基于MBD-DEM的胡麻喷药机越障性能仿真分析

为探究四轮自走式胡麻喷药机越障性能,采用多体动力学(MBD)和离散元(DEM)耦合法对其进行仿真,分析机身质心位移及速度变化、前轮速度及加速度变化过程。结果表明:在越障过程中机身运行平稳,最大行走速度0.45 m/s,最小速度为0.05 m/s;左、右前轮在单独驱动马达提供动力时受颗粒床体影响会产生行走速度差,最大为0.08 m/s。行驶过程中左右前轮加速度数值保持一致,但加速度曲线比速度曲线变化更剧烈。     

基于水热效应数值模拟的旱地玉米全膜双垄沟农艺优化

为研究旱地玉米全膜双垄沟垄体结构对其水热效应的影响程度,采用数值模拟方法对垄体结构和保温保水性能之间的关系进行研究。参考现有的全膜双垄沟种床构建农艺要求建立4种垄体模型,分别为T1、T2、T3和T4模型,对其雨水入渗和热平衡过程进行数值模拟,结合模拟结果对玉米全膜双垄沟垄体结构和相应的配套机具进行了优化。入渗模拟结果表明:在相同降雨边界条件下T2模型垄沟内土壤平均含水率最高(含水率为18.0%),其次为T4模型(16.9%)。热平衡模拟结果表明:在相同的温度边界条件下T4模型垄沟内土壤平均温度最高(温度值为23.5℃),T2模型最低(22.8℃),兼顾保温性和保水性2个因素,T4模型为最优模型。在T4模型的基础上对现有的全膜双垄沟垄体结构进行优化,优化后的垄体呈拱型结构,大垄拱顶弧半径为48 cm,大垄宽70 cm,垄高15 cm;小垄拱顶弧半径为22 cm,小垄宽40 cm,垄高20 cm;垄沟为梯形结构,沟底宽8～10 cm,沟底与大垄宽度比约1∶7,与小垄宽度比约1∶4。同时配套的起垄铺膜机具需要安装垄体整形装置,其形状和结构要与优化后的垄体相匹配,配套的直插式穴播机行走轮宽度应小于垄沟沟底宽度(8～10 cm),播种后膜孔半径保持在4～5 cm。     

3WYP 900型旱地胡麻喷药机设计与试验

针对目前旱地胡麻机械化喷药作业中存在作业效率低、配套机型少、自动化程度低、药雾对操作人员伤害大等问题，设计了3WYP900型旱地胡麻喷药机，该机可实现远程遥控及滑移转向。对样机行走转向装置、喷洒装置、喷杆升降折叠装置等关键部件进行了设计，并结合作业要求进行了理论分析计算。设定不同的喷头施药压力进行喷头施药量及喷幅试验，试验结果表明，当压力为0.3MPa时，单个喷头变异系数最小为0.0096，稳定性最优，且该压力下喷幅稳定为9.423~9.622m。在0.3MPa压力下发生滴漏喷头数目均小于3，单个喷头的滴液量最大为3滴，滴漏液滴数为5滴，防滴性能符合国家标准。同时整机调速转向以及制动灵活，控制反馈精准迅速，试验过程中未发生侧翻、失速、喷药中断等现象，表明整机基本达到设计要求，具备田间试验的相关条件。      

基于振动特性分析的枝条粉碎机转子系统结构优化

为解决锤片式枝条粉碎机在粉碎作业时受到环境和外部激励产生共振,影响粉碎效果、使用寿命、可靠性等问题。首先对粉碎转子系统进行静态平衡分析、运动过程受力分析、振动响应分析和运动学仿真分析。通过有限元软件计算锤片式枝条粉碎机转子在低阶模态下的固有频率和振型,确定可能发生共振现象的固有频率,并分析引起共振的原因,然后对转子系统进行结构优化,改变低阶固有频率,使其远离所有外部激励频率。结果表明:当锤片架由矩形改为圆形,厚度由5.2 mm增加至6.2 mm,主轴半径增加3 mm后,转子的平均低阶固有频率相对于优化前提高197.26%,有效避开了所有外部激励频率,最大变形量由1.411 mm降低到1.068 mm,优化后的转子可有效避免共振的发生,抗振性能明显增加。     

旱区胡麻仿生收获割台设计

为防止胡麻收获过程中发生的茎秆缠绕、堵塞、籽粒损失严重等问题,设计一种携有辅助脱粒装置、气流清理装置和仿生切割装置的胡麻收获割台。通过计算确定辅助脱粒装置及气流清理装置的关键设计参数。结合Solidworks flow simulation对割台进行输送气流场分析,分析结果显示流场分布基本符合设计要求;同时应用Solidworks Autotrace工具捕捉胡麻天敌害虫朝鲜金龟子咀嚼式口器上颚切齿叶的基本轮廓,进一步优化设计后建立仿生切割器动刀片三维模型,并通过刀片横向位移图和传统切割器进行对比,对比结果表明:仿生切割装置空白区减少50%,重割区减少80%,切割效果明显优与传统的标准型切割器。为北方旱区胡麻机械化收获装置的研发提供借鉴与参考。     

西北旱区玉米不同覆膜方式下土壤水热效应数值模拟研究

为了进一步探明西北旱区玉米在不同覆膜方式下土壤水热效应规律以及保温保水性能,采用数值模拟的方法通过ABAQUS软件分别建立了露地平作、全膜平作、单垄覆膜、全膜双垄沟播4种覆膜方式下的土壤模型,并对不同覆膜方式下玉米出苗期土壤热平衡和降雨入渗进行了数值模拟试验。通过热平衡模拟得出,起垄和覆膜改变了土壤剖面温度和热通量分布,增加了表层温度和热传递能力。在40 cm土层范围内全膜平作模式下垄沟内土壤平均温度最高,为24.1℃,其次为全膜双垄沟播模式,但全膜双垄沟播模式下温度变化趋势最为缓慢,稳定性最好。降雨入渗模拟结果表明:降雨结束后全膜双垄沟播模式产生了明显的侧渗现象,垄沟内土壤平均含水率最高,为19%,高于其他3种模式。研究表明在玉米出苗期全膜双垄沟播技术保水和保温性达到最佳。     

玉米秸秆揉丝破碎过程力学特性仿真与试验

由于玉米秸秆揉丝破碎过程缺乏有效数值模拟方法,在一定程度上降低了加工设备结构改进效率。该文基于离散元法(discrete element method,DEM)建立了玉米秸秆离散元模型,并通过物理试验和虚拟试验相结合对玉米秸秆粘结接触模型(bonded particle model,BPM)进行了参数校核。最后针对玉米秸秆离散元模型进行了破碎仿真以及试验验证。结果表明:以5 mm/min为加载速度进行秸秆压缩和剪切试验时,最大临界载荷分别为2 260和110 N;对BPM粘结模型进行参数校核后,得到法向刚度系数、切向刚度系数、临界法向应力、临界切向应力及粘结半径分别为9.60×10~6 N/m、6.80×10~6 N/m、8.72 MPa、7.5 MPa、2 mm,此时离散元模型力学特性与含水率为87.8%的收获期玉米秸秆相接近;仿真结束后,物料可分为短型、标准型、长型及未完全破碎型4种,与试验结果相一致,不同类型物料质量与试验结果数据偏差保持在10%以内。研究结果表明离散元法应用于玉米秸秆揉丝破碎过程仿真是可行的。     

全膜双垄沟覆膜机镇压装置与种床土壤动态互作有限元分析

为深入研究全膜双垄沟覆膜机作业时的镇压性能,结合全膜双垄沟种床构建农艺要求,探讨作业机镇压部件与种床土壤间的相互作用规律及影响。利用ABAQUS/Explicit分析软件建立镇压装置轮组与种床土壤相互作用的三维有限元模型,并进行镇压过程数值模拟。仿真结果表明,前进速度为1 m/s时,应力云图结果显示,镇压装置轮组与种床土壤之间的最大接触应力为1.20×10~(-2) MPa,在镇压轮作用下,大垄垄面土壤下沉16.61 mm;经由打孔轮作业所形成的的渗水孔在机具前进方向上偏移6.62 mm,渗水孔平均深度为31.84 mm,相邻渗水孔相距225.75 mm;垄体对镇压轮的最大阻力发生在接触后第1.15 s,且最大土壤阻力为137.156 N;打孔轮在垄沟内运动时所受最大阻力为51.38 N;镇压轮及打孔轮整个过程中受平均土壤阻力大小为104.78和15.02 N。田间验证作业效果对比表明,该三维有限元模型可用于预测镇压装置工作过程中的工作情况。     

手扶式胡麻割晒机的设计与试验

为进一步提高我国胡麻种植区域的机械化收获程度,设计一款采用手持拖拉机为动力源,双排横向输送链进行茎秆输送,异形链片带动拨禾星轮转动,适用于胡麻收获的割晒机,实现了胡麻的机械化收获,并进行田间试验。田间试验结果表明:当割晒机前进速度调至0.65 m/s时,割晒机的平均割茬高度为100～150 mm,割茬高度可根据不同地形进行调整,铺放角为95°±10°,漏割率为0.6%。各项作业指标均达到国家和行业标准要求。该款胡麻割晒机具有结构紧凑、操作方便、工作效率高、割茬低、铺放整齐等特点,适宜胡麻割晒,为胡麻的机械化收获提供参考。     

微垄式覆膜覆土联合作业机设计与试验

为实现微型垄全膜覆盖种床机械化高性能构建,通过融合旱地全膜覆盖微垄膜面种植农艺技术要求,设计了微垄式覆膜覆土联合作业机,该机可实现起垄、覆膜、覆土一体化作业。对样机传动系统、覆土系统及垄体整形镇压装置等关键作业部件进行设计,结合相关作业性能要求,完成了覆膜种床覆土量、刮板式提土装置线速度等工作参数分析,确定了试验因素及其取值范围。以联合作业机前进速度、刮板式提土装置线速度和覆土装置倾角为自变量,种床构建合格率为响应值,建立了各试验因素与种床构建合格率的数学模型,得到各因素对种床构建合格率影响的主次顺序,获得微垄式覆膜覆土联合作业机最优工作参数为:联合作业机前进速度0. 71 m/s、刮板式提土装置线速度0. 50 m/s、覆土装置倾角68°。田间验证试验表明,联合作业机种床构建合格率均值为95. 6%,较优化前有明显提升。应用离散单元法进行微垄式覆膜覆土联合作业机在最优工作参数下的"提土-输土-覆土"动态作业过程模拟,仿真结果与田间试验结果基本一致,说明联合作业机工作参数优化准确、可靠。