玉米果穗剥皮的运动仿真与高速摄像试验

针对玉米剥皮田间试验和室内试验存在玉米品种多样、适收期短等问题,该文提出了采用理论分析、虚拟仿真技术与高速摄像技术相结合的方法,研究果穗在剥皮机构中的运动。首先,对玉米果穗在剥皮机构中的受力及运动进行了理论分析,得到影响果穗剥净率、剥皮效率以及剥皮损失的主要因素;其次,应用ANSYS/LS-DYNA建立了玉米果穗与剥皮机构相互作用有限元仿真模型,获取了剥皮辊不同转速下玉米果穗在剥皮机构中的运动速度、绕自身轴线的角速度和受力情况。仿真结果表明,随着剥皮辊转速的增大,果穗的运动速度由0.2增大到0.4 m/s;果穗绕自身轴线的旋转角速度增加,在0~15 rad/s之间变化;果穗的受力增大,且波动性更强,3种工况下最大受力分别为11.9、14.5和16.3 N。以玉米果穗沿剥皮辊的速度和加速度为验证参数,仿真数据与果穗剥皮高速摄像试验数据进行了对比。结果表明,仿真数据与高速摄像试验结果基本一致,证明了仿真模型可以较好地替代物理试验。该研究结果可为剥皮机构的设计与分析提供了参考。     

叶片式秸秆抛送装置功耗分析与参数优化

为了降低叶片式抛送装置功耗、提高抛送效率,该文采用理论分析与试验研究相结合的方法建立了考虑气流影响的、适合各种叶片倾角的叶片式抛送装置功耗数学模型,并利用虚拟样机进行优化,以抛送功耗最小为目标函数,对抛送装置结构参数、运动参数进行参数化分析.结果表明,叶轮外径700 mm、转速650~2000 r/min时,采用径向叶片、转速为650 r/min时比功耗最小.通过参数化分析得到不同工况时叶片式抛送装置结构参数与运动参数的最佳配置,为实际叶片式抛送装置的设计生产提供较精确的理论依据,并对节能降耗有着重要的现实意义.     

基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟

为了揭示叶片式抛送装置抛送物料时内部气流和物料复杂的流动特性以优化设计和指导运用,应用计算流体力学软件Fluent中的Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对抛送装置内气固两相流动进行了数值模拟,并将计算结果与抛送装置内物料运动的高速摄像试验结果进行了比较,物料速度的模拟值和高速摄像实测值基本吻合。在分析了物料运动规律基础上,对其叶片数、进料速度以及物料体积浓度的不同变化作了对比模拟。研究结果表明：数值模型可预测叶片式抛送装置的输送性能以及最佳喂入量;4叶片较3和5叶片更有利于抛送;进料速度对物料在叶轮区的体积分布规律影响较大,在最佳喂入量范围内,进料速度越大,出口处物料浓度越大,抛离速度也越大,装置输送性能越好;超过此范围时,随进料速度增大,进料口处物料浓度增大而出口处物料浓度减小,装置极易堵塞;进料口物料体积浓度的变化只影响抛送叶轮内以及圆形外壳出口区域的物料体积浓度,而对其物料速度分布规律及速度大小影响不大。该研究可为叶片式抛送装置工作参数优化提供参考。     

基于高速摄像的玉米种子滚动摩擦特性试验与仿真

玉米种子的滚动摩擦系数是排种器设计计算和仿真分析的重要依据,但其测量目前尚无成熟的理论与方法。该文基于能量守恒原理,借助高速摄像技术对玉米种子与有机玻璃、镀锌钢板以及玉米种子间的滚动摩擦特性进行了试验研究,得到玉米种子与有机玻璃、镀锌铁板以及玉米种子间的滚动摩擦系数分别为0.0931、0.0531和0.0782。通过玉米种子休止角试验和离散元分析软件EDEM仿真结果的对比,对所得试验数据进行了验证,结果表明所得数据准确性较高,可为排种器的设计计算与仿真分析提供理论依据。     

气送式油菜飞播装置投种过程分析与试验

针对气送式油菜飞播装置作业时种子在离开投种管末端至到达土壤的过程中运移轨迹易受扰动而出现播种成条效果不佳甚至串行的问题,该研究对折叠式投种装置的投种过程进行了分析和优化。通过理论分析建立种子在投种管内和投种过程中的运动学模型,根据DEM-CFD（Discrete Element Method- Computational Fluid Dynamics, DEM-CFD）气固耦合仿真和高速摄像对种子在输送气流和无人机旋翼气流场中的运动轨迹和速度变化情况进行分析,并以此为基础对投种装置的结构及工作参数进行优化。混合正交仿真试验结果表明：种子在竖直投种管内速度变化的影响因子主次顺序依次为输送气流速度、投种管长度、投种管内径,其中输送气流速度、投种管长度对油菜种子在投种管内速度的变化的影响为极显著（P<0.01）,投种管内径对油菜种子在投种管内速度的影响一般显著（0.05≤P<0.1）。高速摄像及地面泥盒试验结果显示,将原有气固分离器改为种子加速器,即增加输送气流速度参与投种后,投种管末端气流速度为4.5 m/s时,竖直位移30 cm处种子的平均水平分位移为4 cm,投种管正下方30 cm处泥盒内种子落地条带宽度为5.2 cm,比有气固分离器的结构,种子平均水平分位移减少3.1 cm,条带宽度减少7.9 cm,与仿真分析结果基本保持一致,满足油菜成条飞播的作业要求。     

基于高速摄像技术的水稻钵盘精量播种装置投种过程分析

摘要：为揭示水稻钵盘精量播种装置投种过程,以水稻钵盘精量播种装置为研究对象,借助高速摄像技术对稻种投种过程和稻种的运动方式进行了观察,通过分析可知,稻种在运动中伴有自转、偏转等现象,运动轨迹符合二次曲线,垂直速度随时间增加而非线性增加,经拟合符合Yield Density模型;稻种水平位移与垂直位移有关。综合考虑投种率和投种效率,确定了垂直位移最大值为31 mm。该结果为提高播种装置的投种率提供理论依据。     

利用高速摄像及仿真分析立式浅盆型排种器工作特性

为直观准确观察排种器的工作特性以及种子在其容腔内部的运动状态,利用高速摄像技术拍摄立式浅盆型排种器在不同转速下的工作过程,同时结合离散元仿真软件EDEM(engineering discrete element method)进行仿真,利用其后处理模块中的影像技术标记种子并对工作区间进行分析。采用高速摄影技术和离散元仿真分析软件EDEM分析得出:为了保证清种的可靠性,种盘的折边倾角应在67°~90°之间;同时,为了防止清种过程中带种导致的伤种现象的发生,种层高度应保证种面与护种板之间保留3~4倍种子直径的距离;投种过程中,为了保证排种的均匀性、减小株距变异,在保证型孔的光洁度的同时,投种口的尺寸应选取16 mm×30 mm。该研究为完善立式浅盆型排种器的设计、补充修正相关结构参数提供了参考。     

干腌火腿揉制加工腿坯运动受力分析与仿真

针对干腌火腿传统手工揉制加工生产率低、含盐量高、品质不稳定等问题,提出了一种机械式揉制加工方法。以HTRZJ500型火腿揉制机为研究对象,进行了火腿揉制加工中腿坯运动和受力的分析与仿真:首先以干腌火腿为研究对象建立其腿坯的空间力学模型,绘制出腿坯在稳定揉制状态下的7个关键工位图谱;然后结合工位图谱与火腿揉制机揉制装置的结构尺寸,计算出腿坯全程被凸轮顶揉次数约36次,总时间约12 s,揉制力出现的两次峰值大小分别为609 N和973N;最后运用Solid Works软件创建了揉制装置虚拟样机,并通过Solid Works Motion仿真研究了腿坯揉制加工过程中的运动和受力规律。运动仿真结果表明:腿坯在整个揉制过程中持续振动,在4 s的仿真时间中出现了两次揉制力峰值,大小分别为677 N和994 N,与工位图谱对应位置的揉制力计算值的相对误差分别为10%和2.1%,仿真模型较为合理。该文结合工位图谱分析法和虚拟仿真技术揭示了干腌火腿的揉制加工运动机理和揉制力的变化规律,为火腿揉制机结构的设计与优化提供了理论参考。     

稻麦油兼用高速气送式集排器型孔轮设计与试验

针对水稻、小麦、油菜种子播量要求和外形尺寸差异大且稻麦种子流动性不足，导致气送式集排器兼用性不足、高速供种稳定性不佳的问题，该研究设计了一种稻麦油兼用型孔轮。阐述了高速供种工作原理，开展了供种环节充种、携种、投种阶段力学分析，基于最速降线原理设计了型孔壁面曲线，运用EDEM仿真对比分析了不同转速条件下种群运动状态。通过台架试验明确供种速率和供种稳定性较优的转速范围，并构建了稻麦油供种速率回归模型。台架试验结果表明：对于水稻和小麦种子，型孔轮个数16、供种转速30～50 r/min和50～70 r/min时，供种速率稳定性变异系数小于1%，水稻、小麦的供种速率分别为1050.62～1535.87 g/min和4171.82～5073.76 g/min；对于油菜种子，型孔轮个数为1，供种转速为20～30 r/min时，供种速率稳定性变异系数小于0.5%，供种速率为160.42～227.45 g/min；稻麦油供种速率回归模型预测值与试验值相对误差小于2%。水稻旱直播、小麦、油菜田间播种试验表明，作业速度在8～10 km/h时，集排器总排量稳定性变异系数分别为1.32%、1.16%和1.07%，满足稻麦油兼用播种作业标准要求。研究结果可为高速兼用气送式集排器结构改进提供参考。     

高速插秧机钵体毯状苗纵向送秧装置的设计与试验

基于现有高速插秧机平台,改进设计适用于钵体毯状苗的纵向送秧装置。对钵体毯状苗的插秧特点进行分析。针对钵体毯状苗对纵向送秧装置的要求,对纵向送秧装置进行了详细的理论分析和设计。通过Solidworks建模并对装置的工作状态进行虚拟仿真。设计加工样机进行试验分析,试验结果表明,多次纵向送秧误差均在2 mm以内,且不存在累积误差,故满足设计要求。保证了机器在高速工作状况下,纵向送秧的精度和非送秧过程时秧苗的纵向位置固定。该文设计的纵向送秧装置使得钵体毯状苗在插秧机平台上的纵向送秧:精准、稳定、可靠。为钵体毯状苗实现高速机械插秧提供了可靠的设计方案和理论依据。     

甘蔗螺旋扶起机构的理论研究及虚拟样机仿真

根据田间生长的甘蔗实际状况和固有的力学性能，用系统动力学的观点，建立了田间生长的甘蔗力学模型。基于该模型，探讨了扶起搅龙与甘蔗的作用过程以及其对收获过程的影响。对扶起搅龙的工作过程进行了虚拟仿真研究以及高速摄影试验，从理论上解释了仿真和试验结果。该文的研究为扶起搅龙的改进设计提供了理论依据。     

大豆茎秆、叶片及豆荚生长的动态模拟

以疆莫豆1号、蒙豆30、北豆5号为试材,在系统观测的基础上,构建了大豆茎秆、叶片和豆荚等器官的形态建成模型。模型以生理发育时间为时间步长,以生理发育日来衡量茎秆、叶片和豆荚的生长进程与生长次序,以品种遗传参数为基础来确定其他的模型参数,引入了最小含氮量、最大含氮量和临界含氮量来订正氮素的影响。不同品种不同播期的检验结果表明,节间长度的模拟误差在0.08～0.59 cm,RMSE在0.25～0.28 cm;节间粗度的模拟误差在0～0.10 cm,RMSE在0.04～0.05 cm;叶片长度的模拟误差在0.28～0.58 cm,RMSE为0.47 cm;叶片宽度的模拟误差在0.31～0.39 cm,RMSE在0.35～0.36 cm;豆荚长度的模拟误差在0.14～0.39 cm,RMSE在0.24～0.39 cm;豆荚宽度的模拟误差在0.09～0.21 cm,RMSE在0.14～0.17 cm;豆荚厚度的模拟误差在0.04～0.09 cm,RMSE在0.06～0.07 cm。模型表现出较好的预测性和可靠性。该研究可为大豆器官形态的虚拟显示提供参考。     

对置斜盘高速精密大豆排种器设计与充种机理分析

针对机械式精密排种器在工作速度提高时,充种指数下降较快,从而导致作业质量严重下降的问题,在理论分析的基础上,创新设计了一种对置斜盘大豆排种器。该型排种器充分利用壳体的结构空间布置核心部件,从而提高排种频率、改变充填模式、增加充填力种类,以适应高速作业需求。根据该排种器的工作原理建立数学模型,分析种盘在不同倾斜角度时充填力的变化规律,优化角度为20°;运用工程离散元方法(engineering discrete element method,EDEM)将对置斜盘排种器与一种具有一定高速作业能力的双腔立式复合圆盘排种器进行虚拟仿真及样机试验对比,进一步验证了该种结构形式的优越性,试验结果表明在8~12 km/h高速区段平均合格指数较对照排种器提高约3.6%。研究为高速机械式精密排种器的设计与开发提供了机械形式方面的创新思路以及分析方法方面的借鉴与指导。     

T型三通管水力特性的数值模拟与试验研究

为研究T型三通管水流的流动特性,该文进行了试验研究和数值模拟。试验中使用压力传感器监测管道动水压强,数值模拟采用SIMPLEC的求解方法求解Navier-Stokes方程和κ-ε湍流方程。分析不同工况下水头损失的产生机理,得到了不同分流比、入口流速、管径比对水头损失系数的影响：单管通水时水头损失系数比双管通水时的水头损失系数约大1.01～1.94倍,当入口雷诺数Re相同时垂直支管的水头损失系数比水平支管的水头损失系数约大2.20～2.55倍,不同管径比对垂直支管的水头损失系数影响不明显,水平支管的水头损失系数随管径比的增大而减小。研究结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,得出的结果对工程有指导意义。     

基于横向力系数的汽车急转防侧翻车速计算模型与仿真

针对汽车转向行驶时常因车速过快而引发侧翻事故这一问题,通过建立车辆转向行驶的力学模型,分别对刚性车体和考虑悬架作用车体在急转工况下的受力状况进行分析;在分析车辆转向时横向载荷转移、悬架运动等因素对横向力系数影响的基础上,将横向力系数的计算方法进行改进;根据横向力系数与车速间的关系,建立了基于横向力系数的汽车急转工况防侧翻临界安全车速计算模型;选用某型商用车结构参数为例,通过Matlab软件仿真的方法将所建立模型与其他4种弯道安全车速计算模型进行对比分析,该模型所得临界安全车速处于其他4种车速模型所得结果的区间内;同时,采用车辆动力学软件Truck Sim进行不同转弯半径下的车辆转向侧翻仿真对该模型进行验证,模型所得安全车速值比Truck Sim软件仿真所得侧翻临界车速值约小10%。该研究为急转工况下车辆的侧翻评价以及车辆转向行驶的主动安全控制提供了参考。     

气动振动式精密排种器工作参数的分析与仿真

在试验研究基础上,对气动振动式精密排种器振盘及种子的运动理论进行分析,证实了排种器处于稳定工作状态下工作参数的正确性,提出了采用仿真分析方法,将气动振盘系统简化成单自由度有阻尼强迫振动,利用试验数据进行振动仿真。仿真结果表明,得到的系统振动刚度及阻尼等参数可基本反应振动系统的正常工作状态,为气动振动式精密排种器设计提供了相应的工作参数和参考。