小麦种子物理特性参数测定及在播种机

为获取小麦小区精密播种机排种器和自动供种装置的设计依据,研发初期选取济麦22种子作为测量对象,测定了种子的千粒质量、容重、三轴尺寸、休止角和静摩擦系数等物理特性参数。测量得知:济麦22种子千粒质量均值46.02 g;容重均值831.30 g/L;三轴尺寸的长、中、短轴均值分别为6.47、3.42和3.08 mm;休止角均值28.9°;小麦与不锈钢板之间的静摩擦系数最小,为0.427。上述参数的测定,为小麦小区精密播种机排种器和自动供种装置相关参数的确定提供了有力的数据支撑,在一定程度上提高了整机的工作性能。      

基于MatLab的颗粒饲料休止角试验研究

颗粒饲料休止角对饲料储料箱设计、自动化饲喂站、投料装置设计等工程实践有重要指导意义。为实现休止角的快速准确测量,探究颗粒饲料休止角与粒径、表面能之间的关系,利用物理试验与离散元仿真相结合的方法对颗粒饲料堆进行基于MatLab图像处理的休止角测定。由于传统休止角的测量存在系统误差和测量精度低的问题,本文提出一种基于MatLab图像处理方法的休止角测定,利用傅里叶级数对堆积图像进行轮廓拟合,利用拟合曲线的单边斜率求出休止角大小,操作便捷,可提高测量精度。基于这种方法,对颗粒饲料堆进行分析,探究了颗粒粒径对休止角的影响并进行仿真试验,利用EDEM以物理试验得到的休止角为目标值进行仿真试验,以休止角作为参照,标定接触模型JKR表面能。试验结果表明：6.5mm颗粒饲料实际休止角为34.992°,仿真休止角为34.9535°;5mm颗粒饲料实际休止角为36.9797°,仿真休止角为35.2603°;3.2mm颗粒饲料实际休止角为37.9186°,仿真休止角为36.092°。休止角仿真结果与实际试验结果较为接近,两者的绝对误差分别为：6.5mm对应0.11%,5mm对应4.65%,3.2mm对应4....     

酒用高粱种子离散元仿真参数标定

为获得酒用高粱种子离散元仿真参数,以仁怀市大坝镇地区的茅梁糯2号高粱种子为研究对象,完成了物性参数的测量种子-尼龙、种子-ABS及种子颗粒间接触参数的标定。首先,采用物理试验测出高粱种子的三轴尺寸、密度、泊松比、弹性模量、剪切模量及休止角等参数,且获取高粱种子-尼龙与高粱种子-ABS的静摩擦因数、滚动摩擦因数和碰撞恢复系数;其次,采用Box-Behnken法设计三因素三水平试验,得到高粱种子颗粒间接触参数与休止角的二阶回归模型;最后,以实测休止角29.14°为优化目标值,求得高粱种子颗粒间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.422、0.504、0.074,代入EDEM中得到仿真试验结果为28.39°,与实测值的相对误差为2.57%,进一步验证了仿真试验的可靠性和有效性。酒用高粱种子物性参数测定和接触参数标定可为高粱播种机仿真分析及优化设计提供一定参考和依据。     

山东紫花丹参种子物理特性试验

为获得丹参播种机排种器设计参数,以山东省紫花丹参种子为研究对象,试验测试了未经过催芽的紫花丹参种子三轴几何尺寸、千粒质量、含水率、休止角和滑动摩擦角。基于试验测试的结果,分析了紫花丹参种子关键物理参数。丹参种子试验测试结果表明,未催芽的紫花丹参种子的含水率为9.53％,三轴几何尺寸平均值为2.80 mm×1.46 mm×1.04 mm,平均千粒质量为1.39 g,休止角为13.27°,滑动摩擦角（不锈钢、塑料和铝）为18.5°、25.2°和33.6°。      

种子休止角的初步研究

本文对种子的休止角在湿度、跌落高度(或流动速度)和漏孔大小(或流量)变化时所呈现的规律进行了研究,提出了描述这些参数关系的休止角数学模型。 1.种子的休止角 目前对种子休止角的定义有以下几种:其一认为,“休止角有静休止角和动休止角两类。静休止角指粒状物料在与其自身相同的物料上将要滑动时的倾斜角;动休止角指粒状物料在     

基于休止角的粮食含水率测量方法的可行性研究

提出了一种基于休止角测量粮食含水率的方法。在特制的试验装置上,对玉米与水稻进行休止角及其含水率的相关性试验,通过分析得出:谷物休止角与其含水率具有显著的对应关系,即谷物休止角随其含水率的增加而增大,且一定含水率区间下,呈现显著的线性特性;同时,得出并验证了4种谷物水分线性预测模型;研究了粮食温度对休止角的影响。这种测量含水率的方法具有简便和易行的特点,为谷物水分测试提供了一种新的途径。     

水稻破胸芽种的物料特性试验

水稻芽种物料特性的研究是水稻芽播机设计的基础.当今对水稻芽种物料特性的研究很少。本文以湖南省常用的水稻品种为试验材料,对芽种的三轴尺寸、休止角和滑动摩擦角进行了测量。试验得出：芽种的三轴尺寸为长度在8-10mm,宽度在2.5-3.5mm,厚度在2.2mm左右;含水率相差不大的不同品种的水稻芽种的休止角和滑动摩擦角有一定差别,而同品种不同含水率下的休止角和滑动摩擦角差别比较大,随着含水率的减小休止角也相应的减小。     

水稻破胸芽种的物料特性试验

水稻芽种物料特性的研究是水稻芽播机设计的基础.当今对水稻芽种物料特性的研究很少.本文以湖南省常用的水稻品种为试验材料,对芽种的三轴尺寸、休止角和滑动摩擦角进行了测量.试验得出:芽种的三轴尺寸为长度在8～10mm,宽度在2.5～3.5mm,厚度在2.2mm左右;含水率相差不大的不同品种的水稻芽种的休止角和滑动摩擦角有一定差别.而同品种不同含水率下的休止角和滑动摩擦角差别比较大,随着含水率的减小休止角也相应的减小.     

基于JKR粘结模型的蚯蚓粪基质离散元法参数标定

为确定不同含水率下蚯蚓粪基质的多种参数,提出了通过测定基质含水率,预测休止角,通过休止角合理推测其他参数的思路,并提出了一种散体休止角测定方法。以休止角作为参照,基于JKR粘结模型,使用离散元参数标定的方法,从与蚯蚓粪基质颗粒有关的10个参数中,筛选出颗粒间静摩擦因数、颗粒间滚动摩擦因数和JKR表面能3个对休止角影响显著的参数,建立了休止角与这3个显著参数之间的二次多项式回归模型。试验结果表明,该模型可以根据休止角预测蚯蚓粪基质参数,根据预测得到的参数建立离散元模型,休止角仿真结果与实际试验结果较为接近,差异分别为1.53%和0.22%。同时测定了不同含水率下蚯蚓粪基质的休止角,建立了休止角与含水率之间的关系模型。研究结果可为其他类似散体物料休止角的测定提供参考,并提供了一种通过测定易于测定的参数(如含水率)来推导其他难测参数的思路。     

人参种子物料学特性的研究

种子的物料特性与农业机械化生产关系密切,排种器的研究、种子育苗与移栽技术等都离不开种子的物料特性的测定。通过对人参种子物料学特性的测量,测得催芽与不催芽两类人参种子的各项参数,包括人参种子的几何尺寸、千粒重、休止角、内摩擦角、滑动摩擦角的各项参数值;通过对种子含水率的测量,测定不同含水率下人参种子的物料参数值的变化,得到人参种子的物料特性和含水率的变化关系。为人参生产机械的设计提供可靠、准确的数据参考,并为人参排种器的研究提供了理论参数。     

茎瘤芥种子离散元模型参数标定

为解决茎瘤芥种子离散元模拟中缺乏准确仿真参数的问题,通过直接测量和虚拟标定方法确定“涪杂2号”茎瘤芥种子离散元参数。利用数显游标卡尺、电子秤等物理机械特性测定工具,得到茎瘤芥种子的三轴尺寸、等效半径、千粒重和密度;通过斜面碰撞法、三点滑动法和斜面法分别得到茎瘤芥种子与有机玻璃之间的恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.561、0.420、0.155;采用旋转鼓试验和圆筒提升试验结合MATLAB图像处理技术获得茎瘤芥种子的动态堆积角和静态堆积角分别为35.235 2°和14.483 0°。基于Plackett Burman试验筛选出对动态堆积角和静态堆积角影响显著的参数因子均为种子与种子间的滚动摩擦系数、种子与种子间的静摩擦系数;通过中心复合设计分别获得显著性因子与动态堆积角、静态堆积角的二次回归方程,并以动态堆积角和静态堆积角的实测值为目标,基于回归模型对因子参数组合进行优化,得到两组种子与种子间的静摩擦系数、种子与种子间的滚动摩擦系数最优参数组合为0.666 1、0.023 7以及0.341 6、0.036 0。对两组最优参数组合进行仿真验证,结果显示两组参数组合下动态堆积角、静态堆积角的仿真值与实测值相对误差分别为0.477%、3.590%和1.820%、4.950%。结果表明,仿真中种子与种子间的静摩擦系数、种子与种子间的滚动摩擦系数分别为0.666 1、0.023 7时,更符合茎瘤芥种子实际的物理特性。本研究能为茎瘤芥播种过程及相关装置设计优化提供参考。     

颗粒肥料离散元仿真边界参数系统化研究

离散元边界参数对仿真精确性具有重要的影响。为提高离散元仿真精度,以大颗粒尿素颗粒为研究对象,利用Plackett-Burman休止角仿真试验进行了重要边界参数的筛选,确定影响显著的参数依次为尿素颗粒间滚动摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒与ABS板间静摩擦因数,且3种边界参数影响尿素颗粒堆积特性,休止角随着3种边界参数的增大而增大。利用自制静摩擦因数测量仪和虚拟仿真标定方法分别对颗粒与ABS板间的静摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒间滚动摩擦因数进行研究,并对确定值进行了堆积过程的仿真和试验验证,仿真休止角与实际试验休止角相对误差仅为0.36%,不同含水率下的实际试验休止角与标定参数下的仿真休止角相对误差均不大于3.25%,表明仿真确定的边界参数和仿真模型的有效性。     

全膜双垄沟覆膜土壤离散元接触参数仿真标定

为进一步提升基于离散元法对全膜双垄沟机械化覆土作业过程研究的准确性,结合EDEM软件进行覆膜土壤摩擦角(土壤休止角及其与钢滑动摩擦角)离散元仿真试验。通过三因素三水平正交组合试验,得出各接触参数对土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的影响显著性顺序。分别建立了各关键接触参数与土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的二次多项式回归模型,以自制试验装置测定结果作为优化的目标值,获得全膜双垄沟覆膜土壤离散元最优接触参数组合为:土壤与土壤静摩擦因数0. 68、土壤与土壤滚动摩擦因数0. 27、土壤与土壤恢复系数0. 21、土壤与钢静摩擦因数0. 31、土壤与钢滚动摩擦因数0. 13和土壤与钢恢复系数0. 54。为验证所标定全膜双垄沟覆膜土壤接触参数的可靠性,对模拟仿真与实际试验的土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角进行了对比分析,两者相对误差分别为2. 6%和3. 1%;同时应用离散元法进行全膜双垄沟覆土装置在覆膜土壤颗粒最优标定参数组合设置下的种床覆土过程仿真模拟,通过与实际作业效果对比,仿真结果与田间试验工况基本一致,验证了仿真试验与建立回归模型的有效性。     

离散元模拟中沙土参数标定方法研究

农业机械与土壤相互作用仿真时,选用颗粒相互作用参数的准确度将直接影响仿真结果。本文提出一种通过试验与模拟相结合系统地标定沙土颗粒相互作用参数的方法。通过堆积角测试装置、三轴剪切试验仪、图像颗粒分析系统等设备测量计算沙土的堆积角、剪切模量、粒径分布和外观形貌等参数,为颗粒或工厂建模提供参考。使用标准球和非标准球对沙土颗粒的碰撞恢复因数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定。研究不同质量和不同标定方法(抽板法和漏斗法)是否对堆积角产生影响。模拟结果表明,选用标准球标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.8,滚动摩擦因数是0.2,抽板法得到的堆积角是33.99°,相对误差是4.74%;漏斗法得到的堆积角是33.59°,相对误差是3.51%。同时,选用非标准球进行标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.2,滚动摩擦因数是0.3,抽板法得到的堆积角是32.06°,相对误差是1.20%。由此看出,颗粒外观形貌对颗粒间静摩擦因数影响相对较大。     

基于EDEM的青稞接触参数仿真标定

针对青稞品种多样,且部分接触参数难以直接测量的问题,本研究以青稞的休止角为响应值,对青稞的接触参数进行标定。采用响应面法:通过Plackett-Burman试验对青稞的8个离散元仿真参数进行筛选,得到对青稞休止角有显著性影响的三个因素:青稞—青稞的静摩擦系数、青稞—青稞的滚动摩擦系数、青稞—pla平板的静摩擦因数;通过最陡爬坡试验确定三个显著因素的最优取值范围;在此基础上进行Box-Behnken试验,建立休止角与显著性参数的二阶回归模型,并对方程进行优化,求得显著性参数的最优参数值:青稞—青稞的静摩擦系数0.19、青稞—青稞的滚动摩擦系数0.01、青稞与pla平板的静摩擦因数0.43。最后进行仿真验证试验,结果表明仿真试验所得休止角与实际休止角值误差为0.64%,误差很小表明仿真标定的参数是可信的,可以为今后的青稞排种器的研究提供参考。     

黑土区玉米秸秆-土壤混料离散元模型参数标定

由于黑土区保护性耕作中关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的离散元仿真模型参数,在一定程度上制约了机具的优化改进。以黑土区玉米秸秆-土壤混料为研究对象,构建玉米秸秆-土壤混料离散元仿真模型,采用物理试验与EDEM仿真试验相结合的方法,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行离散元仿真接触参数标定。首先,采用圆筒提升的方法确定玉米秸秆-土壤混料的实际堆积角,利用Design-Expert软件中Plackett-Burman试验筛选出对堆积角有显著影响的参数为：土壤-土壤滚动摩擦因数、土壤-钢静摩擦因数、秸秆-土壤滚动摩擦因数、土壤JKR表面能;进一步通过最陡爬坡试验确定4个参数的最优取值范围,根据Box-Behnken试验原理以堆积角为响应值,建立堆积角与显著参数的二次回归模型;以实际堆积角为目标,利用软件寻优功能对显著参数进行优化并得到最优参数组合：秸秆-土壤滚动摩擦因数0.16、土壤-土壤滚动摩擦因数0.24、土壤-钢静摩擦因数0.75、土壤JKR表面能0.67J/m2。通过仿真试验对最优参数组合进行对比验证,仿真堆积角与物理试验堆积角相对误差为1.64%。研究结果表明标定的参数真实可靠,可为黑土区玉米秸秆-土壤混料的离散元仿真提供理论参考。     

三倍体西瓜种子重要物理特性测定及应用

为设计开发三倍体西瓜种子破壳机排种器,通过实验对三倍体西瓜种子的主要物理特性进行了测定。实验采用3种无籽西瓜种子黑牛、蜜红和花皮,含水率分别为7.11%,6.98%,6.69%,选用种子物理特性标准测定方法进行了测定和应用分析。实验结果得出无籽西瓜种子的长度、宽度、厚度、千粒质量、真密度、休止角与木板、涂漆铁板、塑料板和玻璃的静滑动摩擦系数的变化范围。研究结果填补了无籽西瓜种子物理特性空白,并为开发无籽西瓜种子破壳机排种器的设计提供了理论计算依据。     

颗粒肥料离散元仿真摩擦因数标定方法研究

对分体圆筒法、倾斜法、抽板法和斜面法4种颗粒特性测试方法进行Plackett-Burman多因素显著性筛选试验,试验方差分析结果表明,不同的测试方法影响测量结果的显著因素与因素显著程度。根据分体圆筒法、倾斜法和斜面法的方差分析结果,提出一种基于颗粒物料整体特性的摩擦因数标定方法,将仿真试验与真实试验相结合,依次标定出尿素颗粒与PVC材料间静摩擦因数为0. 41,颗粒间静摩擦因数为0. 36,颗粒间滚动摩擦因数为0. 15。将所标定的摩擦因数采用无底圆筒法进行验证试验,休止角仿真试验结果为30. 57°,真实试验结果为31. 74°,相对误差为3. 69%,不同含水率下的实际试验休止角与所标定摩擦因数下的仿真休止角相对误差均不大于4. 59%,仿真试验结果与真实试验结果无显著差异,验证了所标定摩擦因数的有效性。本方法可用于其他颗粒状物料间摩擦因数的标定试验。     

桑园土壤非等径颗粒离散元仿真模型参数标定与试验

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了试验地不同深度土壤休止角、滑动摩擦角、剪应力、内聚力、内摩擦角;然后,根据实测土壤粒径分布,利用EDEM软件建立了非等直径土壤球形颗粒模型。在此基础上,以土壤颗粒间及土壤与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数为试验因素,土壤休止角、土壤-65Mn钢滑动摩擦角为目标值,建立了基于中心组合试验设计（CCD）方案,并利用Design-Expert软件对仿真试验结果进行了分析,得到了仿真标定的土壤-土壤间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为0.89、0.45和0.43;标定的土壤-65Mn钢间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为1.15、0.05和0.4。利用以上标定的最优参数对桑园土壤进行了休止角与滑动摩擦角仿真试验,试验结果表明,休止角仿真值与试验值相对误差为1.69%,土壤-65Mn钢的滑动摩擦角仿真值与试验值相对误差为2.88%。在此基础上,依据实测的土壤剪应力,采用试错法,以实测土壤内摩擦角为目标值,优化标定了土壤-土壤颗粒Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中的粘结参数,标定法向粘结刚度、切向粘结刚度分别为1×108、5×107N/m3,临界法向应力和临界切向应力均为10kPa,接触半径为1.1倍颗粒半径,直剪仿真得到内摩擦角为30.24°,仿真值与直剪试验内摩擦角平均值相对误差为5.53%。本文提出的土壤颗粒建模方法、标定方法及其所标定的参数值,可用于砂质壤土桑园耕作机械触土部件与土壤相互作用的离散元仿真分析及其结构优化。