基于EDEM及SolidWorks Simulation的清茬单体刀盘轴疲劳分析

清茬单体作为斜抛式大豆免耕精播机的关键作业部件,其使用寿命对机具的无故障工作时间起决定性作用。本文首先在介绍免耕精播机作业功能及清茬单体结构组成的基础上,应用EDEM对清茬单体刀齿的土壤切削过程进行模拟仿真,获得单组刀齿单程土壤切削载荷数据及全刀齿土壤切削的载荷-时间历程数据;依此,利用Solid Works Simulation对清茬单体刀盘轴进行有限元静力学分析,模型最大应力发生在键槽端部,值为119.5 MPa,小于材料45号钢许用应力353.2 MPa,满足强度设计要求;清茬单体恒幅及变幅疲劳分析结果表明:模型损坏百分比7.15%,生命周期864 h,刀盘轴是安全的,在作业时段内清茬单体刀盘轴损伤是由中低平均应力循环及较小应力幅值所引起的。研究为清茬单体的疲劳分析提供了一种新的方法。     

自动避障式葡萄藤防寒土清土机研制

针对目前葡萄藤防寒土清土机自动化程度低、清土不彻底和易伤藤等问题,该研究基于多体动力学软件RecurDyn和离散元软件EDEM耦合仿真的方法,面向中国北方砂壤土地区葡萄园内的葡萄藤防寒土清除,提出采用柔性刷子与橡胶组合的清土作业部件,并设计了一种自动避障式葡萄藤防寒土清土机,主要由机架、避障摆动机构、避障信号采集机构、控制器、清土部件、挡土板、传动部件和限深轮等部分组成,在机具前进作业过程中,通过触杆感知自动避开水泥柱,并将葡萄藤上覆盖的防寒土清除干净。采用耦合仿真试验,模拟整机避障清土的作业过程,以机具前进速度、避障油缸速度、清土部件转速和触杆转动角度阈值为试验因素,以土壤清除率为试验指标,进行四因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析,确定了对试验结果影响显著的因素,以土壤清除率最大为优化目标,获得了机具的最佳作业参数组合:机具前进速度0.43 m/s、避障油缸速度60 mm/s、清土部件转速550 r/min、触杆转动角度阈值10°,此时仿真优化的土壤清除率为54.65%。加工物理样机并进行田间验证试验,得到田间试验的土壤清除率为59.73%,与仿真试验的土壤清除率相对误差约为8.50%,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,满足自动避障式葡萄藤防寒土清土作业要求。研究结果可为触土机具避障机构的整体设计及优化提供理论依据和技术支撑。     

棉箱压实搅龙机构对籽棉压缩作用仿真及分析

建立棉箱压实搅龙机构的离散元仿真模型,仿真其在棉箱实际工作情况,并对压实搅龙机构工作过程中籽棉的压缩过程进行仿真分析,为棉箱压实搅龙的结构设计提供指导。仿真结果表明:籽棉颗粒数量增加时,压实搅龙推送作用对籽棉产生的圧缩力、籽棉颗粒间的挤压力、附着力、缠绕力均随着籽棉数目的增加而增大;当籽棉数量不再增加时,处于推送阶段籽棉间作用力较小,总压缩力趋于平缓;推送阶段结束后,籽棉数量没有增加,但在压实搅龙的推送下,籽棉于棉箱前端堆积相互挤压,籽棉颗粒间的压缩力显著增加,故籽棉的总压缩力快速增加。变径压实搅龙机构由于搅龙直径前大后小,堆积在棉箱尾部的籽棉由小径搅龙以稳定的输送量向前推送,前段大径搅龙将大量的籽棉推送压缩。变径搅龙阶段性推送,压实效果良好,其仿真模型可为其结构参数的设计提供理论参考。     

基于DEM-CFD耦合的锤片式粉碎机筛分效率模拟研究

为提高新型锤片式饲料粉碎机的筛分效率,现利用EDEM-Fluent耦合法对该机进行数值模拟。先对EDEM和Fluent耦合计算筛分效率的准确性进行试验验证,再分别模拟不同喂料速率、不同喂料量、不同回料管直径下粉碎机的筛分效率,分析粉碎过程中物料在该机内部的分布规律以及3种影响因素分别对应的筛分效率最大值。结果表明,物料颗粒在分离装置内总体上呈外密内疏的状态,喂料速率、喂料量以及回料管直径影响粉碎机筛分效率。3次数值模拟得出喂料速率、喂料量、回料管直径分别为0.75 kg/s、4 kg、50 mm时,筛分效率最高,分别为80.00%、79.75%、81.00%。     

基于卫星定位的玉米高位精播种子着床位置预测方法

玉米植株的精确空间位置分布信息可为中耕、植保、对行收获等田间精准作业提供数据支撑,是玉米精细化生产的基础。本文提出一种基于卫星定位的玉米高位精播种子着床位置预测方法。基于卫星精准定位播种机组位置,结合播种机结构特点构建播种机组与播种单体相对位置模型,基于EDEM数值模拟和动态仿真,构建高位精播种子着床补偿模型,搭建种子着床位置预测系统,实现了玉米播种环节种子着床位置的精准预测。田间试验表明,作业速度、定位数据更新率对着床位置偏差影响极显著(p<0.01),播种株距对着床位置偏差影响显著(p<0.05);作业速度对着床位置预测准确率影响显著(p<0.05),播种株距、定位数据更新率对着床位置预测准确率影响不显著(p>0.05)。着床位置偏差随着作业速度的减小、播种株距和定位数据更新率的增大而减小;着床位置预测精确率随作业速度的减小而增大。作业速度、播种株距、定位数据更新率为3 km/h、0.4 m、10 Hz时,着床位置预测最准确,平均着床位置偏差和着床位置预测准确率分别为24.3 mm和88.9%。该系统能将玉米高位精播种子着床位置的预测控制在厘米级。     

三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验

【目的】为提高三七育苗品质,针对槽式三七育苗播种行株距小、播深浅的特殊农艺要求,设计一种集覆土、镇压功能为一体的密集型种沟覆土镇压装置。【方法】在田间试验确定三七出苗率高、种苗品级最佳的基质紧实度范围的基础上,对镇压辊与土壤接触进行动力学分析,确定覆土镇压装置相关参数;借助离散元法对覆土镇压过程进行仿真分析;以开沟深度、播种机前进速度为试验因素,以覆土厚度及一致性为试验指标进行土槽试验,验证覆土镇压装置相关结构参数是否满足要求。【结果】由田间试验得到基质紧实度范围为200～400 kPa。覆土镇压装置结构参数为:镇压轮直径150 mm、弹簧最大刚度140.5 N/mm。由仿真分析得到覆土厚度为9.77～11.40 mm,粒距偏移量为0.07～6.23 mm,行距偏移量为0.03～1.43 mm。土槽试验结果表明,最优工作参数为:开沟深度为25 mm、播种机前进速度为0.16 m/s,此时覆土厚度均值为11 mm、覆土厚度一致性为85.15%,覆土镇压后基质紧实度为300～360 kPa。【结论】由仿真分析和土槽试验可知,覆土镇压装置设计满足三七育苗播种时基质紧实度和覆土厚度的农艺要求,...     

基于EDEM-CFD的柴油机DPF孔道内积碳层堵塞特性研究

为探究柴油机颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter,DPF）内部积碳层运动引起的堵塞故障,该研究采用积碳层运动与分布可视化试验,并结合离散单元法（E-Discrete Element Method,EDEM）与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）,分别对对称、非对称（Asymmetric Cell Technology,ACT）结构D型及O型3种DPF孔道内部的流场压降、积碳层运动及堵塞特性进行分析。结果表明：3种结构的DPF进气孔道中心流速相差较小,但排气孔道中心流速相差较大,ACT结构O型排气孔道的出口流速最快,比对称结构快47 m/s;ACT结构O型的静压差最大,是ACT结构D型静压差的1.4倍,是对称结构的3.3倍;在3种结构的DPF进气孔道中,90%以上的积碳层进行了运动,对称结构的堵塞最严重,在进气孔道前、中、后段均形成了堵塞;ACT结构D、O型DPF的堵塞程度较轻,在进气孔道中、后段形成堵塞,且O型堵塞情况好于D型;积碳层密度越大,堵塞位置越靠近进气孔道入口端,导致进气孔道的有效空间减少;积碳层密度越大,进气孔道内的最大堵塞密度反而减小,表明气体通过堵塞段的流通性能有所改善。相比之下,对称结构DPF的孔道堵塞虽严重,但未经碳加载时的静压差小于2.4 kPa,而ACT结构的孔道堵塞程度轻,静压差却极大,D型最高可达6.3 kPa、O型可达9.1 kPa。研究结果可为解决DPF孔道堵塞问题提供理论依据与工程指导。     

蚯蚓-蚯蚓粪分离-收获工艺与关键部件试验

蚯蚓堆肥是实现农业有机固体废弃物减量化、无害化、资源化和增值化的生物处理技术之一。蚯蚓堆肥结束后,如何将成熟活体蚯蚓从大量堆肥物料中快速分离收获,是目前规模化蚯蚓堆肥亟需解决的难题之一。为实现蚯蚓体快速、高效、稳定的分离和收获,该研究提出了蚯蚓堆肥产物3步分离收获工艺方法,并针对此工艺中的动态斜面分离收获关键部件和工艺参数开展了试验研究。在此基础上,结合力学分析、EDEM离散元仿真模拟揭示了蚯蚓分离关键过程中的动力学机制。结果表明：本研究所提出的分离工艺可较好实现蚯蚓、蚯蚓粪的分离和集中收获,动态斜面在蚯蚓-蚯蚓粪分离过程中起关键作用,利用了蚯蚓体表液膜接触粘附摩擦特性强,易粘附于斜面,而动态斜面作用下蚯蚓粪滚动摩擦力小的特性,蚯蚓与蚯蚓粪抛落于动态斜面后因受力差异导致两者呈相反方向运动,实现分离。蚯蚓-蚯蚓粪分离收获的最优参数组合为安装锥形分离器下,分离收获斜面速度50 mm/s、倾角为30°。基于此工艺方法处置蚯蚓粪-蚯蚓混合物料10 kg耗时55.36 s,在蚯蚓收获区的蚯蚓收获率为（81.50±5.55）%,蚯蚓粪含杂率接近于0,物料总收获率为（96.56±1.79）%。研究结果可提高蚯蚓堆肥产物分离收获的速度与效率,为规模化蚯蚓堆肥机械装备化、减少人工作业和降低成本提供借鉴与参考。     

宽苗带小麦免耕施肥播种机设计与试验

针对小麦玉米轮作区,玉米收获后小麦种植时间紧张,播种效率低的问题,采用宽苗带播种模式,搅龙型覆土整平机构,设计一种宽苗带小麦免耕施肥播种机,一次进地可同时完成灭茬、施肥、播种、覆土整平、镇压等工作。对苗带灭茬装置的旋耕刀片排布安装进行设计,确定苗带旋耕灭茬的方式;通过EDEM软件对宽苗带分布器排种过程进行仿真,确定分种板的位置参数;对搅龙覆土整平装置进行力学与运动学分析,确定搅龙叶片的螺旋升角取33°。在玉米小麦两熟区进行试验,结果表明,播种深度,种肥高度差和苗带宽度的合格率分别为93.1%,100%和94%,机具通过性良好,各项指标满足农艺要求。     

基于仿真与试验的可变型孔立式复合大豆种盘参数优化

为提高立式排种器对种子尺寸适应性,增强机械式精密排种器市场竞争力,研究一种型孔径可变的复式种盘,并对其参数优化。设计由充种勺轮、导种轮、护种板和调节挡板组成的可变型孔立式复合种盘,只需定量改变调节挡板的调节间隙即可播种不同尺寸大豆种子。通过EDEM仿真及试验,优化得出该复合种盘型孔特征参数最优值,仿真优化得出种勺倾角θ的最优参数值为30°,种子尺寸范围4.5~6.0、6.0~8.0、8.0~10.5和10.5~13.0 mm时,对应的调节间隙d分别为0、2.5、3和5 mm。优化参数后的种盘经样机试验具有良好作业性能与种子适应性,可为该项技术产品转化设计奠定基础。