上的法向打击力比较图；

附图8为钢材脱谷杆作用于谷物上的揉搓相对切向速度图；

附图9为柔性树脂脱谷杆作用于谷物上的揉搓相对切向速度图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明之收割机用谷物分离装置的性能测试方法基于预设的仿真模型，收割机的脱谷机构为滚筒状，其包括滚筒，滚筒四周圆周阵列固定有多个脱谷杆，脱谷杆沿着滚筒的轴向延伸。脱谷杆为圆形截面的条形结构，其被夹紧结构固定在滚筒筒体上，可视作是一端固定的悬臂梁，因此在如附图1所示的仿真模型中，脱谷杆被简化为悬臂梁，而谷物被简化为各向同性的椭球体。如附图1所示，在脱谷杆固定端连接处

位置建立描述大范围运动的惯性坐标系O-XY，用浮动坐标系O-xy来描述脱谷杆的运动与变形，谷物坐标系为O′-X′Y′，其固定在谷物颗粒上，用W_Q来描述坐标系O′-X′Y′至坐标系O-XY之间的变换矩阵。

脱粒过程中，脱谷杆与谷物之间发生多次含摩擦冲击。在脱谷状态下，籽粒经过脱谷杆的击打和揉搓摩擦，从秸秆上落下而成为自由颗粒。当法向打击力或者摩擦力过小或者不足时，谷物脱净率降低；当法向打击力或者摩擦力超过谷物颗粒的最大承受力时，它的外部或内部会造成损伤，从而影响谷物籽粒的收获质量和种子的发芽率。为了避免脱谷损伤，基于上述仿真模型对脱离过程进行模拟，以验证脱谷机构的性能。

如附图2所示的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其包括如下步骤S101-S105：

步骤S101，获取预设的仿真模型的模型参数；

本步骤中，模型参数脱谷杆的长度、密度、直径、截面积、面积惯性矩、弹性模量、谷物与脱谷杆的摩擦系数、滚筒转速等数据。

步骤S102，计算所述脱谷杆模型的动力学参数；

本步骤中，脱谷杆模型的动力学参数包括脱谷杆的位置、速度与加速度。

步骤S103，判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞，是则进入步骤S105，否则进入步骤S104；

本步骤中，通过碰撞搜索算法检测谷物是否与脱谷杆发生碰撞。

步骤S104，执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果；其中，所述运动仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形；

步骤S105，执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；其中，所述碰撞仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间。

上述步骤S101-S105以时间Δt为单位循环运行，每一段时间Δt的运行过程称为一个积分步，由于仿真过程中，脱谷杆在脱谷滚筒自然转动过程中或受到谷物碰撞均会产生振动与变形，因此脱谷杆的模型参数会产生变化，因此，在步骤S104或步骤S105之后包括如下步骤S106：

步骤S106，根据所述脱谷杆的振动与变形生成新的模型参数。

步骤S106后，继续执行上述步骤S102-S105的流程，以使仿真过程持续进行。

每完成一个积分步的仿真过程，根据步骤S104或步骤S105的仿真结果更新一次模型参数，并根据更新后的模型参数继续执行仿真过程，如此循环往复，使得仿真过程以更逼真的方式进行，得到的仿真数据也更加精确。

为了防止更新后的模型参数超出合理范围，比如根据脱谷杆的变形更新后的脱谷杆的数据超出脱谷杆的最大变形范围，在步骤S101与步骤S106之后均包括如下步骤S107：

步骤S107：对所述模型参数进行合理性检测，若模型参数合理，则采用该模型参数；若模型参数不合理，则采用原始模型参数或上一积分步的模型参数。

通过上述步骤S107，可防止仿真过程在错误的模型参数下持续运行导致输出的结果不准确。

上述步骤S102中所述计算所述脱谷杆模型的动力学参数及上述步骤S104中所述执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果均基于如下动力学方程进行求解：

其中，x-广义坐标列阵(下文中对应地

表示速度，

表示加速度)；Q-转动时非保守力对应的广义力，T-系统动能；V_E-系统弹性变形势能；V_G-系统重力势能；

系统动能T定义如下：

其中，h-O-XY坐标系中任意点的位置，ρ-密度，A-横截面积；

系统弹性变形势能V_E包含轴向的耦合变形与横向弯曲变形两部分，表示为：

式中，E-杨氏模量、I-面积惯性矩、u_x-轴向高阶耦合变形项(即由于具有动态刚化效应的弯曲变形引起的轴向缩短，如附图1中所示)、u_y-横向弯曲变形项(如附图1中所示)；系统引力势能V_G定义如下：

其中，W-O-xy坐标系至O-XY坐标系之间的旋转变换矩阵，g-重力加速度矢量。

上述动力学方程可简化为：

其中：J-广义质量矩阵。

上述步骤S104中所述脱谷杆i的变形基于如下方程求解：

其中：h_i(η)为所述脱谷杆i上距离自身坐标系原点为η的点在变形后的齐次坐标；

为弹性线性位移，

为非线性耦合位移；

在所述脱谷杆自身坐标系中，x_ij,y_ij和z_ij分别表示第j变形线位移模态分别在x,y和z轴上的分量(z轴垂直于附图1中O-xy坐标系的x,轴与y轴)；x _ijk表示的是由弯曲变形引起的轴向缩短项，即采用非线性应变场所产生的高阶刚柔耦合项；δ_ij表示第j个模态坐标；N_i描述了所述脱谷杆i变形的模态数。

传统的零次动力学模型不考虑刚性运动与变形的耦合效应，而以上采用的高次耦合模型计入了高阶几何非线性耦合变形项(即上述非线性耦合位移)，能够捕捉到脱谷杆的大范围运动与变形的相互影响，从而具有较高的精度描述柔性脱谷杆的运动与变形。针对不同的转速情况，零次耦合模型与高次耦合模型有着各自的适用范围，但当大范围运动为高速或者系统发生碰撞时，由此项引起的动力刚化效应会对脱谷杆的动力学响应产生很大的影响。因此为得到更加精确的刚柔耦合碰撞动力学模型，这里考虑了刚柔耦合变形项。

进一步地，如附图3所示，步骤S105中所述执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果包括如下步骤S201-S203：

步骤S201，激活多接触约束及约束方程；

本步骤中，脱谷杆与谷物持续多点碰撞，形成多个接触对n_G，引入如下四个指标集来描述接触点的接触状态：所有潜在接触点集C_G＝{1,2,...,n_G}、初始接触点集C_S＝{k∈C_G|g_Nk＝0,k＝1,2,...,n_S}、滑移接触对集

和粘滞接触对集

g_Nk，

以及g_Tk，

分别为惯性坐标系O-XY下接触对k的法向间隙、法向相对速度、切向相对滑动距离、切向相对速度。本步骤中，采用增减约束法处理谷物与脱谷杆之间的碰撞过程，当检测到两个节点发生碰撞时，添加一组运动约束到这些节点上，然后通过拉格朗日乘子法计算得到节点之间的兼容位移与接触力，到搜索判断两个节点彼此分离时，这种约束将被删除。

步骤S202，计算碰撞初始时刻速度跳跃条件；

本步骤中，在接触的初始时刻，脱谷杆的位置、形状和惯量保持不变，而速度存在跳跃不连续，用广义速度增量表示。为了避免由于附加接触约束而导致的不协调运动和数值发散，此处引入了冲量-动量法来获得初始碰撞跳跃，通过使用附加约束方法实现从无碰撞到接触的协调运动；所述计算初始速度跳跃条件基于如下方程组进行求解：

其中，ε_N和ε_T分别为法向和切向恢复系数，

和

分别为接触初始时刻的法向和切向打击冲量势能，g_Nk，

以及g_Tk，

分别为惯性坐标系O-XY下接触对的法向距离、法向相对速度、切向相对滑动距离和切向相对速度。

步骤S203，根据粘滞/滑移切换准则对接触对的状态进行判断，并根据接触对的状态采用粘滞状态方程式或滑动状态方程式进行求解。

本步骤中，在脱谷过程中，高速旋转脱谷杆与谷物的接触力可分解为法向打击力和切向摩擦力。同时，由于摩擦力的存在，产生了粘-滑过程。引入法向拉格朗日乘子λ_Nk和切向拉格朗日乘子λ_Tk分别表示法向和切向冲击力。因此，脱谷过程的动力学方程为：

方程左侧第二项为法向约束广义力，第三项为粘着摩擦力广义力，第四项为滑动摩擦广义力。当发生粘滞时，上述动力学方程简化为如下粘滞状态方程式：

其中，γ_Nk和γ_Tk分别为约束方程的法向和切向加速度右项，A_zk和B_zk分别为法向约束和切向约束的雅可比矩阵。

步骤S203中，当发生滑移时，所述滑动状态方程式为：

其中，

-广义法向约束力，

-广义滑动摩擦力；

-滑动摩擦的影响，

-切向接触方向，即向前或向后。

优选地，步骤S203中所述根据粘滞/滑移切换准则对接触对的状态进行判断具体包括如下步骤：

对比|λ_Tk|与μ_kλ_Nk两者的大小；当|λ_Tk|≤μ_kλ_Nk，则所述接触对处于粘滞状态；当|λ_Tk|＞μ_kλ_Nk，则所述接触对处于滑动状态。

脱粒过程中，持续发生多点碰撞，则循环执行步骤S202-S203，并在每一个循环结束后进行碰撞搜索判断，当判断出所有接触对均产生分离，则脱谷状态结束。

本发明还提供了一种收割机用谷物分离装置的性能测试系统300，如附图4所示为收割机用谷物分离装置的性能测试系统300的程序模块示意图，在本实施例中，收割机用谷物分离装置的性能测试系统300可以包括或被分割成一个或多个程序模块，一个或者多个程序模块被存储于存储介质中，并由一个或多个处理器所执行，以完成本发明，并可实现上述收割机用谷物分离装置的性能测试方法。本发明实施例所称的程序模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比程序本身更适合于描述收割机用谷物分离装置的性能测试方法在存储介质中的执行过程。以下描述将具体介绍本实施例各程序模块的功能：

获取模块301，其用于获取预设的仿真模型的模型参数；其中，所述仿真模型为包含了脱谷杆模型与谷物模型的动力学模型；

动力学计算模块302，其用于计算所述脱谷杆模型的动力学参数；

判断模块303，其用于判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞；

第一计算模块304，其用于在未产生碰撞时执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果；其中，所述运动仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形；

第二计算模块305，其用于在产生碰撞时执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；其中，所述碰撞仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间。

基于上述收割机用谷物分离装置的性能测试系统300实现上述收割机用谷物分离装置的性能测试方法的流程在前文中已经详细介绍，此处不再赘述。

以下将结合具体算例对本发明之收割机用谷物分离装置的性能测试方法的技术效果进行说明：

此处提供了柔性树脂脱谷杆与钢材脱谷杆两种情形进行计算。柔性树脂脱谷杆的长度L＝0.07m、密度ρ＝1.4×10³kg/m³、直径D＝6mm、截面积A＝2.827×10^-5m²、面积惯性矩I＝1.27×10^-10m⁴、弹性模量E＝1.74×10⁸N/m²；钢材脱谷杆的长度L＝0.07m、密度ρ＝2.766×10³kg/m³、直径D＝6mm、截面积A＝2.827×10^-5m²、面积惯性矩I＝1.27×10^-10m⁴、弹性模量E＝6.9×10¹⁰N/m²，摩擦系数为μ＝0.4，分别在300r/min、550r/min和1000r/min三种转速下进行仿真计算。

分离或空载状态下，钢材脱谷杆和柔性树脂脱谷杆端弯曲变形分别如附图5与附图6所示。仿真结果表明，柔性树脂脱谷杆的弯曲变形远大于钢材脱谷杆的弯曲变形，而钢材脱谷杆的弯曲变形速度频率是柔性树脂脱谷杆的数倍。

附图7描述了在1000r/min转速下，钢材脱谷杆与柔性树脂脱谷杆的法向打击力比较。仿真结果表明，与刚材脱谷杆相比，柔性树脂脱谷杆的法向打击力较柔和；并且，柔性脱谷杆对于谷物形成多次微小的持续的法向击打。

附图8与附图9分别描述了在300r/min转速下，钢材脱谷杆和柔性树脂脱谷杆对于谷物揉搓效果的相对切向速度。仿真结果表明，与柔性树脂脱谷杆相比，刚材脱谷杆与谷物之间的相对切向速度峰值过于猛烈，容易造成谷物表面或内部损伤；另外，柔性树脂脱谷杆对于谷物产生了持续的不断变化的切向揉搓效果，有助于提高谷物脱净率。

综合上述仿真结果得出：相对于钢材脱谷杆，柔性树脂脱谷杆作用于谷物的打击持续时间较长、持续的法向打击力峰值较低、并且产生持续的不断变化的切向揉搓效果，有助于降低谷物的表面或内部损伤率和提高谷物脱净率，从而有助于提高谷物籽粒的收获质量和种子的发芽率。

本发明的收割机用谷物分离装置的性能测试方法及系统，通过建立仿真模型、输入模型参数、判断是否产生碰撞、计算及结果输出，可对脱谷杆与谷物的作用过程进行仿真并获得脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间等关键参数以作为评价测试效果的依据，利用该模型可测试谷物分离装置的机械性能与不同材质的脱谷杆的性能，测试成本低、周期短、灵活度高且数据获取方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述方法包括：

获取预设的仿真模型的模型参数；其中，所述仿真模型为包含了脱谷杆模型与谷物模型的动力学模型；

计算所述脱谷杆模型的动力学参数；

判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞；

若未产生碰撞，执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果；其中，所述运动仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形；

若产生碰撞，执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；其中，所述碰撞仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间。

2.根据权利要求1所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，计算所述脱谷杆模型的动力学参数及所述执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果均基于如下动力学方程进行求解：

其中，x-广义坐标列阵，Q-转动时非接触力对应的广义力，T-系统动能，V_E-系统弹性变形势能，V_G-系统重力势能；

上述动力学方程简化为：

其中：J-广义质量矩阵。

3.根据权利要求1所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果中，所述脱谷杆i的变形基于如下方程求解：

其中：h_i(η)为所述脱谷杆i上距离自身坐标系原点为η的点在变形后的齐次坐标；

为弹性线性位移，

为非线性耦合位移；

在所述脱谷杆i自身坐标系中，x_ij,y_ij和z_ij分别表示第j变形线位移模态分别在x,y和z轴上的分量；x _ijk表示的是由弯曲变形引起的轴向缩短项，即采用非线性应变场所产生的高阶刚柔耦合项；δ_ij表示第j个模态坐标；N_i描述了所述脱谷杆变形的模态数。

4.根据权利要求2所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果包括如下步骤：

根据潜在碰撞对的法向间距进行碰撞搜索和碰撞预判；

计算碰撞初始时刻速度跳跃条件；

激活多接触约束及约束方程；

根据粘滞/滑移切换准则对碰撞形成的接触对的状态进行判断，并根据接触对的状态采用粘滞状态方程式或滑动状态方程式进行求解。

5.根据权利要求4所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，引入如下四个指标集：所有潜在接触点集C_G＝{1,2,...,n_G}、初始接触点集C_S＝{k∈C_G|g_Nk＝0,k＝1,2,...,n_S}、滑移接触对集

和粘滞接触对集

g_Nk，

以及g_Tk，

分别为惯性坐标系O-XY下接触对k的法向间距、法向相对速度和切向相对滑动距离、切向相对速度；

所述计算碰撞初始时刻速度跳跃条件基于如下方程组进行求解：

其中，ε_N和ε_T分别为法向和切向恢复系数，

和

分别为接触对k初始时刻的法向和切向打击冲量势能。

6.根据权利要求4所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述粘滞状态方程式为：

其中，γ_Nk和γ_Tk分别为约束方程的法向和切向加速度右项，A_zk和B_zk分别为法向约束和切向约束的雅可比矩阵；λ_Nk与λ_Tk分别表示法向打击力与切向打击力。

7.根据权利要求4所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述滑动状态方程式为：

其中，

-广义法向约束力，

-广义滑动摩擦力；

-滑动摩擦力的影响，

-切向接触方向，即向前或向后，μ_k-滑动摩擦系数。

8.根据权利要求6或7所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述根据潜在碰撞对的法向间距进行碰撞搜索和碰撞预判包括：

基于接触对法向间距矢量g_Nk正负值；

当g_Nk≤0，则所述接触对k处于接触状态；

当g_Nk＞0，则所述接触对k处于分离状态；

当C_S＝{k∈C_G|g_Nk＞0,k＝1,2,...,n_S}，则所有接触对分离，系统处于空载状态。

9.根据权利要求6或7所述的收割机用谷物分离装置的性能测试方法，其特征在于，所述根据粘滞/滑移切换准则对接触对的状态进行判断包括：

对比|λ_Tk|与μ_kλ_Nk两者的大小；

当|λ_Tk|≤μ_kλ_Nk，则所述接触对k处于粘滞状态；

当|λ_Tk|＞μ_kλ_Nk，则所述接触对k处于滑动状态。

10.一种收割机用谷物分离装置的性能测试系统，其特征在于，其包括：

获取模块，其用于获取预设的仿真模型的模型参数；其中，所述仿真模型为包含了脱谷杆模型与谷物模型的动力学模型；

动力学计算模块，其用于计算所述脱谷杆模型的动力学参数；

判断模块，其用于判断所述脱谷杆模型与谷物模型是否产生碰撞；

第一计算模块，其用于在未产生碰撞时执行分离或空载状态计算流程并输出运动仿真结果；其中，所述运动仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形；

第二计算模块，其用于在产生碰撞时执行脱谷状态计算流程并输出碰撞仿真结果；其中，所述碰撞仿真结果包括所述脱谷杆的振动与变形、法向打击力、切向打击力和冲击持续时间。

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