基于EDEM的滚筒式穴播器排种性能仿真与试验*

为探究花生种子外形尺寸、穴播器工作转速及取种器结构参数对滚筒式穴播器排种性能的影响,将花生种子按外形尺寸分为3级,利用离散元分析软件EDEM建立穴播器和种子的仿真模型,模拟不同等级花生种子在不同转速、不同结构参数取种器下排种器的排种性能。仿真结果表明:随着工作转速的增加,穴播器对各级花生的合格指数均呈下降趋势,当工作转速大于40 r/min时,合格指数下降明显;当工作转速额定,侧孔和容腔的尺寸分别为40 mm和30 mm时,对大粒种子的排种性能最优,合格指数为91.37%;侧孔和容腔的尺寸分别为32 mm和25 mm时,对中粒种子的排种性能最优,合格指数为93.07%;侧孔和容腔的尺寸分别为28 mm和20 mm时,对小粒种子的排种性能最优,合格指数为93.02%,可见,种子与取种器的适配性影响排种性能。田间试验表明,在穴播器工作转速40 r/min、取种器侧孔长度32 mm,容腔长度25 mm条件下滚筒式穴播器对各级花生种子的排种性能与仿真变化规律一致,离散元分析方法应用于滚筒式花生穴播器上是可行的,本研究为穴播器的优化设计提供理论依据。     

油菜侧深穴施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率、降低肥料施用量、实现油菜根区施肥,结合油菜种植施肥农艺要求,提出了一种油菜侧深穴施肥工艺,设计了一种机械式穴施肥装置,阐述了穴施肥装置的工作过程,确定了穴施肥装置的基本参数,建立了充肥和排肥环节中肥料颗粒群的力学模型,分析了影响穴施肥装置成穴性能的主要因素;应用离散元软件EDEM对穴施肥排肥器的成穴性能进行了仿真试验,分析了排肥轮转速、充肥型孔长度、导肥管材料对穴排肥量误差和穴径长轴长度的影响;利用正交组合试验确定了成穴性能较优的参数组合,排肥轮转速为60r/min、充肥型孔长度为18mm、导肥管材料为ABS塑料管时,穴排肥量误差为7.05%、穴径长轴长度为62.45mm;优选参数组合下的排肥性能试验结果表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.56%~15.69%、穴径长轴长度为76.32~91.50mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.53%~9.78%、穴距误差为3.24%~7.31%;田间试验表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.73%~16.07%、穴径长轴长度为85.21~101.65mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.82%~10.63%、穴距误差为3.36%~7.58%、施肥深度稳定性变异系数为6.43%~10.85%,成穴性能较好,满足穴施肥要求。     

山核桃脱壳试验研究

对山核桃的结构尺寸、机械压缩式脱壳所需的临界破碎压力、压缩量和压缩速度等物理参数进行了试验研究,分析各作用参数对脱壳性能的影响.研究结果表明,脱壳性能主要取决于压缩峰值力和压缩量的大小,峰值力为0.35～1.2kN,当峰值力下降到10%时,压缩量为2.2～3.0mm.正交试验表明:压缩比是影响脱壳性能最重要的参数,而压缩速度和直径大小影响不显著.     

U型腔道式水稻精量穴播排种器设计与试验

为适应常规水稻轻简化精量穴直播种植，通过简化排种装置，设计了一种U型腔道式水稻精量穴播排种器。基于稻种的物理机械特性与穴直播农艺要求，设计了一种充种口与投种口分开但相通的腔道式排种盘，构建了稻种充种、投种过程的力学模型，确定了排种盘的主要结构参数。以常规稻品种“黄华占”为试验稻种，借助高速摄像仪和JPS-12型排种器性能检测试验台，分别进行了型孔数、型孔长度、型孔宽度、型孔倾角和投种角对排种器精量排种性能和成穴播种性能影响的试验研究。高速摄像试验表明：当排种盘的型孔数为20、型孔长度为10.6mm、型孔宽度为7.6mm、型孔倾角为0°时，排种器精量排种性能较优，此时漏播率为0.40%，合格率为94.00%，重播率为5.60%，种子破损率为0.13%。排种器性能台架试验表明：投种角对穴径平均值和穴径合格率影响极显著，对穴距变异系数影响显著，适宜的投种角为28°~33°，此时穴径平均值不高于27.14mm，穴径合格率不低于96.67%，穴距平均值在理论穴距140mm左右，穴距变异系数不大于7.80%。田间试验表明：排种器的播种合格率为90.28%，漏播率为0.83%，重播率为8.89%，穴径平均值为46.71mm，穴径合格率为71.67%，穴距平均值为137.21mm，穴距变异系数为12.64%，满足常规稻大田精量穴直播的种植要求。     

石墨烯对低密度聚乙烯拉伸性能的影响

从改善低密度聚乙烯(LDPE)材料力学性能和抗老化性能出发,探讨了加入石墨烯对LDPE拉伸强度、断裂伸长、回弹性等拉伸性能和氙灯人工加速老化后拉伸性能的影响。结果表明:石墨烯能明显改善LDPE材料的拉伸性能和抗老化能力:拉伸性能的改善程度随石墨烯的添加而呈先增后减趋势,当石墨烯添加量为0.02wt%时,LDPE表现出最优的拉伸性能;较不含石墨烯的LDPE,石墨烯添加量为0.02wt%改性LDPE,加速老化后其抗拉强度、断裂伸长率和断后回弹率等拉伸性能均出现较低下降,但均优于未改性LDPE老化前的拉伸性能。     

玉米联合收获机纹杆式脱粒元件设计与试验

我国华北地区玉米收获时籽粒含水率较高,采用钉齿式及杆齿式脱粒元件进行籽粒直收时,籽粒破碎率较高,为降低脱粒过程中籽粒破碎率,设计了一种纹杆式脱粒元件,分析其前倾角变化对果穗受力的影响规律,以籽粒破碎时压缩量为依据,对纹杆块顶端弧面形状进行设计。基于EDEM研究纹杆元件顶端参数对果穗受力的影响,采用拟水平法设计四因素四水平正交试验,试验结果表明：较优纹杆参数组合为前倾角75°、凸棱倾角25°、凸棱宽度6mm、凸棱高度10mm;通过台架试验探究滚筒转速、凹板间隙等工作参数对纹杆式滚筒脱粒效果的影响规律,当籽粒含水率为28.5%时,最优滚筒转速为300r/min,凹板间隙为50mm,此时籽粒破碎率为5.34%。在最优工作参数下,对比不同脱粒元件脱粒效果,发现籽粒破碎率分别由杆齿式元件的9.91%、钉齿式元件的7.83%下降至纹杆式脱粒元件的5.34%,证明所设计的纹杆式脱粒元件能够有效降低脱粒过程中籽粒破碎率。     

渠道防渗防冻胀复合型保温塑料板的试验研究

提出了一种填充玉米秆碎粉的复合型聚氨酯泡沫保温塑料板,初步确定了其配方和制备工艺,通过试验研究了不同玉米秆碎粉粒径（0〈D≤0．45mm,0．45mm〈D≤1.50mm,1．50mm〈D≤4．00mm等3种规格）和填充量对聚氨酯泡沫塑料的密度、压缩强度和导热性能的影响,以及不同的填充量及粒径对聚氨酯泡沫塑料的发泡时间、发泡成型效果的影响．结果表明,当玉米秸秆碎粉粒径一定时,随着填充量的增加,填充玉米秸秆碎粉的聚氨酯泡沫保温材料的密度增大,但压缩强度下降;当玉米秆碎粉粒径为0．45mm〈D≤1．50mm．填充量为30％时,制备的复合型聚氨酯泡沫塑料板的压缩强度（10％压缩变形）为85kPa,导热系数为0．038W／（m·K）,尺寸变化率（-40～＋70℃）为±1％,能够满足渠道衬砌防渗工程中防冻胀破坏的性能要求．经测算,与不填充玉米秆碎粉的聚氨酯泡沫塑料板相比,复合型泡沫塑料保温板的成本可降低约25％,而且能够充分利用农业生产的废弃物,减少丢弃或焚烧这些废弃物对环境造成的污染．     

粉煤灰改良氯盐渍土变形性质的试验研究

由于盐渍土中含盐量较高,其高压缩性及溶陷性对工程建设造成较大的影响和危害。用杨凌黄土室内配制含盐量为2%、5%、8%的氯盐渍土作为研究对象,掺入不同量的粉煤灰形成0、10%、15%、20%、25%等5种配比,分别进行压缩试验和溶陷试验,研究了粉煤灰掺入盐渍土,对盐渍土的压缩变形和溶陷系数产生的影响,结果表明粉煤灰掺量为20%时表现出最好的综合性能:较低的压缩变形,各含盐量综合比较最低的溶陷系数。     

双轨道弹射式水稻精量直播排种器设计与试验

针对现有排种器存在投种不顺及大播量成穴性较差等问题,本文设计了一种双轨道弹射式水稻精量直播排种器。基于理论分析设计了关键部件,利用DEM-MBD耦合仿真技术得到了弹簧力参数及因素取值范围,明确了转速超过35 r/min后排种器的性能显著下降。以合格率、漏播率及重播率为性能评价指标开展台架正交试验,研究转速、调节深度及稻种球度对排种器工作性能的影响,建立排种性能评价指标的回归预测模型。试验结果表明：排种轮转速为23.06 r/min、型孔深度为8.99 mm、稻种球度为52.7%时,排种器合格率为88.58%、漏播率为4.43%、重播率为6.99%,排种器工作性能最佳。为验证排种器工作性能及优化后参数的准确性,开展了田间试验,试验结果与优化后结果保持一致,回归方程预测结果误差小于2%,验证了试验可行性及参数准确性,在最优参数下排种器穴径合格率为100%、平均穴径为3.62 cm、穴径变异系数为18.45%、平均穴距为22.98 cm、穴距变异系数为8.43%、平均穴粒数为11.08、穴粒数变异系数为17.56%。所设计的排种器具有较好的播种性能、较高的穴径合格率及较低的变异系数,表明该排...     

番茄苗钵顶取式机械力学特性试验

取苗成功率和取苗质量除了与取苗机构的结构有关外,苗钵的力学特性也是重要的因素。为此,对番茄苗钵进行了顶出力和抗压性能试验,分析了不同基质含水率、顶杆直径和顶苗速度对顶出率的影响,并通过试验建立了基质苗在不同含水率下的抗压力与压缩量的变化曲线。结果表明:顶苗速度、顶杆直径和基质含水率对顶出率的显著性影响程度由大到小依次为B、C、A;随着基质含水率的上升、顶杆直径的减小,顶出率会逐渐下降;在含水率为35.09%、顶杆直径为8mm时,顶出率达到100%;在含水率为57.23%、顶杆直径为5mm时,顶出率最低,仅为81.25%;基质块抗压力随压缩量的增加呈加速上升趋势,在压缩量到达12mm时,3种含水率下的抗压力分别为48.89、43.87、35.85N。此研究结果为取苗机构的设计提供了理论依据。     

热区温室大棚塑料薄膜耐候性分析初探

强紫外线照射、高温高湿及台风等外界条件对热带地区温室塑料薄膜的老化有显著影响,使其机械性能下降,破损严重。为延长薄膜的使用年限,对自然老化状态下薄膜的拉伸性能进行测试,以拉伸力、形变量、断点伸长率、拉伸强度为评价指标,比较不同使用时长、不同安装位置、不同安装形式的薄膜在自然状态下的老化程度。结果表明:0.15mm厚的薄膜使用8个月后拉伸性能有所下降,使用近3年后性能下降更明显;对比不同取样位置处的老化程度,得出卡簧卡槽的夹持会加速老化,0.15mm厚的薄膜使用8个月后夹持处断点伸长率衰减了60.8%,非夹持处断点伸长率仅衰减了12.4%;使用3年后夹持处的断点伸长率衰减了93.2%,非夹持处断点伸长率衰减了33.9%。测试与防护垫层一并安装的0.10mm的薄膜的拉伸性能可知:在垫层的防护下,0.10 mm厚的薄膜使用8个月后夹持处的断点伸长率衰减了2 7.3%,非夹持处的断点伸长率衰减了1 2.8%,夹持处与非夹持处的薄膜拉伸性能差异远低于0.15mm厚的薄膜。综上可知:卡簧卡槽的夹持会加速薄膜老化,垫层的存在可减缓薄膜因夹持带来的加速老化。     

辽西低山丘陵区坡地砾石量及粒径对土壤水分蒸发影响的模拟试验研究

【目的】分析砾石量及粒径对土壤蒸发的定量影响。【方法】以辽西低山丘陵区坡地非砾石土壤为对照(CK),通过设置4种粒径和6种砾石量的含砾石土壤,采用室内恒温蒸发模拟研究砾石量和粒径对土壤水分蒸发的影响。【结果】2～5 mm粒级砾石量在30%范围内均能减少蒸发,当粒径大于2～5 mm时,较低的砾石量并不能减少土壤累积蒸发量,甚至增大土壤累积蒸发量,当砾石量大于15%时土壤累积蒸发量随砾石量的增大显著减小;当砾石量较小时,小粒径的土壤累积蒸发量较小,随土壤中砾石量的增加,土壤累积蒸发量随着砾石粒径的增大而减小;含砾石土壤平均蒸发速率均小于非砾石土壤,初始蒸发速率表现为含砾石土壤大于非砾石土壤,且随砾石量的增大表现为增大趋势。【结论】砾石能够显著的降低土壤蒸发量。     

基于CFD-DEM油茶果负压吸附系统数值模拟及试验研究

针对研发的负压吸附系统在对油茶果进行气力收集时有阻塞及能耗高等问题,从输送管道的管径、弯径比及输送气速3个方面对系统收集性能进行研究,开展管道内油茶果气固两相流的数值模拟。数值模拟通过离散元素法(DEM)和计算流体力学(CFD)耦合求解,组成离散元模型与计算流体力学模型,以CFD求解连续气相流场,以DEM求解离散颗粒运动及受力。仿真结果表明:对吸附性能的影响因素从大到小为管径、输送气速、弯径比,在输送气速为38m/s、弯径比为1及管径为80mm时,系统质量流量达到最优。同时,对此参数下管道内不同阶段颗粒平均动能及不同位置处颗粒速度进行分析,并进行了样机吸附性正交试验,结果表明:管径对吸附性能影响最大,其次为输送气速、弯径比,与数值仿真结果一致;管径为80mm、弯径比为1及输送气速为38m/s时,负压吸附系统质量流量的试验值最优为0.66kg/s,同一条件下的仿真值为0.902kg/s,两者之间相对误差为26.8%,试验与数值模拟结果基本吻合。     

新鲜草物料压缩过程中应力松弛的试验研究

为了揭示新鲜草物料压缩过程中应力松弛的规律,探索压缩新鲜草物料工程优化设计的基本因素,以工程上最常用截面积为360×460mm的液压高密度捆草机为试验装置,采用多种压力、位移传感器和现代测试手段,选择了有代表性的新鲜苜蓿草、苏丹草(揉碎)和玉米秸秆(揉碎)作为试验物料,其含水率分别为48%,52%,62%。将每种物料分成若干个喂入量,每种喂入量进行一个完整的试验过程,测取与应力松弛有关的全部数据、信息。通过试验,揭示了3种物料中同一种物料不同喂入量时草片应力松弛的基本规律,以及3种物料在相同喂入量时的基本规律,从而为物料、喂入量对压缩工程的压缩力、功、功率、压缩频率等动力学参数优化提供了参考。     

基于LVDS传输线延时检测技术的土壤含水率传感器

为实现土壤含水率的快速准确监测,设计了一种基于LVDS差分传输线延时检测技术的土壤含水率传感器。该传感器将高频振荡信号分路为两通道LVDS差分信号,一个通道用于测试土壤含水率,另一个通道用于提供参考信号。由于土壤中水分的变化改变土壤介电常数,从而导致测试通道LVDS差分总线上信号传输延时的变化,则传感器检测该通道信号的传输延时就可以确定土壤含水率。为了获得LVDS总线设计线宽和线间距的最优值,以LVDS总线阻抗值均方误差最小化为目标,构建了线宽和线间距的最优化计算模型,并通过遗传算法求解出了最优线宽为0.178 9 mm和最优线间距为0.223 8 mm。试验表明,根据该参数设计的传感器在50 MHz频率时,对体积含水率8.31%以上的砖红壤土和黄壤土的预测模型为线性模型,决定系数R2为0.964 2,绝对预测误差在2.45%以内。     

坡耕地鸭嘴式玉米排种器间歇同步充补装置设计与试验

针对坡耕地环境下鸭嘴式玉米排种器排种质量差及性能不稳定等问题,以鸭嘴式玉米排种器为载体,设计了一种配套的间歇同步充补装置。阐述了排种器整体结构及工作原理,分析了种子在排种器内部排种、补种及导种过程,优化了间歇同步充补装置摇杆、内棘轮和鸭嘴式排种器直角导种部件等关键部件结构参数。结合理论分析和坡耕地播种农艺要求,选取作业速度、回位弹簧预紧力和作业坡角为试验因素,合格指数和变异系数为性能指标进行了单因素试验、正交试验及台架对比试验。试验结果表明,性能指标随作业速度和作业坡角增加先增加后降低,随回位弹簧预紧力增加先增加后趋于平稳;当作业速度为1 m/s、回位弹簧预紧力为15.6 N(型号T4,丝径为1 mm,中径为7 mm,原长为25 mm)、作业坡角为12°时,其排种性能较优,合格指数为98.7%,变异系数为10.2%;较传统鸭嘴式排种器其合格指数提高了9.5个百分点,满足坡耕地环境下精量播种作业要求。     

水中成堆草莓力学特性试验研究

针对草莓柔嫩易受机械损伤的问题,提出一种减损方法,即将成堆新鲜草莓置于水中辅助机械加工作业而避免损伤的方法,并对草莓物理参数和压缩力学特性进行试验研究。试验得到不同质量的中型果草莓尺寸差异性不大,其中大规格草莓形状较中小规格草莓更接近球形。压缩试验表明:成堆草莓置于水中,水面以下第2层可能受到的最大挤压力0.26N;当草莓变形量在允许范围内即小于1mm范围内变形时,所需压缩负荷远远大于0.26N,故草莓置于水中可有效防止机械作业时的挤压损伤;在变形量为1mm时,草莓刚度总体偏小,均小于0.2 N/m。研究结果可为草莓深加工机械设计提供参考。     

高速播种机玉米姿控驱导式排种器设计与试验

针对机械式玉米排种器在播种机高速作业条件下排种精度下降且性能不稳定的问题,提出利用调姿齿与单元型孔对玉米种子充种姿态进行调控的技术思路,设计了一种姿控驱导式精量排种器,采用双侧种盘对置、单列排种结构布局,降低工作转速同时提高排种均匀性。完成了关键零部件的结构参数设计,分析了种子姿态调整原理,通过单因素试验与正交旋转组合试验获取排种器的最优参数组合,并开展排种性能对比试验。结果表明：调姿齿齿型为线型时,排种合格率提升效果最优,较无调姿齿可提升29.1个百分点;排种器的最优参数组合为：工作转速16.7r/min,型孔外壁面倾角46.9°与型孔圆角半径4.5mm,该条件下合格率、漏播率和重播率分别为91.6%、2.8%与5.6%;在作业速度8~14km/h范围内,排种器的合格率均高于90%,漏播率均低于3%,重播率均低于8%,破损率均低于0.5%,粒距均匀性变异系数均低于19%,且排种效果优于无姿态调控排种器与勺轮式排种器,满足玉米精量播种的技术要求。     

自激振动深松机关键部件仿真设计及试验

针对深松整地机存在的耕作阻力大、能耗高等问题,设计了一种自激振动深松机。基于Adams建立弹簧刚度系数分别为260N/mm和475N/mm的两种自激振动总成动力学仿真模型,得到振动频率分别为7Hz和9Hz,平均振幅分别为0.102m和0.036m,弹簧最大压缩力分别为9421N和9021N,分析发现选择直径20mm、中径80mm、刚度472N/mm的压缩弹簧具有更好的深松减阻效果。基于Ansys Workbench建立整机关键部件有限元仿真模型,对松土铲进行静力学分析,结果表明:施加5000N载荷时,最大形变为0.24169mm,最大应力为214.2MPa,满足强度要求;弹簧模态分析中,固有频率最小为69.133Hz,满足设计要求。田间试验结果表明:自激振动深松机深松深度为382mm,深松耕深稳定性系数为96.8%,地表10cm内碎土率达到62.8%,整机性能满足深松机评定指标。     

水稻秸秆压块成型工艺参数试验优化

田间移除秸秆可以减轻水稻重金属超标的问题,水稻秸秆压块成型可以为田间快速移除秸秆提供有利条件,因此对水稻秸秆快速压块成型设备关键部件和液压系统进行设计选型。选取压块成型过程中素秸秆长度、含水率、批次装填量等主要影响因素,以压缩块成型效果和密度为指标进行单因素试验,并在该基础上选取合适的作业范围进行多因素试验,极差分析和方差分析得到最优组合为稻秸秆含水率25%、切碎长度25 mm、批次装填量30 kg,对应稻秸秆压块成型密度为0.77 g/cm~3,压块成型效果最佳。