基于离散元法的茶园松土装置结构的优化与仿真试验

针对目前大多数茶园松土装置使用的旋耕刀区域针对性不强,不适用于南方山地丘陵地形,耕作效果不佳、耗能大、土壤保墒能力差等问题,应用离散元法对旋耕刀的工作过程进行动力学仿真和结构优化.以福建山地茶园土壤为试验样本,采用Hertz-Mindlin with Bonding模型作为土壤颗粒间的接触模型;以弯刀的正切面折弯角、弯曲半径和单刀切削幅宽为试验因素,设计三因素六水平的均匀试验,进行旋耕刀—土壤动力学仿真试验,以旋耕转轴扭矩和土壤扰动系数为评价指标.仿真试验结果表明,在折弯角128°、弯曲半径20 mm、单刀切削幅宽36 mm条件下,转轴扭矩值和土壤扰动系数都较小.     

基于离散元法的油菜移栽垂直入土式成孔部件参数优化

针对南方稻田前茬秸秆存量多、土壤黏重导致油菜移栽机成孔部件作业阻力大、孔穴形态不稳定的问题,对自主研制的履带式油菜苗移栽栽植孔成型机构的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度进行单因素、多因素离散元仿真试验。结果显示:成孔部件的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度对锥刺入土的有效深度及入土阻力有显著影响,且存在显著的交互作用;多因素仿真试验的最优参数为锥刺直径52 mm、锥尖倒角40°、入土深度86.30 mm。对最优参数得到的锥刺进行EDEM仿真和室内土槽对比试验,结果 EDEM仿真与土槽试验锥刺入土阻力变化趋势一致,孔形有效深度分别为55.4 mm和56.6 mm,误差率为2.1%;锥刺入土阻力分别为57.5 N和54.7 N,误差率为4.9%。     

基于离散元法的螺旋式排肥器性能模拟试验

为提高螺旋式排肥器对颗粒肥料的排肥稳定性与均匀性,采用离散元仿真软件EDEM对排肥器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验,分析螺旋叶片直径、螺距和排肥轴转速对排肥器排肥性能的影响,获得排肥器工作参数与排肥量和排肥稳定性变异系数的回归数学模型。仿真试验结果表明:影响螺旋式排肥器排肥量的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,排肥量最大为221.2 g/s,最小为54.76 g/s;影响排肥稳定性变异系数的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,通过Design–Expert 8.0进行参数优化,确定排肥器最优参数组合,即螺旋叶片直径100 mm、螺距60 mm、排肥轴转速15 r/min,此时排肥稳定性变异系数达到最小值,为8.48%,排肥器排肥性能较为稳定均匀。     

基于离散元法的碾米机结构优化设计研究

为改进擦离式碾米机结构,优化擦离式碾米机碾米性能,该文采用离散元法对糙米在擦离式碾米机内的碾米过程进行了数值仿真模拟,通过正交试验法模拟分析了碾白室内不同碾筋结构参数对碾白压力的影响,提出了优化碾筋结构的方案,结果表明:对平均碾白压力影响最大的是碾筋高度,对碾辊压力影响最大的是碾筋根数,碾筋结构设计的最优参数是:根数为...     

基于离散元法的水田刀片抛浆运动分析与试验

针对目前水田制浆刀片侧抛效果差的现状,根据南方水田的土壤参数,采用EDEM离散元软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型建立土壤—水—刀片耦合模型,并进行仿真分析.以刀片旋转速度、刀片工作幅宽、刀具作业高度为试验因素,以抛浆距离与抛浆质量为目标开展Box-Benhnken design (BBD)中心组合试验,结果表明：(1)刀片工作幅宽、刀具作业高度、旋转速度对抛浆质量均有极显著影响,其中刀具作业高度与抛浆质量呈负相关,其余均呈正相关;刀片工作幅宽与旋转速度对抛浆距离有极显著影响,刀具高度对抛浆距离影响显著,且三因素与抛浆距离均呈正相关.(2)仿真试验表明水田刀片最优工作参数为：工作幅宽54.03 mm,刀片高度0.212 mm,旋转速度242.199 r·min^-1,此时抛浆质量为13.618 kg,抛浆距离为277.97 mm.(3)台架试验结果表明最优工作参数下的试验抛浆质量为12.399 kg,抛浆距离为241.56 mm,台架与仿真试验的抛浆质量最大误差为9.48%,抛浆距离最大误差为13.10%.表明使用离散元仿真法模拟水田刀片抛浆...     

基于离散元法苜蓿压扁调制过程仿真分析与试验

为研究苜蓿压扁调制机构工作参数对作业性能的影响,采用离散元模拟对基本参数进行优化。基于理论分析,以苜蓿压扁率和压扁损失率为考核指标,采用EDEM软件分别对喂入量、调制辊转速和调制辊间隙作单因素模拟试验,结合模拟试验结果,开展Box-Behnken三因素三水平响应曲面仿真试验研究并对回归模型进行多目标优化。结果表明,各因素对苜蓿压扁率、压扁损失率影响显著性由大到小分别为喂入量、调制辊间隙、调制辊转速和调制辊间隙、喂入量、调制辊转速;最佳工作参数组合为：喂入量2.9 kg·s^-1、调制辊转速694 r·min^-1和调制辊间隙3.7 mm,此时苜蓿压扁率为94.45%、压扁损失率为3.27%,将最优参数通过台架验证试验,测得试验结果与模型优化值相对误差小于3%。研究结果可为相关机具设计和优化提供数据参考和理论依据。     

啤酒大麦优化施肥参数的探讨

采用测土配方施肥“3414”完全实施方案进行田间小区试验,得出如下施肥参数:苏北沿海垦区壤性潮盐土,中等肥力田块,啤酒大麦单二空白基础地力籽粒产量2709.0kg/hm2,无氮基础地力籽粒产量2689.5kg/hm2,无磷基础地力籽粒产量5380.5kg/hm2,无钾基础地力籽粒产量5367.5kg/hm2;缺氮基础地力相对产量为48.7％,缺磷基础地力相对产量为97.4％,缺钾基础地力相对产量为97.2％;无氮区啤麦需氮量2.147kg/100kg,无磷区啤麦需磷量1.219kg/100kg,无钾区啤麦需钾量2.697kg/100kg;最高产量啤麦需氮(N)量2.509kg/100kg,需磷(P2O5)量1.351kg/100kg,需钾(K2O)量2.817kg/100kg;空白区啤麦需氮(N)量1.865kg/100kg,需磷(P2O5)量1.480kg/100kg,需钾量(K2O)2.192kg/100kg;氮肥利用率为24.6％～47.2％,平均36.7％.     

大中农场小麦优化施肥参数研究

为获得大中农场小麦施肥参数,进行小麦施肥试验,结果表明:大中农场土壤中磷、钾含量较丰富,氮含量相对较低,其对小麦产量影响较大,无氮、无磷、无钾基础地力产量分别为320.83、635.94、618.75 kg/666.67 m2;随施肥量的提高,肥料利用率下降。     

离散元法中所用土壤参数测量及标定方法研究

[目的]针对离散元仿真软件涉及的土壤参数进行测量及标定。[方法]基于Hertz-Mindlin with JKR黏结模型,通过直接测量法测量土壤的固体密度、弹性模量和泊松比,并用堆积角和滑动摩擦角来标定土壤接触参数。通过中心组合试验,采用Design-Expert 8.0.6软件,以土壤休止角、土壤与65Mn钢滑动摩擦角的仿真值与实测值的相对误差为优化目标进行回归分析。[结果]通过分析获得最优的离散元接触参数组合为土壤间恢复系数0.28、静摩擦系数0.49、滚动摩擦系数0.24、土壤表面能0.04 J/m²,土壤与65Mn钢间恢复系数0.59、静摩擦系数0.67、滚动摩擦系数0.13。在所测土壤参数及最优标定参数下,采用离散元仿真模拟探针入土行为,获得探针在8 mm/s的贯入速度下,贯入20、40、60、80和100mm处仿真试验和土槽试验探针阻力相对误差分别为8.59%、9.88%、9.72%、0.15%、6.98%,误差在可接受范围内。[结论]参数测量和标定方法准确可靠性,可为松软土壤的离散元仿真提供参考。     

滚筒分选机内肥料运动特性的仿真与试验

为提高肥料滚筒分选机工作性能,探明肥料颗粒运动规律,基于离散元法建立肥料整粒及破损颗粒模型,对滚筒分选机内肥料颗粒的运动规律进行研究。结果表明,滚筒内肥料颗粒在达到稳定运动状态时发生了分层现象,可分为自由层、交接层及迟滞层。自由层内颗粒以雪崩式流动为主,交接层内颗粒绕区域中心位置发生回转运动,迟滞层内颗粒则紧贴壁面被提升;沿滚筒轴向划分统计区域对破损肥料分布位置进行分析,发现破损肥料在运动过程中发生了轴向偏析,由滚筒两端向轴向几何中心聚集。交接层内破损肥料逐步向自由层及迟滞层内聚集;破损肥料脱离窝眼后均能落入收集槽,最小脱离角为32.5°,最大为47.1°。对模拟结果进行试验验证,结果表明:试验数据与仿真数据对比误差小于10%,证明采用离散元法研究滚筒分选机内肥料运动是可行的。     

外槽轮排肥器排肥离散元仿真及排肥舌参数优化

为通过优化外槽轮排肥器排肥舌结构,以提升其排肥均匀性,利用EDEM建立外槽轮排肥器的离散元仿真模型,对其排肥作业过程进行模拟仿真,通过肥料颗粒运动状态仿真结果验证肥料颗粒流动特性。应用虚拟试验方法,分析排肥舌倒角结构参数变化对肥料颗粒流动特性的影响。结果表明:排肥流量变异系数随着排肥舌倒角的增大而先减小后增大,两者间呈负抛物线型二次函数关系,且在排肥舌倒角弧长与单个凹槽弧长比值为0.85时,外槽轮排肥器排肥质量波动最小,排肥均匀性最佳。验证试验结果表明:配装最优结构排肥舌的外槽轮排肥器排肥流量变异系数最小,具有最佳的排肥均匀性,比传统平端排肥舌排肥流量均匀性提高了49.9%。     

圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

针对外槽轮式排肥器存在排肥流量均匀性较差的问题,设计一种圆弧齿轮排肥器。对排肥轮结构进行理论分析,建立排肥量数学模型,并确定在结构参数不变的情况下,影响排肥器排肥量的工作参数。设计仿真试验,研究工作参数对圆弧齿轮排肥器排肥量的影响、对比圆弧齿轮排肥器与外槽轮式排肥器排肥流量均匀性高低;设计验证试验,检验仿真试验可靠性;结果表明:1)因调肥隔板与排肥轮间存在间隙,导致肥料堆积产生滑移现象,排肥器无法通过改变工作槽段长度对排肥量进行稳定调节,但排肥轮转速可线性改变排肥器排肥量,且排肥轮转速与排肥流量间存在线性关系;2)圆弧齿轮排肥器较外槽轮式排肥器排肥流量变异系数平均减小30.14%,排肥流量均匀性有了较大的提高;3)台架试验值与离散元仿真值相对误差值均小于2.5%,离散元仿真试验结果可靠。     

一种两级螺旋精准变量自动对靶遥控施肥装置的研究与试验

针对目前螺旋施肥装置在果园施肥过程中排肥脉动较大导致排肥均匀性差和排肥稳定性低等问题,研制了一种两级螺旋施肥装置. 采用EDEM仿真软件进行了侧面排肥口开口角度的优化,研究了该施肥装置上下两级螺杆不同转速比对排肥均匀性和稳定性的影响;室内台架试验标定了复合肥、尿素、有机肥的单圈排肥量,并建立了排肥控制模型;设计了以STM32F103RCT6单片机为核心的精准变量自动对靶遥控施肥控制系统;通过室外大棚果园试验检验了该装置的对靶精度与排肥性能. 仿真结果表明：排肥口开口角度和上下两级螺杆不同转速比会影响该施肥装置的排肥均匀性和稳定性,且最佳开口角度为50°,最佳转速比为1∶1.5,其排肥均匀性变异系数的均值为7.35%,肥料填充系数方差为0.009. 室内台架试验结果表明：当电机转速在120 r/min内时,3种肥料实际单圈排肥量与理论单圈排肥量相对误差最大为3.37%,单圈排肥稳定性变异系数最大为2.83%,该装置排肥准确且单圈排肥量稳定. 室外大棚果园试验结果表明：单棵柑橘树实际排肥量与给定排肥量相对误差最大为4.35%;自动对靶起点误差最大为0.17 m,终点误差最大为0.08 m,且肥料掉落位置均在柑橘树冠层直径内;排肥稳定性变异系数最大为7.22%;3种肥料中排肥均匀性变异系数最大为6.41%. 该装置有效减小了排肥脉动,提高了排肥性能,且对靶误差小,满足果园精准变量自动对靶遥控施肥要求. 该研究以期为两级螺旋施肥装置排肥脉动问题的优化提供理论依据,并为精准变量施肥提供技术参考.

     

风送式水稻侧深施肥装置的设计与试验

针对水田作业环境下施肥机械的排肥口末端易被泥土堵塞导致施肥机的排肥性能差的问题,本研究综合双齿轮排肥器和螺旋排肥器的优点,设计了一种风送式水稻侧深施肥装置。对水稻施肥装置进行整体设计,并通过理论计算确定施肥装置的参数范围,依据物料特性参数试验结果,借助EDEM软件对关键部件进行离散元仿真分析,以排肥稳定性变异系数为评价指标,选取螺旋轴直径、螺距和转速为试验因素,进行单因素及Box-Behnken响应曲面试验,确定其最佳参数;基于两级排肥器传动比对施肥装置排肥质量的影响规律确定两级排肥器最佳传动比。结果显示：螺旋轴最佳组合参数为螺旋轴直径21 mm、转速140 r/min、螺距17 mm,此时排肥稳定性变异系数为2.5%;双齿轮排肥器和螺旋排肥器的传动比为1∶4时排肥连续且均匀。样机试验表明,两级排肥器的排肥一致性、稳定性、均匀性变异系数相比螺旋排肥器均有所提高。     

同向双螺旋排肥器优化设计与试验

针对传统排肥器存在施肥不均而造成肥料利用率低问题,设计了一种双排肥轮结构的同向双螺旋排肥器,通过理论分析确定排肥器的理论排肥量及影响排肥均匀性的参数,以排肥轮螺距、中心距、叶片高度为试验因素,以排肥均匀性波动系数和轴向平均速度为试验指标,进行三因素三水平Box-Behnken试验.结果显示:排肥轮螺距对排肥均匀性波动系数影响极显著,排肥轮中心距、叶片高度对排肥均匀性波动系数影响显著,排肥轮螺距、中心距、叶片高度对轴向平均速度影响极显著,在排肥轮中心距为48 mm、螺距32.5～33.2 mm、叶片高度13.5～14.7 mm时,排肥均匀性波动系数≤10%、肥料轴向平均速度≥30 mm/s,排肥器作业性能最佳.在最优参数组合下排肥均匀性波动系数台架试验与仿真试验相对误差为1.47%、单圈排肥量台架试验与仿真试验相对误差为1.96%,台架试验与仿真试验吻合较好.在不同转速下同向双螺旋排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均降低64.21%、单圈排肥量平均提升72.16%,优化后的同向双螺旋排肥器排肥均匀性好且排肥流量大.     

深松防堵分层施肥铲优化设计与试验

为了实现1次施肥满足小麦玉米不同生育期的养分需求、提高肥料利用率、防止肥料堵塞,设计了1种具有疏肥机构的分层施肥铲。对施肥装置倾角 γ、施肥片长度 L 和疏肥机构往返频率 f 进行了仿真分析,优化了分层施肥铲结构,并进行了室内及田间试验。结果表明,当施肥装置安装角度 γ 为 30°,中层施肥片长度 L1 为 14 mm、下层施肥片长度 L2 为 29 mm、疏肥机构往返频率 f 为 1 Hz 时,上、中、下、底层施肥量之比为 23.3∶23.8∶31.2∶21.7,施肥比例分布满足作物生长需求。与仿真试验相比,室内台架试验相对误差在5% 以内,变异系数在 10% 以内,田间试验变异系数在 9% 以内。     

Logistic动态过程仿真

通过对Ｌｏｇｉｓｔｉｃ动态过程的仿真研究，实现对模型参数的自动寻优及对Ｌｏｇｉｓ－ｔｉｃ方程的动态求解。结果为不同领域的研究提供依据和帮助。     

基于离散元的施肥机肥料块破碎装置参数的优化

为解决2BF–02型玉米全膜双垄沟扎穴施肥机作业因肥料结块而排肥不顺的问题,设计了一种由箱体和辊轮组成的肥料块破碎装置。在离散元软件EDEM中建立肥料块离散元模型,按照3因素3水平正交试验方案对肥料块破碎装置工作过程进行虚拟试验。结果表明:影响肥料块破碎率的因素由大到小依次为辊轮间距、辊轮转速、辊轮齿数。当辊轮间距为6 mm、辊轮转速为150 r/min、辊轮齿数60个时,肥料块破碎率为98.8%(最高值)。对仿真结果进行试验验证,结果肥料块破碎率为94.4%。