离心侧抛式藕田撒肥器设计与试验

针对藕田机械化施肥实际需求,该研究设计了一种离心侧抛式撒肥器。通过建立单个肥料颗粒在叶片上受力的理论模型,确定影响颗粒运动特性的主要参数为撒肥盘转速、叶片倾角和叶片偏角。以肥料喂入速率以及上述因素为影响因素,利用EDEM软件进行单因素仿真试验,结果显示以撒肥器中心为原点,沿抛撒方向,肥料在单个统计区域的分布量变化趋势为先升高后降低。定义肥料分布最多的单个统计区域与撒肥器间的距离为峰值距离,以肥料分布均匀性变异系数和峰值距离为评价指标进行正交旋转仿真试验,根据试验结果利用Design-Expert软件对撒肥器结构进行优化,求取峰值距离为10、21 m且均匀性变异系数最小的两种叶片各自对应的叶片倾角和叶片偏角分别为8.5°、17.5°和11.5°、–1.9°。以上述结构撒肥器开展仿真与实际撒肥试验。仿真结果显示：撒肥盘转速1 250 r/min、喂入速率0.316 kg/s时,肥料分布均匀性变异系数、峰值距离、作业幅宽分别为19.43%、21 m和29 m,实际试验结果分别为21.95%、18.6 m和24.5 m。以藕田追肥中常用肥料尿素、复合肥、磷肥为对象开展撒肥性能试验,结果显示,撒肥盘转速、喂入速率、肥料种类、肥料种类与转速的交互项、肥料种类与喂入速率的交互项对肥料分布均匀性变异系数影响极显著（P<0.01）,转速、喂入速率、种类对作业幅宽影响极显著（P<0.01）。该研究结果可为藕田撒肥机械设计提供重要参考。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验

为研究玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹式精量排种器排种性能的影响,对排种器工作原理进行阐述,建立了指夹夹持动力学模型,分析了充种夹持过程中玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响。运用EDEM软件进行排种性能虚拟试验,分析了排种过程中造成不同尺寸等级籽粒产生重播、漏播问题的主要原因。仿真结果表明,当工作转速15~45 r/min时,排种器对中型尺寸籽粒的排种性能最优,其合格指数大于84%;对大型尺寸籽粒的排种性能次之;对小型尺寸籽粒的排种性能较差,其合格指数大于80%。随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势。在相同工况(15~45 r/min)下选取3种相应尺寸等级玉米籽粒,进行台架验证试验。结果表明,台架试验结果与仿真基本相同,合格指数最大误差为7.4%,且排种性能随玉米籽粒尺寸及工作转速的变化规律一致。田间试验表明,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆满足精密播种要求。该研究为指夹式精量排种器及其关键部件的优化设计提供了参考。     

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证

为研究种群扰动对排种器充种性能的影响,该文基于离散单元法理论,以气压组合孔式排种器为模型,运用EDEM软件对4种不同型孔结构排种盘的种群运动进行了仿真分析,以种子法向应力跳动量和种子平均法向应力总和作为指标,分析了各排种盘在不同转速条件下的种群内摩擦力的变化,仿真结果表明,种群扰动强度的增大并不能显著减少种子法向应力的总量,但会降低种子瞬态的法向应力即瞬时种子内摩擦力,据此推断出扰动强度最大的排种盘的充种性能较其他排种盘更优。在排种器试验台上进行了验证试验,选取6种转速,以漏充率为指标,分别对4种排种盘进行试验,结果显示扰种强度最高的排种盘在各转速条件下的漏充率最低。对比仿真与试验结果发现,增强排种盘对种群的扰动可以在一定程度上提高种子的充种性能。     

螺旋排肥器排肥口参数对排肥性能影响的试验研究

针对螺旋排肥器在物料输送过程中排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性降低的问题,该研究采用离散元仿真和台架试验相结合的方法,以排肥均匀性变异系数为评价指标,在螺旋转速30r/min下,研究了排肥口长度和排肥口角度对排肥均匀性的影响,通过正交试验分析了单个螺旋转动周期内的排肥特性。试验结果表明:影响螺旋排肥器排肥性能的主次因素分别为排肥口长度、排肥口角度,两者对螺旋排肥器的排肥稳定性和均匀性有非常显著的影响,在排肥口角度为135°、排肥口长度为60mm的组合下取得较优排肥效果,该组合下仿真试验的排肥均匀性变异系数为4.98%,台架验证试验的排肥均匀性变异系数为5.41%,仿真试验和台架试验结果吻合度较好。该研究可为螺旋式排肥器的设计与优化提供参考和理论依据。     

错排齿轮式排肥器优化与试验

为提升双齿轮式排肥器的排肥均匀性,该研究基于原始结构参数对直齿排肥齿轮进行改进,设计错排齿轮式排肥器。在参数化建模和确定轮齿容肥体积的基础上,结合理论分析确定了排肥器的理论排肥量。利用EDEM对排肥过程进行仿真,通过单因素试验分析错排齿轮片数、排肥轮间隙对排肥均匀性的影响,选用L₉(3⁴)正交表进行正交仿真试验。试验结果表明：试验因素对试验指标影响的主次顺序为错排齿轮片数、排肥轮间隙,当错排齿轮片数为3片、排肥轮间隙为5 mm时,排肥均匀性变异系数为4.69%。采用台架试验对双齿轮和错排齿轮式排肥器进行对比试验,结果表明：转速60 r/min时错排齿轮式排肥器的排肥流量变异系数为4.74%,与理论值基本吻合,且比双齿轮排肥器变异系数减小10.68%。基于实测排肥器转速-流量曲线设计电控排肥控制器并进行台架试验,施肥精度偏差为3.1%,优化后的排肥器排肥均匀性良好,且可实现精控排肥。研究结果可为精控排肥器的设计及优化提供参考。     

设施蔬菜收获机拉拔力学性能EDEM仿真与试验

针对设施蔬菜收获机在蔬菜拉拔的高度不能满足要求,根茎露出的距离过短,导致蔬菜切散,收获失败的现象,该文通过建立影响拉拔效果的拉拔力数学参数方程,以及对蔬菜根部和茎部的生物力学特性进行研究,从而建立蔬菜拉拔过程离散元仿真模型,利用离散单元软件EDEM(engineering discrete element method),对蔬菜拉拔机理进行研究,从而确定最佳拉拔力及拉拔效果影响工作参数。通过仿真分析,得到蔬菜拉拔力与蔬菜位移的曲线及蔬菜拉拔仿真过程现象图,确定在最佳拉拔距离高度为20 mm时,对应最小拉拔阻力为26.87 N;利用对蔬菜根茎的拉伸压缩试验,得到在安全系数为1.1情况下,蔬菜根茎最大安全拉拔载荷为37.5 N以及蔬菜茎部最大安全压缩载荷为84.36 N。根据拉拔力的上下限,结合拉拔数学参数方程,确定了满足种植1~6株蔬菜的种植槽运输架的倾斜角度为17.8?,并核算在此倾斜角度下蔬菜茎部所受最大推力小于蔬菜最大破坏力值。将最终工作参数应用于单排样机试验,得到良好的收获效果,验证了设施蔬菜收获机关键参数取值的合理性,并为后续多排收获的整机研制打下了良好基础。     

基于离散元法的免耕深施肥分段式玉米播种开沟器研制

针对东北垄作深施肥免耕播种机上开沟器播种深度均匀性差、工作阻力大、土壤扰动大的问题,该研究利用离散元软件(EDEM 2.7)仿真分析不同类型破茬刀-施肥铲装置对土壤的作用机理,设计了一种分段式玉米播种开沟器.首先建立土壤-玉米根系-玉米秸秆离散元仿真模型,然后进行不同类型破茬刀-施肥铲装置离散元仿真试验,以回落土壤最大...     

锥盘式撒肥装置的性能分析与试验

针对目前大多数撒肥机在作业过程中存在抛撒不均问题,该文设计了一种锥盘式撒肥装置。通过对该装置结构和工作原理的阐述及肥料颗粒在撒肥盘、叶片上和空气中的动力学和运动学分析,建立了肥料颗粒的运动模型。以叶片长度、叶片水平投影倾角、撒肥盘转速、肥箱落肥口位置和面积为试验因素,以肥料抛撒的横向变异系数为试验指标进行了台架试验。试验表明,当落肥口位置（落肥口中心点在以叶片旋转中心在地面的投影为坐标原点的空间直角坐标系中的坐标值）为（70 mm,0,800 mm）,叶片长度为150 mm,落肥口面积为2456 mm2,叶片水平投影倾角为1°,撒肥盘转速为1090 r/min时,横向撒肥变异系数为5.215%,此时肥料抛撒的均匀性最好,满足施肥作业要求。该装置基本上解决了肥料抛撒不均方面的不足,为锥盘式撒肥机的设计与优化提供了参考。     

基于离散单元法的水平圆盘式精量排种器排种仿真试验

为了优化水平圆盘式精量排种器的最佳排种性能参数(动排种盘转速、动排种盘厚度、型孔圆角半径),达到提高粒距合格指数、降低漏播和重播指数指标,并降低大田试验强度。该文基于离散单元法对根据全膜双垄沟播技术所设计的水平圆盘式精量排种器进行了排种数值模拟,并得到玉米籽粒模型排种、重播、漏播的形成过程;为提高其排种性能,进行了排种仿真试验。仿真结果表明:以合格指数较高为重点、兼顾重播指数和漏播指数较低的原则,确定了动排种盘转速为17 r/min、动排种盘厚度为6 mm、型孔上边倒圆角半径为1 mm时为较优组合,此时粒距合格指数S=97.05%、重播指数D=1.83%、漏播指数M=1.12%。田间验证试验表明:在上述条件下,测得粒距合格指数为S=95.13%,重播指数D=2.34%,漏播指数M=2.53%,重点指标粒距合格指数误差2.02%(5%)。因此,基于离散单元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考。     

链条输送式变量施肥抛撒机的设计与试验

针对国内变量施肥机作业幅宽小,变量施肥抛撒机缺乏的问题,该文应用变量施肥技术,设计了一种基于处方图的链条输送式变量施肥抛撒机。通过分析肥料颗粒在撒肥盘上的运动和受力,建立了肥料颗粒在脱离撒肥机圆盘过程中的运动方程,设计并确定了变量抛撒控制系统、肥箱、肥门自动开启装置等关键部件的结构及参数。并进行了不同施肥量和抛撒均匀性的试验,结果表明:链条输送式变量施肥抛撒机变量效果较好,且具有较好的抛撒均匀性,在拖拉机速度1.5m/s,实际施肥量与预置施肥量相对误差最大值为7.53%;拖拉机速度2m/s,目标施肥量225kg/hm2,抛撒幅宽设定30m,有效幅宽抛撒变异系数为14.90%,能够较好的满足实际生产要求。     

锥盘式颗粒肥撒施机构抛撒性能分析与试验

为了提高颗粒肥撒施的均匀性和一致性,该文设计了一种锥盘式撒肥机构,通过对锥盘式撒肥机构工作性能的分析,建立了肥料颗粒的受力方程。通过撒肥试验,研究喂入区大小、甩盘转速、甩肥高度对撒肥区域内肥料分布规律的影响。试验结果表明：喂入区大小对肥料颗粒的横向幅宽分布影响较大,对纵向分布影响较小,施肥作业中合理的喂入角为75°;随着甩盘转速的增加,有效施肥区域的横向幅宽和纵向距离均逐渐增大,而且施肥的均匀性和一致性也不断提高,合理转速为600 r/min;施肥高度对施肥幅宽分布和一致性没有显著影响。研究结果可为颗粒肥撒施机的设计提供参考。     

基于离散元法的凸圆刃式深松铲减阻效果仿真分析与试验

针对深松作业阻力大、能耗高等问题,该文在深松铲铲尖顶部设计了一种能有效减阻降耗的凸圆刃。以安装凸圆刃的凸圆刃式深松铲为研究对象,建立了土壤模型。为提高土壤模型的准确性,选用非线性粘结弹性塑形接触模型(edinburgh elasto-plastic adhesion model,EEPA),对凸圆刃式深松铲进行耕作阻力虚拟仿真。利用插件将颗粒与深松铲接触作用力导出,分析凸圆刃式深松铲应力和形变,校验其结构强度;采用EDEM软件分析不同耕深和速度对深松耕作阻力的影响,并以国标深松铲为比较对象,分析了凸圆刃式深松铲的减阻效果;通过田间试验验证了土壤模型和凸圆刃式深松铲设计的准确性和可行性。田间试验结果表明,与国标深松铲相比,凸圆刃式深松铲耕作阻力平均降低了10.24%。仿真结果与实测值较为接近,数值误差在3%～10%,证明土壤模型基本符合土壤的力学特性,能近似代替真实的土壤环境。该研究证明了采用离散元法分析深松耕作阻力可行性,可为进一步优化深松铲结构提供参考。     

基于离散元法的旋耕刀三向工作阻力仿真分析与试验

为分析旋耕刀所受三向工作阻力及其变化规律,该文通过实测南方果园土壤颗粒参数,逆向重构旋耕刀三维实体,基于离散元颗粒接触理论,构建了适应南方土质环境的旋耕刀-土壤相互作用仿真模型。土槽扭矩对比试验表明,仿真值与试验值的变化趋势相同,扭矩均随转速增加而变大,最大相对误差10%;扭矩先从0增加到某个最大值,接着逐步减小到一个低值,随后又快速增加到一个高值,最后回落,该变化过程同旋耕刀与土壤之间的接触状态相关。单刀受力仿真分析表明,水平阻力方向与前进方向相同,侧向阻力方向为由刀具弯折区内侧面指向刀体,垂直阻力方向为先垂直土面向上后转为向下;水平阻力和侧向阻力在最大耕深处出现最大值,而垂直阻力在入土后转动约30°时出现最大值;水平阻力和垂直阻力的仿真波形与理论计算、土槽试验结果比照表明,对应曲线的变化趋势基本一致,且仿真结果与土槽试验结果更为接近,水平阻力相对误差为11.3%,垂直阻力相对误差为16.8%;水平阻力最大值大于侧向和垂直方向阻力最大值,水平阻力是功率消耗的主要因素;随着转速的增加,3个方向阻力最大值均增大,当转速高于250 r/min时,增速加快;侧向阻力和垂直阻力随前进速度增加而平稳增大,水平阻力却出现下滑趋势;耕深对三向阻力的影响比较显著,增加耕深会急剧增大三向阻力值。相关试验数据可为旋耕机能耗分析、机体作业振动及刀片磨损等研究提供参考。