香蕉秸秆离散元仿真粘结模型参数标定与试验

为提高离散元法对指导香蕉秸秆粉碎还田装备设计与优化的准确性与可靠性,本文利用Hertz-Mindlin with bonding接触模型建立香蕉秸秆离散元粘结模型并进行参数标定。运用高速摄影技术开展碰撞恢复试验、静摩擦及滚动摩擦台架试验,确定了香蕉秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数等基本离散元模型接触参数。开展香蕉秸秆物理与仿真剪切试验,获得破坏香蕉秸秆外皮的力学特征曲线,确定物理最大剪切力为122.41N;通过中心组合设计（Central composite design, CCD）响应面法确定香蕉秸秆粘结模型的法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力的最佳参数组合为5.89×107N/m、2.49×106N/m、1.39×105Pa、1.34×105Pa。以参数标定结果进行仿真验证,结果表明,仿真剪切力结果与物理剪切力相对误差仅为2.34%,验证了该粘结参数标定方法的可行性,可为香蕉秸秆粉碎还田机设计与研究提供理论参考。     

增施硅肥对夏谷根系生长及产量的影响

以抗倒性不同的3个谷子品种冀谷31(高抗)、冀谷20(中抗)和张杂谷8号(不抗)为试材,均设土壤施用硅肥0(CK)、300、450、600和750 kg/hm2计5个处理,研究了施用硅肥对拔节期和抽穗期夏谷根系生长(单株根鲜重、单株根条数)以及对谷子产量的影响。结果表明:试验硅肥施用量范围内,施用硅肥对3个谷子品种拔节期、抽穗期的单株根鲜重和单株根条数,以及产量均无显著影响;不同谷子品种对拔节期和抽穗期的单株根鲜重及单株根条数均有极显著影响,对产量影响不显著。在拔节期,3个谷子品种的单株根鲜重顺序为张杂谷8号冀谷31冀谷20,其中,张杂谷8号和冀谷31与冀谷20间的差异均达到了极显著水平;单株根条数顺序为冀谷31张杂谷8号冀谷20,其中,冀谷31和张杂谷8号与冀谷20间的差异均达到了极显著水平。在抽穗期,3个谷子品种的单株根鲜重顺序为冀谷31张杂谷8号冀谷20,其中,冀谷31与张杂谷8号和冀谷20间的差异均达到了极显著水平;单株根条数顺序为冀谷31张杂谷8号冀谷20,其中,张杂谷8号与冀谷31和冀谷20间的差异均达到了显著水平,冀谷31与冀谷20间的差异达到了极显著水平。且试验施硅量范围内,抽穗期的单株根鲜重和单株根条数均多于拔节期。     

秸秆粉碎还田机甩刀的设计

甩刀是秸秆粉碎还田机的重要工作部件。为此,阐述了秸秆粉碎还田机机用甩刀的工作过程,指出了现有刀片的优缺点,对秸秆粉碎还田甩刀的形状、速度、排列方式、数量、耐磨性及刀辊平衡等方面进行分析,设计出一种秸秆粉碎还田组合Y型甩刀。同时,应用Solidworks软件对其进行创新结构设计,利用Solidworks内含的有限元模块,对新刀片进行有限元静力学分析,优化其设计参数。     

玉米收获机实验台的研制

玉米收获机是当前农业机械的发展重点,玉米收获机实验台的建立可以为玉米收获机械设计提供完备的理论参考.为此,阐述了玉米收获机实验台各关键部件的设计思想,描述了实验台的工作工艺过程.目前,实验台已完成了分禾器测试实验、玉米收获机籽粒破损与籽粒损失因素测试实验、玉米收获机工作时摘穗辊扭矩-转速影响实验,并建立了相关理论,通过实验证明了玉米收获机实验台的研制是成功.     

海南热区砖红壤颗粒离散元仿真模型参数标定

为获取适用于海南热区砖红壤与触土部件相互作用的离散元仿真模型参数,该文利用EDEM仿真软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型对海南地区砖红壤进行相关模型参数标定,首先以含水率为7.8%、实际休止角为32.35°的砖红壤为研究对象,以物理试验获取的砖红壤-砖红壤、砖红壤-触土部件间恢复系数、静摩擦系数及滚动摩擦系数为标定对象,应用Plackett-Burman设计试验筛选出对休止角有显著影响的参数:即砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数、JKR表面能、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数、砖红壤-砖红壤恢复系数。进一步以砖红壤颗粒休止角为响应值,基于Box-Behnken设计试验得到休止角与显著性参数的二阶回归模型,并以实际休止角为目标,针对显著性参数进行寻优,得到最佳组合:砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数为0.07、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数为0.24、砖红壤-砖红壤恢复系数为0.4、JKR表面能为4.31J/m^2。最后在标定的参数下进行休止角与破土阻力离散元仿真验证试验,对比计算得出仿真休止角与实测休止角相对误差为0.62%,仿真破土阻力与实测破土阻力相对误差为3.43%,并通过对比分析两次试验中破土阻力变化曲线的拟合情况,得出两曲线间的可决系数R2=0.993 9,均方根误差RMSE=0.017 7,该结果表明标定所得相关参数可用作海南热区砖红壤离散元仿真。     

移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机的研制与试验

为了解决中国香蕉茎秆废弃物带来的环境污染、疾病传播、资源浪费以及火灾事故等问题,该文结合香蕉茎秆粗大、含水量高等特点,通过研究香蕉茎秆喂入、挤水、机械击打刮取等关键机构,设计出一台可移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机,整机主要由茎秆输送装置、喂入装置、滚扎装置、纤维刮取装置、出料装置等部分构成。样机性能试验表明:该机生产率为206.6 kg/h,香蕉茎秆纤维提取率为90.4%,香蕉茎秆纤维含杂率为16.2%,提取100 kg香蕉茎秆纤维能耗为22.3 k W·h,符合生产需求。该研究可为香蕉茎秆纤维提取机的设计提供技术参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要意义。     

基于ANSYSWorkbench的香蕉茎秆纤维提取刀片改进设计

目前刮麻刀片有限元分析较少,笔者利用ANSYSWorkbench对香蕉茎秆纤维提取机普通刀片和改进刀片进行结构静力学分析。结果表明:在相同载荷和边界条件下,改进后刀片最大应力由71.06MPa降至48.71MPa,降低了31.5%;最小疲劳寿命超过设计寿命;安全系数由0.97增加到1.42,增加了46.4%。由此说明普通刀片在极限载荷下可靠性低,最大加工茎秆片数为4片,而改进刀片性能更加优异,可以用于刀片的更新替换。     

轮式装载机副车架有限元分析

利用Pro/ENGINEER Wildfire4.0强大的三维实体造型功能,对轮式装载机副车架建立三维实体模型。同机配置ANSYS-Pro/E接口,将副车架模型导入ANSYS中,形成相应的三维有限元网格模型;并对副车架设置约束条件和施加载荷,计算求解及使用通用后处理器来观察计算结果,得出副车架的位移及应力分布云图,由此为副车架的精确设计提供了可靠的理论依据和可行的方法,提高了设计质量和效率。     

香蕉秸秆力学特性试验

为合理利用香蕉秸秆,研究其力学特性,采用正交试验法,以香蕉秸秆为对象,对不同含水率、不同部位的秸秆在电子万能试验机上以不同的加载速度进行拉伸试验,测得不同条件下香蕉秸秆拉伸的最大载荷以及破坏力对香蕉秸秆的影响.试验结果表明:香蕉秸杆拉断力的主要影响因素依次为含水率、加载速度、加载部位.随着香蕉秸杆根部含水率的增加,拉断力逐渐减少,并呈现平缓趋势.随着香蕉秸杆根部和中部试样加载速度的增加,拉断力逐渐增大,达到最大数值之后呈现下降趋势.同样的加载速度情况下,根部断裂所需要的力比中部小.     

旋转拨刀式小麦免耕播种机的设计与试验

针对我国一年两熟区免耕播种小麦机具易堵塞问题,设计了旋转拨刀式小麦免耕播种机。主要设计了动力传动方案、开沟器、立式拨刀防堵装置等关键部件,并确定了其主要结构参数。田间试验表明:该机能够有效清除秸秆、杂草,保证机具的通过性,播种深度为41.5mm,施肥深度为89.6mm,种肥间距为45.2mm,一次可以完成拨茬、开沟施肥、播种、镇压等作业,土壤扰动量少,作业质量满足农艺要求。