基于遗传算法的螺旋双轮排肥器优化设计与试验

【目的】对传统单螺旋排肥器排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性低的问题进行改进。【方法】通过离散元法仿真分析单螺旋排肥器的排肥过程，针对单螺旋排肥器排肥均匀性低的问题设计一种螺旋双轮排肥器；通过理论分析确定该螺旋双轮排肥器理论排肥量，并建立以中心距、螺距、叶片高度、叶片厚度、螺旋叶片内径为设计变量，有效储肥体积为目标函数的数学模型，利用遗传算法对排肥器进行结构优化，并以史丹利复合肥颗粒为肥料对螺旋双轮排肥器进行台架试验验证。【结果】优化后结构参数分别为中心距49.8 mm,螺距32.5 mm,叶片高度15.2 mm,叶片厚度2.3 mm,螺旋叶片内径13.6 mm。对优化后的排肥器进行台架对比试验，在不同转速下螺旋双轮排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均减少26.62%,实际排肥量平均提升75.41%,并得到螺旋双轮排肥器转速与排肥量的线性函数方程。【结论】螺旋双轮排肥器解决了单螺旋排肥器的现存排肥流量波动问题，优化后的排肥器排肥均匀性更好，排肥量更大，且可实现转速变化控制精量施肥。     

莲藕施肥机无轴双螺旋供肥装置性能分析与试验

针对藕田施肥过程中存在的劳动强度高、施肥稳定性及均匀性较低的问题,设计了一种水力喷射式莲藕施肥机,其主要分为供肥装置和水肥混合装置,主要对无轴双螺旋供肥装置进行了设计与分析。通过理论分析确定影响供肥性能参数主要为螺旋转速、直径和导程,结合藕田施肥农艺要求确定上述3项参数的取值范围。利用EDEM对无轴双螺旋供肥性能进行离散元仿真分析,以供肥量均值和供肥量稳定性变异系数为评价指标分别进行单因素试验和回归正交旋转组合试验。单因素试验结果表明：供肥量均值随着螺旋转速、直径和导程的增大而增大,并且具有良好的线性关系,因此可通过调节供肥螺旋转速、直径和导程来改变供肥量均值;供肥量稳定性变异系数随着螺旋转速和导程的增大呈现先降低后升高的趋势,而随着直径的增大而减小。运用Design-Expert软件对回归正交旋转组合试验结果进行分析优化,分别开展仿真试验和台架试验对优化后的参数进行验证。结果表明,当螺旋转速为160 r·min^-1,螺旋直径为78 mm,螺旋导程为53 mm时,仿真结果供肥量均值为329.43 g·s^-1,供肥量稳定性变异系数为1.43%,...     

刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验

目的 解决现有有机肥排肥装置排肥稳定性差的问题,提高大棚内有机肥施撒机械化水平,设计一种刮板输送式大棚有机肥排肥装置。方法 以苏南地区草莓种植大棚为例,依据大棚基本尺寸参数和草莓种植农艺要求,确定排肥装置设计的主要要求。结合散体力学理论对设计的排肥装置关键结构和参数进行分析和确定,确定影响排肥量稳定性的主要因素为排肥轴转速和排肥器开度。搭建室内有机肥排肥试验平台,进行转速与排肥量单因素试验和两因素五水平的响应面试验。结果 转速与排肥量相关性试验结果表明,在试验设定的转速和开度范围内,不同开度条件下,转速和排肥量均呈良好的线性关系,整体的决定系数大于0.9857,排肥量可通过实时调节开度和转速实现调节。响应面试验结果表明,排肥范围内排肥量稳定性较好,排肥轴转速对于排肥稳定性变异系数的影响大于排肥器开度。当排肥器开度为30.42 mm、排肥轴转速为51.5 r/min时,排肥稳定性变异系数结果最优,为1.84%。验证试验结果表明,变异系数相对误差不大于5%,变异系数相对误差均值仅为2.95%,符合要求。对比验证试验表明,常用的螺旋式有机肥排肥器的排肥稳定性变异系数均值为6.12%,本文设计的刮板输送式有机肥排肥器有效提高了有机肥的排肥稳定性。结论 设计的刮板输送式排肥装置具有较好的排肥性能,能够满足设施大棚内有机肥施肥作业要求。     

螺旋式输送装置参数优化研究

为了提高农业纤维物料螺旋式输送装置的输送性能,降低输送功耗,提高生产率,利用MATLAB软件对比功耗数学模型进行单变量优化分析,并结合试验验证了理论分析的一致性。试验结果表明:螺旋式输送装置输送性能最佳的取值范围是:喂入量30～70 kg/min、螺距300～355 mm、螺旋轴转速97～137 r/min。以比功耗作为输送性能评价指标,采用3因素3水平的Box-Benhnken响应面分析法进行参数优化试验,得到了影响比功耗各因素的主次顺序:喂入量、螺距、螺旋轴转速。以比功耗最小为优化目标,利用Design-expert的优化模块对试验结果进行分析,确定出各因素对指标影响的最佳参数组合:螺距335 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量30 kg/min,输送性能优化后比优化前提高了8%,上述成果满足预期设计目标,可为螺旋式输送装置的参数优化和结构改进提供一定的参考和指导。     

气送式集中排肥器螺旋排肥装置的改进与试验

针对现有气送式集中排肥器螺旋排肥装置稳定性和均匀性较差的问题,提出"排肥装置集中对行排肥+气力输肥"的排肥方式,应用离散元法和台架试验对螺旋排肥装置进行改进。采用EDEM仿真分析型孔截面形状(对称截面、倾斜截面、直行截面),型孔深度和型孔数量对排肥速率、均匀度和各行排肥量一致性变异系数的影响。结果表明:1)当排肥轮转速为30r/min时,优化后的排肥轮结构参数为,倾斜截面、型孔深度15mm、型孔数量8个;2)在排肥轮较优参数及转速为10～50r/min条件下,随着排肥轮转速的增大,排肥速率呈线性增大,各行排肥量一致性变异系数和排肥均匀度变异系数分别低于3.0%和26.0%。使用水稻种植中常用的三宁、住商、中化复合肥进行台架试验,结果表明:1)总排量稳定性变异数和各行排肥量一致性变异系数分别低于2.0%和4.0%;2)排肥速率试验值与模型预测值之间的相对误差小于2%。田间试验结果表明,当施肥量为490.05和588.00kg/hm2时,实际施肥量与施肥量要求之间的相对误差均小于2%。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送装置参数试验优化

针对农业纤维物料螺旋输送装置输送功耗大、效率低的问题,以比能产量和功耗为输送性能的评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,并以比能产量最大,功耗最小为优化目标,对影响螺旋输送性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,当螺距为300～355mm,螺旋轴转速100～140r/min、喂入量30～70kg/min时,螺旋输送装置能满足较高效率较低能耗输送要求;各因素对比能产量影响的主次顺序为:喂入量、螺距、螺旋轴转速;影响功耗的主次顺序为:喂入量、螺旋轴转速、螺距;螺旋输送装置优化参数组合为:螺距325mm,螺旋轴转速100r/min,喂入量30kg/min。优化后螺旋输送装置的比能产量为0.084 6kg/W,较优化前提高了4.96%,功耗为439.781W,较优化前降低了2.44%。     

再生稻气送式双侧施肥装置的设计与试验研究

为解决再生稻追肥的施肥不均和施肥量调节不准问题,设计了一种再生稻气送式双侧施肥装置.利用三因素二次回归旋转组合试验研究排肥轴转速、槽轮工作长度、分肥器角度对施肥性能的影响,并建立了总排肥量稳定性变异系数、各行排肥量一致性变异系数的回归数学模型.结果表明,影响总排肥量稳定性变异系数的顺序为排肥轴转速、槽轮工作长度、分肥器...     

再生稻气力式肥料集排装置的设计与试验

针对再生稻传统追肥作业中施肥量不均匀、肥料利用率低等问题,设计了一种气力式肥料集排装置。对影响施肥性能的主要因素进行四元二次回归正交旋转中心组合试验,以各行排肥量一致性变异系数作为评价指标建立回归模型,研究进肥角度、进肥高度、波纹管长度及排肥轴转速对各行排肥量一致性的影响。结果表明,影响此气力式肥料集排装置各行排肥量一致性变异系数的主要因素顺序为排肥轴转速>进肥角度>波纹管长度>进肥高度。采用Design-Expert10.0软件进行优化分析得出最佳的参数组合：进肥角度54°、进肥高度216 mm、波纹管长度200 mm、排肥轴转速47 r·min^-1,此时各行排肥量一致性变异系数为1.71%,施肥均匀性较好,能够满足再生稻追肥要求。     

圆弧齿轮排肥器圆弧结构参数仿真试验及优化

为保证排肥器排肥流量的均匀性,设计了一种圆弧齿轮排肥器。运用离散元仿真技术,以圆弧齿轮排肥器为研究对象,分析了圆弧排肥齿轮的轮槽圆弧半径r_1和两圆弧排肥齿轮之间的最小槽长l这2个关键因素对排肥器排肥性能的影响。试验结果表明:圆弧排肥齿轮的轮槽圆弧半径对单位时间排肥量的决定系数影响显著,两圆弧排肥齿轮之间的最小槽长对排肥量稳定性变异系数影响显著,最优的结构参数为r_1=8.54 mm,l=5.22 mm,此时,变异系数为0.28,决定系数为0.997 2。选择最优结构进行台架试验,排肥量稳定性变异系数为0.27,单位时间排肥量的决定系数为0.998 0,仿真试验结果和台架试验结果基本吻合。     

菌包加工机中螺旋输送机的改进设计

螺旋输送机在现代化生产中使用广泛,它的使用对提高物料运输效率和实现生产机械的自动化具有重要意义。针对菌料松散度高、黏着性低等特点,从螺旋输送机的结构出发,对螺旋输送机的叶片尺寸、螺距、转速、运输量及运输效率进行分析计算。最终得出,针对由木屑、玉米芯等粉碎后,混合水、生石灰等搅拌而得的菌料,在保证其输送量达到0.35t/h的前提下,其螺旋输送机的螺旋叶片直径为100mm,螺旋轴直径为50mm,螺距为80mm,螺旋轴转速为158r/min。     

间隙啮合渐开线齿轮排肥器的结构优化仿真及试验

为解决排肥器排肥不均匀的问题,设计了间隙啮合渐开线齿轮排肥器,为考察排肥齿轮结构参数对排肥均匀性的影响规律,在理论分析的基础上应用离散元法对排肥过程进行仿真分析。以排肥轮齿数、排肥轮间隙、轮齿压力角为试验因素,以排肥均匀度变异系数为评价指标进行正交优化试验,结果发现,影响排肥均匀度的因素大小为排肥轮齿数排肥轮间隙轮齿压力角,其中,排肥轮齿数对排肥均匀度有显著影响(P0.05),排肥轮的最优结构参数组合为排肥轮齿数12、排肥轮间隙6 mm、轮齿压力角25°,此时排肥均匀度变异系数最小,为17.59%。加工最优结构参数组合下的间隙啮合渐开线齿轮排肥器,并进行台架试验,试验结果显示,台架试验排肥量与理论排肥量相对误差为-0.95%,与仿真值相对误差为-2.41%,台架试验均匀度变异系数为19.01%,与仿真值基本一致,同等条件下外槽轮排肥器的变异系数为31.96%,台架试验排肥器变异系数比外槽轮排肥器变异系数小12.95个百分点,结构优化提高了排肥均匀性,符合设计要求。     

农家肥撒施机螺旋式撒肥器抛撒性能的试验研究

农家肥撒施机是农家肥施肥机械化作业的重要机具。文中以螺旋式撒肥器为对象,采用试验优化设计的方法,研究了撒肥器的转速、螺旋的螺距和肥料的输送速度对抛撒性能的影响。结果表明:转速为375~400 r/min、螺距340 mm、输送速度12 mm/s能使有效幅宽满足设计要求,不均匀度较小。     

风送式集中排肥系统的设计与试验

针对外槽轮排肥装置施肥作业均匀性不高的问题,设计一种风送式集中排肥装置及同步施肥控制系统。通过台架试验比较直槽、交错槽和螺旋槽3种排肥轮结构的排肥性能,并建立排肥轮转速与排肥速率的线性回归方程;基于北斗+GPS系统和限幅平均滤波算法提高行驶速度的监测精度,并据此开发施肥控制系统。结果表明：1)排肥轮转速为10～60 r/min时,螺旋槽结构排肥轮具有较好的排肥性能,排肥量稳定性变异系数和各行排肥量一致性变异系数分别为0.15%和1.57%,排肥量均匀性变异系数<4%。2)排肥轮转速<60 r/min时,施肥控制系统的施肥调整响应时间<0.85 s;当理论施肥量和平均作业速度分别为300～600 kg/hm²和5.22 km/h时,施肥准确率>95%。该风送式集中排肥装置及施肥控制系统可以实现同步、精量和均匀施肥作业。     

圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

针对外槽轮式排肥器存在排肥流量均匀性较差的问题,设计一种圆弧齿轮排肥器。对排肥轮结构进行理论分析,建立排肥量数学模型,并确定在结构参数不变的情况下,影响排肥器排肥量的工作参数。设计仿真试验,研究工作参数对圆弧齿轮排肥器排肥量的影响、对比圆弧齿轮排肥器与外槽轮式排肥器排肥流量均匀性高低;设计验证试验,检验仿真试验可靠性;结果表明:1)因调肥隔板与排肥轮间存在间隙,导致肥料堆积产生滑移现象,排肥器无法通过改变工作槽段长度对排肥量进行稳定调节,但排肥轮转速可线性改变排肥器排肥量,且排肥轮转速与排肥流量间存在线性关系;2)圆弧齿轮排肥器较外槽轮式排肥器排肥流量变异系数平均减小30.14%,排肥流量均匀性有了较大的提高;3)台架试验值与离散元仿真值相对误差值均小于2.5%,离散元仿真试验结果可靠。     

基于EDEM的双排型孔轮式油菜排种器的排种性能分析

基于离散单元法和EDEM软件,建立了双排型孔轮式油菜排种器的离散元模型,对不同排种轴转速下种群扰动强度进行分析,研究排种轴转速和不同排型孔对排种器排种量和排种均匀性变异系数的影响。结果表明:当排种轴转速为30～90r/min时,单独使用第一排型孔排种,排种均匀性变异系数为42.75%～54.17%,单独使用第二排型孔排种,排种均匀性变异系数为38.46%～44.1%;排种器使用双排型孔同时排种,排种均匀性变异系数为28.2%～40.1%,双排型孔工作较单排型孔工作排种均匀性提高。该排种器种子充入型孔的极限转速为60 r/min,当转速为0～60 r/min时,单位时间的排种量呈线性变化,当排种器转速超过极限转速时,单位时间的排量相对减小。     

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。     

黑水虻虫沙双向集料装置参数优化与试验

针对黑水虻虫沙机械化集料程度低的问题,结合黑水虻养殖特点与虫沙特性,设计一种螺旋式双向集料装置。阐述了该装置的结构组成与工作原理,对其关键部件双向螺旋进行了分析与参数设计。采用离散元软件建立了虫沙-双向螺旋装置的耦合仿真模型,模拟仿真了虫沙的集料输送过程,以螺距、螺旋轴径、螺旋转速、移动速度为试验因素,以质量流率为评价指标进行了四元二次回归通用旋转组合仿真试验。试验结果表明,各因素对质量流率影响主次顺序为螺旋转速螺旋移动速度螺旋轴径螺距。以提高质量流率为目标,运用Design-Expert8.0.6软件进行参数优化,确定了最优组合:螺距153 mm、螺旋轴径29 mm、螺旋转速83 r·min~(-1)、螺旋移动速度66 mm·s~(-1),此时仿真优化得到集料质量流率为1.13 kg·s~(-1),加工物理样机并进行验证试验,得到集料质量流率为1.20 kg·s~(-1),与仿真试验相对误差为5.83%。     

基于EDEM的反转啮合齿轮式排肥器的仿真设计与试验

针对外槽轮式排肥器排肥流量均匀性不高的问题,设计了一种反转啮合齿轮式排肥器,利用排肥盒内设置的啮合排肥齿轮反向啮合传动将肥料经齿槽从两侧连续交替排出,提高排肥流量均匀性,并通过试验检验其排肥性能。对反转啮合齿轮式排肥器排肥量和流量进行理论分析,确定对排肥量和流量的数学模型。为比较反转啮合齿轮式排肥器与外槽轮式排肥器排肥流量均匀性高低,在保持排肥器结构参数不变的情况下,设计单因素试验,选取硫酸钾为试验肥料,以排肥轮转速为试验因素,以排肥均匀性为试验指标,设计对比仿真试验,转速分别为30,45,60,75,90r·min-1。利用EDEM建立排肥器离散元仿真模型,进行仿真试验,采集试验数据并对采集数据进行统计分析。结果表明:反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性系数均值较外槽轮式排肥器提高32.0%,且方差分析结果显示排肥轮转速对反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性有极显著影响(p0.0001)。拟合反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性随转速变化规律方程,拟合方程相关系数R2=0.9754。随机选取转速为40,65,73,86r·min-1,对拟合方程进行验证试验,计算验证试验均匀性系数均值并与拟合方程结果进行对比,验证试验结果较拟合结果误差均小于2%。     

外槽轮排种器性能检测及分析

采用机器视觉方法,检测了外槽轮排种器的排种过程,以期对该排种器性能进行较精确地评价。小麦试验结果表明,排种量呈某种性质的离散分布,其条形图一般非对称,峰值偏左。排种器转速和槽轮工作长度愈大,则排种均匀性愈好,条形图趋于对称。两个参数对排种能力及排种均匀性均存在极为显著的影响,显著性检验尾概率的最大值分别达0 0007和0 0016,效应模型的决定系数最小值为0 9185。排种量的均值达17 0343粒/s～165 9395粒/s,标准差达13 6025粒/s～27 4819粒/s,变异系数达15 6797%～79 8534%。排种量的极差变化较小。槽轮工作长度值18mm可能处于排种量跃升的临界状态附近。     

2BZ-4型棘轮振动式油菜播种机设计与性能测试

为适应小田块油菜种植机械化的需求,利用振动破坏散粒体架空的原理,设计一种棘轮振动式油菜播种机,确定其主要结构和运行参数,得出在满足油菜播种各行稳定性和均匀性条件下,其排种单元最大的排种频率为6.3Hz,最大理论作业速度为0.55m/s;分析棘轮转速与排种装置单行排种量稳定性、各行排种量一致性和总排种量稳定性之间的关系。性能测试结果表明:当棘轮转速为20~45r/min时,排种装置具有良好的排种稳定性和均匀性;当棘轮转速为40r/min时,总排种量稳定性变异系数和各行一致性变异系数最小,分别为1.08%和2.74%,且种子破损率为0.38%,能够满足播种机标准JB 6274.1-2001的技术要求。