不同含水率黍子摩擦特性的实验研究

[目的]为给选择、确定黍子生产、加工机械设备技术参数提供依据,对黍子摩擦特性参数进行研究。[方法]以晋黍9号种子为研究对象,分别测定不同含水率条件下黍子种子的三轴尺寸、休止角以及与钢板、铁板、亚克力板间的静、动滑动摩擦系数,分析含水率对黍子形态尺寸和摩擦力学特性的影响。[结果]含水率变化对黍子几何尺寸和摩擦特性影响显著,随着含水率增加,黍子几何尺寸、休止角、滑动摩擦系数均增大;同一含水率下,黍子与铁板间滑动摩擦系数最高,钢板最低。根据实验结果,分别拟合了黍子几何尺寸、休止角和滑动摩擦系数与含水率之间的关系方程。[结论]研究结果可为黍子相关机械装备的开发与设计提供参考数据。     

基于平行四杆机构的摩擦系数自动测量系统

为快速、准确、方便地测量不同农业物料的静滑动摩擦系数,结合Arduino UNO单片机和蓝牙遥控技术,研制了一种基于平行四杆机构的手机蓝牙无线遥控的散粒摩擦系数自动测量装置。结果表明,与常规测量装置对比验证,该装置可以快速、便捷并准确地测量出不同农业物料相对于不同材质平面的静滑动摩擦角和摩擦系数,可为种子筛选、窝眼选、电力选、带选以及各种清选部件、种箱导种板倾角、排种器的型孔和型槽所处位置的角度等各种运输、贮运部件设计提供了必要的基础参数。     

荔枝果壳摩擦系数测量试验研究

依据自行设计的农业物料摩擦系数自动测量装置,针对不同品种、取样方向荔枝果壳以及不同斜面倾角,测得荔枝果壳-橡胶板、果壳-尼龙板之间的摩擦系数．结果表明,荔枝果壳-橡胶板的静摩擦系数为0．8202～O．8683,滑动摩擦系数为0．8184～O．8738;果壳-尼龙板之间的滑动摩擦系数为0．407～0．474;荔枝品种和取样方向对果壳静摩擦系数存在一定影响,对滑动摩擦系数影响不大．因此,在建模的时候可近似将荔枝果壳当成各向同性材料,这些为荔枝收获、加工、储运等设备的设计提供了参数依据．     

一种农业物料滑动摩擦系数测量装置的设计

依据斜面力学原理和光电测试技术,设计一种农业物料滑动摩擦系数自动测量装置,并以荔枝为例,测得荔枝果皮与橡胶板和尼龙板之间的滑动摩擦系数,结果表明:该装置能够快速、准确、方便的测定农业物料的滑动摩擦系数.     

除芒稻种摩擦特性测定

以东北农业大学培育的4种稻谷品种为试验材料,在测量装置上分别测定稻谷种子除芒前、后滑动摩擦角、休止角、内摩擦角。结果表明,稻谷种子滑动摩擦角、休止角、内摩擦角有差异,且除芒后其值均比除芒前小。除芒稻种在铁板、尼龙板、橡胶板三种材料上滑动时橡胶板摩擦力最大,可以考虑用橡胶材料作为除芒机的动杆。     

两种胡萝卜种子物理特性的测定与分析

对新黑田五寸参和金红六号胡萝卜种子的三轴尺寸、千粒重、密度、含水率、静摩擦系数、恢复系数、剪切模量、休止角等基本物理参数进行了测定,并进行了统计分析与对比研究。结果表明:两种胡萝卜种子的物理特性有一定的差异性,主要是由品种的差异性造成的。本研究结果可为胡萝卜播种装置的设计提供基础数据。     

两种胡萝卜种子物理特性的测定与分析

对新黑田五寸参和金红六号胡萝卜种子的三轴尺寸、千粒重、密度、含水率、静摩擦系数、恢复系数、剪切模量、休止角等基本物理参数进行了测定,并进行了统计分析与对比研究。结果表明:两种胡萝卜种子的物理特性有一定的差异性,主要是由品种的差异性造成的。本研究结果可为胡萝卜播种装置的设计提供基础数据。     

半夏块茎物理特性研究及离散元仿真参数标定

为设计研究半夏撒播排种器,测定了半夏的本征物理特性参数,并对半夏离散元仿真参数进行标定。通过烘干试验、浸液试验、匀速压缩试验,确定了半夏种子的含水率为62.23%、密度为1 210 kg·m^-3、泊松比为0.373 1、弹性模量为5.751 MPa;通过实际碰撞试验结合仿真试验建立了回归模型,测定半夏-半夏的碰撞恢复系数为0.472 0、半夏-不锈钢板间碰撞恢复系数为0.635 8;通过实际的斜面滑动试验结合仿真试验,确定了半夏-不锈钢板间的静摩擦系数为0.615 4;利用圆筒提升试验结合最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,确定了半夏-不锈钢板间的滚动摩擦系数为0.150、半夏-半夏的静摩擦系数为0.554、半夏-半夏的滚动摩擦系数为0.157。该研究结果可为半夏机械化生产装备设计研究和结构优化提供理论参考及设计依据。     

烟草装盘播种机精密播种设计

论述了控制YZPB-200B型智能装盘播种机的播种装置每次只播1粒种子的设计,用电容传感器监测种子的排出情况,采用芯片AD7747将电容传感器的输出转化为电压的变化量,并由单片机CY7C68012对传感器的输出数据进行采集和转换,设计出高精度的播种装置。通过分析试验数据可以得出,该系统的合格率达到97.4%,实现了一穴一种的效果,符合农艺要求,因此采用该系统不仅提高了播种的精密度,而且可以防止种子浪费。     

基于堆积试验的沙蓬种子离散元仿真参数标定

为了获得沙蓬种子仿真播种过程所需的参数,通过物理堆积试验与仿真堆积试验相结合的方法对沙蓬种子的离散元仿真参数进行标定。首先,对沙蓬种子相关物性参数进行了测定,建立其离散元模型,并利用物理堆积试验获得沙蓬种子的堆积角为45.995°。其次,采用Plackett-Burman试验进行仿真堆积试验,筛选出对堆积角影响显著的参数为：沙蓬种子之间恢复系数、沙蓬种子之间滚动摩擦系数、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数。然后,根据最陡爬坡试验确定显著参数的取值范围;设计二次正交旋转组合试验,建立堆积角相对误差与显著参数的二阶回归方程,得到离散元仿真最佳参数组合：沙蓬种子之间恢复系数为0.529、沙蓬种子之间滚动摩擦系数为0.057、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数为0.629。最后,将最佳参数组合的值进行仿真堆积试验验证,得到仿真试验堆积角为46.740°,与物理堆积试验相对误差为1.62%,表明最佳参数组合选取合理,可为沙蓬种子播种机械离散元仿真参数设置及优化设计提供参考依据。     

白萝卜种子颗粒模型离散元接触参数标定与试验

在利用EDEM与FLUENT耦合模拟白萝卜排种器排种过程时,白萝卜种子颗粒参数设置以及模型的选择直接影响仿真结果的可靠性。结合白萝卜种子真实颗粒和仿真堆积试验,标定了不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的2个主要接触参数：白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。采用自动填充方式创建了不同填充球颗粒半径白萝卜种子的离散元模型。利用Plackett-Burman试验对物料特性影响参数进行分析,发现白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数、白萝卜种间静摩擦系数对堆积角的影响极显著。结合台架与仿真堆积试验,建立了2个主要接触参数与堆积角的二元回归模型,以白萝卜种子实际堆积角为目标对参数进行寻优,得到不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。结合堆积角相对误差率与仿真时间分析最佳球颗粒填充半径,当白萝卜种子离散元填充颗粒半径为0.25 mm时,其仿真精度和仿真时间最优。得到的最佳填充球颗粒模型以及标定的接触参数,为白萝卜种子排种器研究提供一定的参考。     

包衣棉种物性参数测定与离散元仿真参数标定

针对目前在EDEM(离散元法)中直接建立的棉种颗粒模型与实际棉种在外形上存在一定差异,且缺乏准确的包衣棉种仿真参数的问题,采用物理试验方法测定‘新陆中67号’棉种的基本物理力学参数,研究包衣对棉种与有机玻璃板间的接触参数(碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数)的影响,基于逆向工程技术建立棉种离散元颗粒模型,运用响应曲面分析法建立包衣棉种种间接触参数与休止角相对误差的二阶回归模型,结合物理试验和仿真试验对仿真参数进行标定,确定包衣棉种种间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数的最优参数组合,并利用棉花精密排种器排种试验对仿真参数进行验证。结果表明:‘新陆中67号’棉种的泊松比为0.27,剪切模量为14 MPa,包衣剂对棉种表面摩擦特性有一定影响,包衣棉种与有机玻璃之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.25、0.49和0.21,包衣棉种种间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.19、0.23和0.13,此最优参数组合下排种仿真试验与台架试验的合格率和漏播率相对误差均小于5%,包衣棉种离散元颗粒模型和仿真参数可用于离散元仿真模拟试验。     

基于堆积试验的玉米包衣种子离散元参数标定

为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。     

林木种子静摩擦系数的实验研究

讨论了单体和群体林木种子对不同材料的静摩擦系数的测定方法。提出用无底盒装种子，填加种子工作厚度等效重砝码，模拟堆集种子，测定群体种子摩擦系数，并介绍了测定仪的结构原理。利用倾斜法原理，测得６种树种，７种摩擦材料，９个平板的静摩系数，其结果胶合板为最好。     

烟草包衣种子的物理特性研究

对烟草K326包衣种子的物理特性(三轴尺寸、千粒重、孔隙率、休止角、内摩擦角、滑动摩擦角)和空气动力学特性(漂浮速率、漂浮系数)进行测定,得到包衣种子的三轴尺寸平均值分别为1.691、1.687、1.687 mm,千粒重为5.12g,孔隙率为42％,休止角为23.49°～26.95°,内摩擦角为4.5°,与不锈钢板的滑...     

三七种子的物理机械特性试验

测定了不同含水率的三七种子的三轴尺寸、密度、内摩擦角、休止角以及与不同材料间的静、动滑动摩擦角和漂浮速度。结果表明:三七种子长、宽、高范围分别为5.2~7.2 mm、4.8~6.8 mm和4.0~6.0 mm;平均直径为5.62 mm,球度为90.86%,近似球体;三七种子的密度随含水率的下降逐渐减小,且与含水率呈线性相关;种子内摩擦角、休止角、滑动摩擦角皆随含水率下降呈先减小,再增大,后减小的趋势;种子平均漂浮速度为5.77~8.96m/s,平均漂浮速度与种子含水率呈正相关。     

大豆种子与排种器接触物理参数的测定与离散元仿真标定

研究大豆排种过程的离散元仿真参数设置。对大豆种子的本征参数、大豆种子与排种器的接触参数进行标定;测定大豆种子长、宽、高三轴尺寸,自然休止角,千粒重和密度的本征物理参数,测定大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃接触的最大静摩擦因数、碰撞恢复系数。以平均误差值为评价指标,应用离散元软件正交试验仿真标定。结果表明,离散元仿真标定的参数设置为:大豆种子三轴尺寸的长、宽、高分别为6.884、6.833、6.292mm,密度为1 272.15kg/m~3;大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃的最大静摩擦因数分别为0.449、0.408、0.474,碰撞恢复系数分别为0.561、0.518、0.472,离散元仿真的平均误差值为2.044%。     

稻谷颗粒模型离散元接触参数标定与试验

EDEM与FLUENT耦合模拟稻谷清选时,稻谷颗粒参数设置的准确性直接影响仿真结果的可信度。结合稻谷颗粒堆积角的实测试验与仿真试验,标定了稻谷颗粒模型间静摩擦系数、滚动摩擦系数2个主要接触参数。设计了堆积角形成装置,该装置采用坍塌法和注入法同时形成2种堆积角,可以减小非同时形成所引起的测量误差;创建了稻谷颗粒的离散元模型,结合堆积角的实测试验与仿真试验,建立了2个主要接触参数与2种堆积角之间的二元回归方程;以稻谷颗粒2种堆积角的实测结果作为目标值,对回归方程进行数值求解,得到颗粒模型间的静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.433 6、0.161 5;设计了抛洒试验对标定后的参数进行验证,抛洒长度、宽度和近抛洒端堆积角等特征参数的实测结果与仿真结果的相对误差小于5.7%,这表明颗粒的模拟运动轨迹与实际运动轨迹基本一致,所创建的稻谷颗粒离散元模型及标定得到的接触参数可以为EDEM-FLUENT耦合仿真稻谷清选过程提供参考。