基于EDEM-Fluent的残膜与杂质悬浮分离仿真与试验

基于残膜与土壤、秸秆等杂质在密度、悬浮速度、流动特性等方面的差异,提出了一种基于EDEM-Fluent耦合的残膜与杂质悬浮分离方法。阐述了3种残膜与棉花秸秆、土壤混合物悬浮分离速度测定法,即理论计算法、仿真分析法和台架试验测定法,利用3种方法分别测定残膜悬浮分离速度。利用EDEM-Fluent耦合的方法模拟残膜与杂质悬浮分离的过程,3种残膜混合物料中土壤和秸秆总质量占比分别为40%(其中土壤占30%)、60%(其中土壤占50%)和80%(其中土壤占70%)时,残膜悬浮速度仿真值为4.77～5.83 m/s、4.89～6.46 m/s和5.31～7.40 m/s; 3种残膜混合物悬浮分离速度台架测定试验值为4.67～5.77 m/s、4.88～6.37 m/s和5.29～7.22 m/s。残膜悬浮速度仿真值与台架试验值之间的相对误差为0.77%～4.79%,验证了基于EDEM-Fluent耦合法测定残膜混合物悬浮分离速度的可行性。混合物中杂质改变了残膜的形变量和运动特性,从而影响残膜的悬浮速度和位置;为了使仿真结果更加接近试验数值,残膜悬浮分离速度仿真值的下限值与台架试验的下限值相差较大...     

气力式秸秆深埋还田机输送装置设计与试验

针对合理耕层构建技术指标要求,设计了气力式秸秆深埋还田机输送装置。其主要结构参数为：输送管截面为0.2m×0.2m方形管;叶轮直径为0.55m,叶轮宽度为0.17m,进气口直径为0.26m,风机壳宽度为0.2m;螺旋轴直径为0.09m,螺旋叶片外径为0.25m,螺距为0.2m,螺旋叶片厚度为0.003m,螺旋外径与输送管内表面间隙为0.005m。通过玉米悬浮速度试验测得,长度为10cm玉米秸秆上、中、下部分悬浮速度分别为10.4、12.3、12.7m/s,平均值为11.9m/s,试验结果与仿真误差为7%。基于气固耦合理论,通过CFD-DEM气固耦合法对输送装置内的气固两相流模拟研究,表明弯角30°、转速为1800r/min时输送管道中,秸秆最小速度为5.21m/s,所对应的气流速度为17~27m/s,出口处玉米秸秆速度为6.06m/s,气流速度为2~27m/s,秸秆输送效果最佳。田间试验结果表明,气力输送装置性能参数最优组合为：风机转速1800r/min,秸秆覆盖量1.2kg/m2,叶片弯角30°。田间验证试验得深埋合格率为93.2%,有效提高了深埋质量。     

红枣悬浮速度特性试验测定与分析

红枣悬浮速度是气力式收获、输送和清选除杂等装置设计与研究方面重要的物料特性参数,是风机选型与气力机械结构优化改进的理论依据。本文利用自制悬浮速度测定装置试验台,测定红枣在不同含水率及粒径下的悬浮速度数值,探究悬浮速度与两者之间变化关系,并获得气流速度下红枣悬浮高度变化范围,得出其悬浮的最佳气流速度。试验结果表明:红枣含水率在47.39%～72.35%变化时,其悬浮速度范围在27.13～34.28 m/s;红枣粒径在25.59～36.69 mm变化时,其悬浮速度范围在31.15～34.04 m/s,悬浮速度变化都呈上升趋势;响应面分析可知,相同含水率下,红枣悬浮速度数值随着粒径的增加而变大,当粒径确定时,随着含水率增加悬浮速度数值逐渐增加,但增加程度较小,可知红枣粒径变化对悬浮速度影响较大,含水率变化对悬浮速度影响较小;当含水率确定、气流速度在32 m/s时,不同粒径红枣,在锥管内不同高度悬浮,出现粒径较大在上端,粒径较小在下端的分层现象;对悬浮速度理论公式中形状修正系数进行计算,当红枣含水率72.35%、粒径25.59～36.69 mm时,其形状修正系数S在0.565～0.679之间。该试验测定结果为红枣气力式收获或分选等装置设计与研制提供理论依据。     

气送式排种器输种管内种子速度耦合仿真测定与试验

设计气流输送式排种系统时需确定种子速度,以小麦种子为试验对象,采用计算流体动力学和离散元耦合的方法在不同播种量与风速情况下对输种管内种子速度进行数值模拟。采用标准k-ε模型非稳态的Lagrangian耦合算法进行气固两相流耦合仿真,在台架试验中运用高速摄像技术对输种管内的种子运动过程进行图像采集,将采集的图像进行二值化、反色、差分、腐蚀去噪声等图像处理,根据种子面积与质心位置特征提取种子的移动距离,并计算得到种子实际运动速度。仿真模拟与试验表明,输种管内种子速度主要受风速影响,播种量对其影响很小;不同风速下输种管内种子速度仿真值与试验值的相对误差范围为4.28%~6.06%,相同位置处不同风速种子速度仿真值与试验值的相对误差范围为4.86%~5.70%,通过计算得到输种管内种子速度的修正系数平均值为0.95。基于气固两相流耦合的输种管内种子速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEM-Fluent耦合仿真测定输种管内种子速度的可行性。     

大豆脱出物悬浮速度试验研究

应用东北农业大学自制农业物料悬浮速度测试试验台,对5TZY-60型育种脱粒机脱出物的悬浮速度进行测试。测试结果表明:大豆脱出物中饱满籽粒、颖壳、40mm茎秆、80mm茎秆和120mm茎秆的悬浮速度分布范围分别为11～17m/s,5～6m/s,7～13m/s,8～14m/s和10～17m/s。根据测定结果分析了对清选系统的影响,初步得到最佳清选风速范围小于11m/s,同时确定单一风选作为清选系统的局限性,为该机配套清选系统定型提供试验与理论支持。     

大白菜种子脱出物空气动力学特性试验研究

为了研究大白菜种子脱出物的空气动力学特性,研制了一种农业物料悬浮速度测定试验台,并对大白菜种子脱出物开展悬浮速度试验。结果表明:籽粒的悬浮速度随粒径的增加而升高,果荚壳长度对其悬浮速度的影响不显著;脱出物的含水率越高,悬浮速度越大;籽粒悬浮速度在6.68～7.42m/s之间,短茎秆悬浮速度在6.56～7.25m/s之间,果荚壳悬浮速度在4.49～6.05m/s之间,轻杂物悬浮速度在2.51～3.23m/s之间。研究表明:轻杂物与籽粒空气动力学特性差异大,利用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的轻杂物;果荚壳、短茎秆与籽粒空气动力学特性差别小,仅依靠气流清选难以将二者与籽粒分离,由于果荚壳、短茎秆与籽粒外形几何尺寸差异明显,可利用圆筒筛实现这二者与籽粒的有效分离。通过在内流式圆筒筛清选装置试验台上的试验,得出横流风机转速为700r/min、风道内气流速度为7.12m/s时清选效果最好的结论,此时清洁率为97.91%,损失率为0.42%。     

山核桃物料风选机理与风选性能试验研究

破壳后物料分离是山核桃深加工的关键技术,仿真分析了山核桃破壳后各种形状壳仁的物理特性。研究利用物料的壳与仁的含水率的区分度、物料的力学参数与其形状系数使壳、仁和壳仁嵌合物的悬浮速度重合区间减小,并且研究了风速均匀性和控制风速精度对复杂物料风选的影响。混合物料试验确定了在风速8. 2 m/s、仁含水率为23. 6%、壳含水率为5%、迎风面容量比为50%左右时,总体清选率为99. 2%、误选率为0. 8%,剩余物料在含水率均为23. 6%、风速为11. 7 m/s时使清选率达到100%、误选率2. 3%,含水率为23. 6%时物料最大碰撞力为0. 003 1 N。     

油菜联合收获机脱出物空气动力学特性测定

油菜收获脱粒装置脱出物包含油菜籽粒、茎秆、荚壳和轻杂物4种成分,采用PS-20型物料悬浮速度试验台对脱出物悬浮速度进行了测定.结果显示籽粒悬浮速度随粒径呈线性关系,茎秆悬浮速度随直径呈二次多项式关系.茎秆长度(＜ 100 mm)对其悬浮速度影响不显著;籽粒和茎秆悬浮速度较为接近,在7～ 10 m/s之间,远大于荚壳和轻杂物悬浮速度(1～3 m/s).籽粒和荚壳悬浮速度与含水率呈线性增长关系,而茎秆和轻杂物悬浮速度与含水率呈指数增长关系.研究表明,清选时根据不同脱出物悬浮速度差异,采用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的荚壳和轻杂物,气流清选流速以4 ～6 m/s为宜.     

花生新品种阜花12号高产栽培技术探讨

为发挥阜花12号花生新品种的增产潜力,采用对比试验,从播种期、种植密度和施肥量3方面探讨其高产栽培技术.试验结果表明,阜蒙地区的最佳播种期在5月10日左右;正常年份的最佳种植密度为1.9万株/666.7m2;最佳施肥量为每666.7 m2施农肥3500kg、种肥磷酸二铵20kg、硫酸钾7kg,中耕时垄施尿素10kg.     

基于EDEM的变量撒肥机性能分析与试验

为解决现有撒肥机颗粒肥料抛撒均匀性差且无法实现变量撒肥等问题,设计了一种双圆盘离心式液控变量撒肥机。首先,介绍了该离心式撒肥机的结构及工作原理,利用离散元仿真软件EDEM进行圆盘转速、搅龙转速、行走速度对撒肥均匀性单因素离散元仿真分析,并进行室外试验。结果表明:颗粒肥料抛撒均匀性最佳组合为:圆盘转速1600r/min、搅龙转速400r/min、行走速度1m/s时,横向撒肥变异系数最小为20.75%。仿真结果与实际试验验证结果基本一致,满足实际生产要求,可为变量撒肥机设计提供设计参考。     

氮磷钾配比施肥决策支持系统

为了解决传统施肥模式下化肥利用率低、氮磷钾施用量不合理等问题,研究了土壤取样策略及碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分分布图生成方法,开发了基于作业处方图的变量配比施肥作业决策系统,结合GPS信息,分别控制氮、磷、钾3种肥料独立施肥机构的电动机转速,实现尿素、磷酸二铵和硫酸钾的按需施用。选取黑龙江红星农场5-2号地块,进行了大豆和玉米传统作业与配比施肥作业对比试验。结果表明,与传统作业模式相比,变量配比施肥在节省15%肥料的情况下,大豆增产2.33%,玉米增产9.32%。     

钾肥在旱地马铃薯栽培技术中的应用研究

钾是植物生长必需的矿质元素,对农作物诸多生理过程具有重要影响.基于甘肃省白银市所开展的钾肥对旱地马铃薯块茎生长特性影响的试验研究,分析马铃薯在干旱气候条件下对钾元素掠夺性吸收的生物学机理及其缺钾形态表现,评估不同栽培方式与施钾水平对马铃薯块茎个数、外观、晚疫病抗性的影响,探讨不同茬次对马铃薯产量的影响规律,研究马铃薯栽...     

倾斜梯形孔式穴施肥排肥器设计与试验

为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥，设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理，分析了影响其成穴性能的主要因素，构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型；应用离散元软件EDEM和流体分析软件Fluent对穴排肥器的成穴性能进行了仿真分析，研究了作业速度、充肥孔长度和气流速度对穴长、穴排肥量误差的影响，通过全因子试验得到作业速度为3~7km/h时的较优参数组合为充肥孔长度27.0mm、气流速度15.0m/s，对应的穴长和穴排肥量误差分别为62.7~87.5mm和7.4%~8.9%。台架试验表明，在作业速度为3~7km/h、充肥孔长度为27.0mm和气流速度为15.0m/s条件下，穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为98.5~175.5mm、7.42%~14.18%、7.60%~15.17%、2.3%~4.7%；田间试验表明，作业速度为3~7km/h时，穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为104.2~178.4mm、7.55%~14.56%、7.69%~13.80%、2.1%~4.3%，成穴性能较好。     

控制灌溉条件下水肥耦合对水稻产量及其构成因子的影响

运用最优饱和设计方法进行控制灌溉条件下的水肥耦合研究。结果表明,氮、磷、钾营养元素及灌水量对水稻产量及其构成因子的影响各不相同,四因素影响水稻产量的顺序由大到小依次为:施氮量、灌水量、施钾量、施磷量。水稻最高产量达18 918.55 kg/hm2时,相对应的施氮量206.63 kg/hm2,施钾量50.30 kg/hm2,施磷量35.85 kg/hm2,灌水量为饱和含水率的61.37%~79.78%。     

水平涡轮叶片式精量排肥器设计与试验

为提高排肥均匀性，以大颗粒尿素为研究对象，设计了一种水平涡轮叶片式精量排肥器，对关键参数进行了设计与机理分析，确定了影响排肥均匀性的影响因素和参数范围，并基于离散元仿真软件确定了对数螺旋线叶片曲面参数。以涡轮叶片数量、涡轮转速和排肥口开度为试验因素，进行了排肥量的单因素试验和排肥均匀性的Box-Behnken多因素试验，结果表明，排肥量与转速呈良好的线性关系，决定系数R2不小于0.96，对于确定叶片数量的排肥涡轮，可匹配不同排肥口开度的涡轮底盘并实时控制排肥涡轮转速来调节排肥量，易于实现变量施肥作业，且排量范围内排肥均匀性较好；涡轮叶片数和排肥口开度的交互作用对排肥均匀性影响高度显著，各因素影响的主次顺序为涡轮叶片数、涡轮转速和排肥口开度；当涡轮叶片数为8个、涡轮转速为98r/min、排肥口开度为40°时，排肥均匀性系数为97.24％，实际试验验证结果与优化结果相吻合；对磷酸二胺颗粒肥料的适应性验证试验结果表明，两种颗粒肥料排肥器排肥均匀性系数接近97%，排肥量稳定性变异系数小于2%，排肥器具有较好的排肥均匀性和排量稳定性;对比分析目前常用外槽轮排肥器，设计的水平涡轮叶片式精量排肥器有效地提高了颗粒肥料的排肥均匀性。     

应用电导法实时测定磷酸氢二铵和氯化钾混合肥液浓度

【目的】通过电导率(EC)准确反应水肥一体化条件下磷酸氢二铵和氯化钾不同配比值的肥液质量浓度。【方法】测定了一定质量浓度范围(2～10 g/L)和温度范围(20～45℃)内不同磷酸氢二铵和氯化钾配比混合肥液的EC值,并基于灰色关联分析(GRA)法研究了质量浓度rf、温度T和配比值rv对磷酸氢二铵、氯化钾混合溶液电导率的影响。【结果】磷酸氢二铵、氯化钾混合肥液电导率(EC)随质量浓度rf和温度T的升高而增大,随配比值rv的增大而减小;3个因素对混合液EC影响的大小顺序为:质量浓度rf温度T配比值rv;基于拟合优度评价指标对比3次样条插值和3次B样条插值后的数据分别优选混合溶液质量浓度-EC、温度-EC、配比值-EC单因素曲线模型,构建了以磷酸氢二铵、氯化钾混合肥液EC、温度T、配比值rv为自变量的质量浓度预测模型。【结论】该模型预测精度为97.53%,满足实际使用要求,可用于水肥一体化灌溉过程中的肥液浓度的实时监测。     

花生新品种阜花12号高产栽培技术探讨

为发挥阜花12号花生新品种的增产潜力,采用对比试验,从播种期、种植密度和施肥量3方面探讨其高产栽培技术。试验结果表明,阜蒙地区的最佳播种期在5月10日左右;正常年份的最佳种植密度为1.9万株/666.7m2;最佳施肥量为每666.7m2施农肥3500kg、种肥磷酸二铵20kg、硫酸钾7kg,中耕时垄施尿素10kg。     

水田风送施肥参数检测试验台设计与试验

水田侧深施肥田间试验受插秧作业季短、作业性能不稳定等多种因素影响，而传统室内土槽无法进行风送式水田施肥试验，设计了一种可进行风送水田施肥排肥参数检测的试验台。试验台主要由机械部分、测控部分、风送排肥部分和软件部分组成。综合采用自动控制技术、多传感器技术和液压传动技术模拟水田工况，实现风送排肥过程中风压、风速等参数实时采集和显示，可灵活控制排肥轮转速和转停频率。试验台性能验证试验表明，试验台行进速度可在0~1.62m/s内调节，误差1.5%；输肥气流速度在0~30m/s之间，满足风送排肥需求；排肥系统最大排肥变异系数为5.79%，施肥效果良好。对该试验台进行侧深施肥系统测试，结果表明，对施肥均匀性变异系数的影响因素由大到小依次为：排肥轮转速、台车前进速度、风机风速。试验台能够在实验室环境进行风送式水田施肥机构参数检测，缩短了水田风送施肥关键部件的研发周期，为实现水田施肥智能控制打下基础。     

播种机关键部件性能测试平台设计与应用

针对缺少系统测试播种机关键部件运行参数和性能指标测试平台的问题，设计了一种播种机关键部件性能测试平台，阐述了该平台的工作过程，确定了其种肥量检测系统、气流供给与检测模块、地轮驱动模块、三点悬挂模块、液压动力模块及显示与控制系统的结构及关键参数，并以Stewart类自由度并联结构设计了模拟地表坡度的运动框架。播种机关键部件性能测试平台空载和各系统模块工作性能测试试验结果表明：该平台可实现排种与排肥过程中8路导种管和导肥管内种肥排出信号及种肥质量检测，可提供排种轴与排肥轴转速为20～120r/min时，高速气送式排种与排肥所需流量为1.6992～2.5575m3/h的输送气流，并可测试排种与排肥环节气流压力与流量、播种机传动系统转速与转矩；通过运动框架可模拟-5°～5°地表坡度中地表不平对播种机排种性能的影响，运动框架设置的倾斜角度与角度传感器测定的倾斜角度偏差率为0～0.25%、往复摆动角度偏差率为0～0.275%，平台运行稳定，满足不同排量的排种与排肥性能测试要求。