滩涂土壤离散元接触模型优化与现场铲削试验

为解决现有离散元接触模型对滩涂土壤特性表征准确性差的问题,该研究基于离散元仿真软件EDEM的API二次开发功能,以Hertz-Mindlin接触模型为基础,通过增加塑性、粘附特征并更改切向滑动摩擦力,得到优化后的高湿黏弹塑性（moist elasto-plastic adhesion, MEPA）模型。通过模拟活塞拔出试验,结合Plackett-Burman试验筛选出影响标定指标的显著参数,完成接触模型参数标定。搭建了铲削试验平台进行现场铲削试验,对比分析了MEPA模型、JKR模型、EEPA模型以及Bonding模型的土壤特性表征效果。试验结果表明,在铲削阻力方面,MEPA模型较JKR模型、EEPA模型和Bonding模型的仿真精度分别提升约65.957%、74.206%和59.326%;相较于现场试验结果,MEPA模型的堆积厚度与侧边距相对误差分别为5.598%和6.362%,两者均保持在10%以内,能够较好地模拟滩涂土壤,对滩涂工作装置的工况模拟和优化设计具有重要意义。     

不同含水率羊粪离散元参数通用标定方法研究

针对畜禽粪肥含水率差异大等因素导致其离散元仿真参数标定方法通用性和实用性不强等问题,以堆积角为响应值对不同含水率的羊粪进行试验研究。通过圆筒提升法建立了含水率-堆积角模型,模型相关系数0.9999。基于羊粪粒度分布以Hertz-Mindlin with JKR为粘结模型建立4种不同粒径的EDEM颗粒模型;通过Plackett-Burman试验、爬坡试验和Box-Behnken试验从10项参数中筛选出JKR表面能、颗粒间滚动摩擦因数和静摩擦因数3项显著性参数,并建立了堆积角-离散元参数模型,模型P值小于0.0001,相对误差小于等于2.42%;基于含水率-堆积角模型和堆积角-离散元参数模型推导构建了含水率-离散元参数模型,以抽板法进行工程性验证,相对误差小于等于5.37%。表明通过含水率即可直接预测羊粪离散元参数,研究为施肥机械-羊粪仿真中离散元参数确定提供了通用、可靠的方法。     

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、...     

基于经典力学的油菜直播机旋耕功耗分析与仿真

由湖南农业大学自主研发的2BYD–6型油菜直播机,采用T245型国标旋耕刀,左右弯刀各20把,以阿基米德螺线排布,旋转半径为0.287 5 m。基于经典力学,提出旋耕作业过程中切割土壤体积的计算方法以及其受力平衡方程,计算刀片在作业过程中的切土扭矩和抛土扭矩,建立了旋耕功耗的计算模型,分析了旋耕功耗与直播机运动参数的关系。旋耕功耗模型计算结果表明,旋耕刀作业过程中,水平方向受力随着刀轴转速和直播机前进速度的增大而增加,垂直方向受力变化较小,直播机前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s时,旋耕功耗与刀轴转速呈线性关系,拟合方程分别为y=–4.481+0.101 6x、y=–4.947+0.109 0x、y=–4.466+0.113 0x。采用EDEM仿真模拟计算油菜直播机旋耕功耗,在前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s,刀轴转速为100～160 r/min条件下,与功耗模型计算结果的误差为2.51%～6.69%。     

分层交错式葡萄防寒土弧形清土叶轮的设计与试验

针对目前中国北方葡萄防寒土清土部件作业功耗高和相关理论研究较少的问题,设计了一种葡萄防寒土弧形清土叶轮,主要由花键连接轴套、叶轮轴、弧形叶轮片和叶轮片连接板等组成,采用分层交错式结构,以十字交叉形式排布。首先,依据中国北方葡萄防寒土清除农艺要求,确定弧形清土叶轮的外形尺寸和叶轮片数量。通过理论分析弧形清土叶轮的运动和受力,确定影响其作业功耗的主要因素。并基于EDEM软件,以弧形清土叶轮前进速度、转速和叶轮片弯曲角为试验因素,以叶轮扭矩和水平前进阻力为试验指标,进行三因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,以扭矩和水平前进阻力最小为优化目标,获得最优参数组合;进一步基于土槽试验,验证弧形清土叶轮仿真优化结果的准确性,并与直板式清土叶轮作业进行对比分析。仿真优化结果表明,当弧形清土叶轮前进速度为0.38m/s,转速为450r/min,叶轮片弯曲角为18°时,其扭矩和水平前进阻力最小,分别为9.99 N·m和27.09 N;土槽试验结果表明,弧形清土叶轮扭矩和水平前进阻力分别为11.56N·m和31.82N,与仿真优化结果的相对误差分别为13.58%和14.86%,同时,与直板式清土叶轮作业对比,弧形清土叶轮扭矩和水平前进阻力分别降低了9.40%和15.37%。研究结果可为后续葡萄藤防寒土清土机的整体设计提供理论依据和技术支撑。     

基于EDEM的鱼苗分选机设计与工作参数优化

针对工厂化水产养殖工程中,需要对不同生长阶段的鱼苗按照大小进行高效率、高准确率的分级,进而实现分池养殖的需求,设计了一种辊道式鱼苗分选试验样机。采用离散元软件建立了鱼苗-机械部件耦合仿真模型,以分选机的工作参数作为试验因素,以分选效率、分鱼准确率作为评价指标,进行仿真,并通过试验验证了仿真结果的准确性;基于建立的耦合仿真模型,进行了单因素及多因素正交影响仿真分析,确定了各工作参数的主次顺序及最优的参数组合。结果表明,各因素对分鱼准确率和分选效率影响的主次顺序均为辊道倾角、进鱼量和辊道转速。以提高分鱼准确率和分选效率为原则,运用Design-Expert 8.0.5软件进行了参数优化,确定了最优组合为:辊道转速138.40 r/min、辊道倾角10.47°、进鱼量3.00尾/s。研究结果可为鱼苗分级设备的优化设计提供重要参考。     

叠片式啮合圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

为达到稳定排肥、排肥流量可调控的目的，设计了改善排肥流量均匀性的叠片式啮合圆弧齿轮排肥器。通过对排肥器结构设计与理论分析确定影响叠片式啮合圆弧齿轮排肥器排肥量的主要因素为排肥器工作槽长与排肥轮转速。设计仿真试验研究排肥器排肥量随影响因素变化规律，对结果进行台架试验验证。结果表明：选取排肥量变化曲线拟合斜率表征排肥流量，发现排肥流量可调控且与工作槽段长度、排肥轮转速存在线性关系，线性拟合结果显示校正决定系数分别为0994、0990；试验值与仿真值相对误差值较小，仿真试验结果可靠；与外槽轮式排肥器相比变异系数平均减小65%，排肥流量均匀性有了较大的提高。该结果对排肥器的创新设计与理论研究提供了参考。     

育秧泥浆处理装置曲柄滑块振动筛设计与参数优选

针对育秧泥浆处理装置的振动筛筛面残留有石块的问题，对筛面上石块的运动状态进行研究。通过理论分析得到了石块的运动状态与振动筛不同参数之间的关系。选取导轨倾角、曲柄转速、曲柄长度为影响因素，落石率为评价指标，利用RecurDyn和EDEM进行联合仿真，分析了不同影响因素的变化对落石率的影响，建立了不同影响因素和落石率之间的曲线，得到了最优参数组合。根据仿真结果，当导轨倾角为30°、曲柄转速为120 r·min-1、曲柄长度为0.16 m时，振动筛的落石率最好，并通过物理样机试验，验证了仿真得到最优参数的有效性。该结果为进一步研究曲柄滑块振动筛提供参考。     

基于EDEM绿茶滚筒杀青机温度场研究

在充分调研传统和新式绿茶滚筒杀青机设备的基础上,基于离散元分析法的原理,借助EDEM软件对滚筒进行温度场分析,并探讨了滚筒转速、导叶板数量及导叶板倾角的大小对杀青效果的影响。     

滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率,降低肥料对水田的污染,该研究结合侧深施肥技术与液肥优点,研制一种水田滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置。该装置采用滑刀式开沟器开沟,利用气力引射式雾化施肥器雾化和引射液肥,将液肥侧深施于水稻根区附近土壤。设计了气液同轴气力引射式雾化施肥器内腔结构,以喉嘴距、混合室（喉部）直径、气体压力为因素进行全因子土槽试验,分析各因素对排肥量（液肥质量流率）和耗气量（气体流量）的影响。结果表明,影响液肥质量流率的主次因素顺序为混合室（喉部）直径、气体压力、喉嘴距;影响气体流量的主次因素顺序为气体压力、喉嘴距、混合室（喉部）直径。采用EDEM离散元仿真软件进行仿真优化,利用加权评分法综合评判仿真试验结果,结果表明,在不同工作速度下,滑切角为32.5°、刃口角为45°时,滑刀式开沟器可获得较优的工作性能。开展土槽试验验证仿真结果,滑刀式开沟器入土深度为30 mm、前进速度为1.2 m/s时,牵引阻力实测值为8.5 N,仿真结果为6.9 N,相对误差为18%,土壤扰动面积仿真结果为 1965.6 cm²;入土深度为50 mm、前进速度为0.6 m/s时,牵引阻力实测值为14.4 N,仿真结果为12.2 N,相对误差为15%,土壤扰动面积仿真结果为2137.2 cm²。土槽性能试验结果表明,该装置在入土深度为30 mm,前进速度为1.2 m/s时,排肥量标准差为0.2427 g/s,与最大排肥量的相对误差为1.42%,施肥深度与入土深度的相对误差为4.4%;在入土深度为50 mm,前进速度为0.6 m/s时,排肥量标准差为0.4796 g/s,与最大排肥量的相对误差为2.13%,施肥深度与入土深度的相对误差为2.1%。研究结果可为水田液肥侧深施技术的应用提供参考。