基于离散元法的小粒咖啡种植逆转开沟器的仿真与设计

开沟是咖啡种植过程中的重要环节,现行的咖啡开沟劳动强度大、工作效率低、人工成本高。为此,在分析小粒咖啡种植开沟农艺要求的基础上,设计了一种适合于小粒咖啡开沟的斜置逆转开沟器。该逆转开沟器可通过小型拖拉机牵引,刀轴旋转方向和拖拉机驱动轮转向相反,开沟刀向前向上切土抛土,完成开沟。应用EDEM离散元软件对逆转开沟器进行仿真模拟:设定开沟器前进速度为0.4m/s、转速为4rad/s时,单个圆盘开沟过程所受的最大阻力为750N,挡土板所受最大阻力为250N。同时,进行了试验验证,结果表明:逆转开沟器能开出沟面宽500mm、沟底宽300mm、沟深400mm的梯形栽植沟,所开沟型结构稳定,抛土效果好。     

施肥开沟器的设计与作业过程离散元仿真

针对水稻田插秧同步施肥过程中,侧深施肥机上的施肥开沟器作业后肥沟中固态颗粒肥料覆盖率低、裸露在外诱发水绵发生、溶解后污染周围水系环境等问题,设计了一种能够提高回泥效果的施肥开沟器,并利用UG软件建立三维模型,为探究开沟器作业效果,进行了离散元（EDEM）开沟仿真和田间试验。在开沟器运动速度1 m/s、颗粒工厂生成肥料速率1 600粒/m、测试段长0.5 m的条件下,仿真中肥料覆盖率为91.5%。     

开沟器工作阻力的离散元法仿真分析

建立了芯铧式开沟器和播种施肥开沟器与土壤颗粒的二维离散元法分析模型,采用离散元法研究开沟器的工作过程及工作阻力,通过改变开沟器的CAD模型和土壤颗粒参数,分析不同条件下开沟器的工作阻力.在室内土槽进行了2种开沟器的工作阻力测试,并将测试结果与开沟器工作阻力的离散元法计算结果进行了比较,两者的变化趋势基本一致,相对误差在10%～20%之间,由此初步证明了采用离散元法分析开沟器工作过程和工作阻力的可行性,为开沟器的研究和优化设计提供了一种新方法.     

基于离散元法的芯铧式开沟器设计

传统式芯铧式开沟器被广泛地应用于东北垄作地区,但其开沟宽度大、与土壤产生的阻力大限制其使用。为此,对芯铧式开沟器的结构特点进行研究,确定了开沟器宽度d、入土角α、斜面角β、作业速度v、含水率p为其性能的影响因素,用Solid Works软件建立了一系列不同参数的芯铧式开沟器模型。通过对耕层土壤的物理性质与力学性质的研究,运用EDEM对所设计的一系列芯铧式开沟器进行仿真分析,得到开沟阻力较小的开沟器,其参数为:入土角为50°、斜面角为55°、宽度为50mm。在室内土槽中,进行芯铧式开沟器的性能测试。结果表明:仿真与试验数据具有一定的相关性,且规律基本一致,验证了仿真模型参数选取的正确性。     

大豆垄上双行免耕播种机锯齿式开沟器设计与试验

在玉米-大豆轮作免耕种植模式下,针对玉米根土结合体较大且垄向分布不均匀,阻碍大豆垄上双行播种开沟器垄向运动,导致播种深度均匀性和行距一致性较差等问题,设计了一种锯齿式大豆垄上双行播种开沟器。在阐述锯齿式大豆垄上双行播种开沟器结构和工作原理的基础上,对前刀曲线进行了设计,推导出前刀曲线方程;分析了侧刃切割根系力学模型,确定侧刃为锯齿形;对玉米根土结合体进行农艺学测量,确定了锯齿形侧刃的关键参数;根据大豆播种的农艺要求,明确了开沟器主体内导种管以交错形式布置,同时确定了锯齿式开沟器的入土隙角为5°。离散元仿真试验结果表明:锯齿式开沟器能有效切断玉米根系且有较优的工作稳定性,进而验证了设计的合理性。在机组前进速度7 km/h、开沟深度50 mm条件下,以根系切断率为主要指标进行田间性能试验,结果表明:锯齿形侧刃有较强的锯切能力,平均根系切断率达97.25%。与双圆盘开沟器进行田间对比试验,结果表明:锯齿式开沟器比双圆盘开沟器开沟深度变异系数降低43.33%、种子横向距离变异系数降低60.81%。仿真试验和田间试验均表明锯齿式开沟器满足免耕大豆垄上双行播种农艺要求。     

开沟器土壤回填的理论分析

在介绍种床开沟器土壤回填原理的基础上,采用计算分析的方法,详细探讨土壤回填过程中,开沟器工作时的土壤颗粒受力情况及土壤颗粒向沟内回落的情况,为不同结构类型的开沟器设计及改进提供理论参考。     

浅析免耕开沟器

本文主要分析了免耕技术对开沟器的要求,近年开沟器的发展情况及各类免耕开沟器的特点。     

大型免耕播种机开沟器结构研究

介绍了免耕播种机的关键部件开沟器的作用,单元盘、双圆盘开沟器的类型,对国际上应用比较广的单元盘开沟器和双圆盘开沟器的结构参数进行了研究、总结,对其他形式的开沟器的结构类型也进行了简单的分析研究,对免耕播种圆盘开沟器的研制有指导意义。     

宽幅密植开沟器的设计介绍

赤峰市红山区小麦播种面积不断增加，但地块比较小，垄长300m左右，且水浇地多，有畦埂。根据多年种植经验，在水肥保证的前提下，宽密植是增产的有效措施，因而急需生产适应小地块的，不受畦埂影响的，宽密植的播种机具。     

基于Inventor的免耕播种机组合式开沟器设计

开沟器是免耕播种机影响播种质量的关键部件之一,在满足农艺条件的基础上应尽量减小开沟器的动土量。本组合式开沟器实施种肥同沟垂直分层分施,种子播在肥料的正上方。利用Inventor软件建立了铲柄、固接部件等零件模型,并创建了系列零件,实现了自行设计标准件。同时,建立了组合式开沟器三维虚拟装配模型,为动力学分析软件建立仿真模型提供基础。     

马铃薯曲面式播种开沟器仿生设计与试验

针对马铃薯播种开沟器高速作业条件下作业阻力大、回土深度浅、干湿土易混合等问题,基于黄鳍金枪鱼下颚流线型曲线,采用水平直元线法将原有曲线重构为三维曲面,设计一种仿黄鳍金枪鱼下颚曲线的曲面式开沟器.根据马铃薯种植深度的农艺要求,当最大作业深度为150 mm时,采用滑切原理确定了最大刃口角为132°,元线角为27 °.为探究...     

深松土壤扰动行为的离散元仿真与试验

分析深松土壤的扰动行为是深入研究深松铲-土壤互作用规律的基础。采用离散元方法建立深松工作模型,结合高速摄影技术及室内土槽试验,对比分析了不同位置深松土壤的微观运动及宏观扰动行为。结果表明,土壤的扰动范围随土壤与深松铲之间距离的增大而减小;不同位置土壤的扰动范围由大到小依次为:浅层、中层、深层;在深松范围内,土壤的运动速度随土壤与深松铲之间距离的增大而逐渐减小,等速度土壤颗粒的分布曲线与深松铲的铲柄弧线基本吻合;不同深度土层土壤颗粒在不同方向上的平均运动速度为:在x方向上由大到小依次为浅层、中层、深层,在y方向上由大到小依次为中层、浅层、深层,在z方向上由大到小依次为深层、中层、浅层;离散元仿真能够较准确模拟深松土壤的扰动行为,仿真与试验获取的土壤扰动截面轮廓形状基本吻合,土壤膨松度、土壤扰动系数的仿真值与试验值的相对误差分别为13.21%、17.38%;地表土壤纵向堆积角的仿真值与试验值的相对误差为9.42%。     

芯铧式开沟器仿生设计与试验

针对高速作业条件下芯铧式开沟器阻力过大的问题,基于狗獾犬齿曲面的高效低阻贯穿结构,提出了一种开沟器仿生设计方法。对狗獾犬齿进行三维扫描,获取点云数据,采用Matlab软件拟合了4条狗獾犬齿曲线,设计并加工了4种滑动式开沟装置,并进行了对比试验分析。在作业深度50mm条件下,以开沟装置类型、作业速度为试验因素,以水平方向作业阻力为主要指标,以开沟装置开出沟形的沟深、沟宽、侧垄高和侧垄宽为次要指标,进行了土槽试验。试验结果表明,在同一作业速度下,优化的各滑动式开沟装置的阻力均比标准芯铧式开沟器小。在作业速度为3.6、5.4、7.2km/h的条件下,优化的滑动式开沟装置比标准芯铧式开沟器作业阻力分别降低8.04%、8.15%、8.71%;标准芯铧式开沟器与优化的滑动式开沟装置所开沟形的沟深、沟宽、侧垄高和侧垄宽的变异系数均低于5%。     

铲式成穴器工作过程的计算机辅助分析

在分析铲式成穴器的结构特征和工作过程的基础上．建立了打穴铲各关键点的运动轨迹方程。进而对影响成穴器工作性能的参数及其影响规律进行了计算机辅助模拟分析。分析结果表明，穴孔的形状和大小由打穴铲两个下端点的运动轨迹所决定。通过理论分析和计算机模拟，建立了穴孔轮廓的参数方程，并推导出穴孔长度和穴孔宽度的理论计算公式。为铲式成穴器的参数设计和实际应用提供了理论基础。     

基于EDEM的薯土分离机构数值分析与模拟

为寻找甘薯收获机薯土分离机构的最佳设计及运动参数,基于对4GS-1500型链杆式升运器薯土分离机构损伤机理的研究及薯土混合物料和链杆式升运器的运动特点,将薯土混合物视为颗粒流,利用离散单元软件EDEM(Engineering Discrete Element Method)进行仿真分析,从其损伤机理出发,以甘薯与机具碰撞所受法向力、碰撞次数及工作效率作为指标,分析甘薯在不同条件下的损伤程度的变化。仿真结果表明:链杆线速度与工作效率及甘薯损伤率不成线性关系,线速度为2.1m/s时工作效率较高,且损伤程度较低;杆直径为16mm、链杆间距为75mm时,甘薯碰撞受力较小,薯土分离效果良好;添加对链杆升运器倾斜角度的多水平仿真分析,并得到倾角在24°时伤薯状况较好。仿真模拟结果与试验结果基本吻合,表明了利用EDEM对薯土分离机构进行数值模拟的正确性和可行性,并为今后甘薯收获机械的发展提供一种有效的模拟手段。     

2BQM-6型免耕播种机结构设计及开沟器的力学分析

保护性耕作技术因其具有减少风蚀、保墒、提前播种期等作用,近年来在北方干旱地区得到逐步推广。免耕播种机作为保护性耕作的主要机具,其使用性能直接影响着这一技术的应用。为此,根据目前免耕播种机存在的主要问题,设计了2BQM-6型气吸式免耕播种机,实现了切茬、排茬、施肥、播种及覆土镇压等联合作业。在此基础上,对该免耕播种机重要部件开沟器进行了力学分析,寻找出了开沟器最容易疲劳失效的部位。     

保护性耕作拟合曲线型深松铲设计与试验

针对东北地区深松整地作业中,深松铲土壤扰动量和耕作阻力大的问题,以离散元(EDEM)软件仿真分析铲尖对土壤的作用为依据,设计了拟合曲线型深松铲。采用离散元软件模拟深松铲铲尖在土壤中的运动,获得铲尖上方土壤颗粒运动轨迹的拟合曲线和拟合方程,采用线元设计法对线形优化,获得铲柄外形曲线;同时设计了刃部、切削刃角、入土角,并通过铲柄与铲尖的互作效应试验验证了分层的可行性与合理性。土槽对比试验表明,拟合曲线型深松铲有效降低了土壤扰动量和耕作阻力,比折线式深松铲土壤扰动量减少了53.6%,耕作阻力减少了36.23%;比圆弧式深松铲土壤扰动量减少了66.18%,耕作阻力减少了29.18%。田间对比试验表明,拟合曲线型深松铲比折线式深松铲回土面积增加了81.03%,比圆弧式深松铲的回土面积增加了146.95%。土槽和田间试验表明,拟合曲线型深松铲土壤扰动量小、耕作阻力小,满足深松作业的要求。     

基于CFD-DEM的饲料调质器物料运动模拟与试验

为探究饲料调质器中物料的运动规律和黏结状态,基于CFD-DEM耦合的方法对调质器的工作过程进行仿真建模和作业参数优化。耦合模型建立方法：采用Pro/E三维软件建立调质器结构模型;利用Gambit软件对其进行网格划分,利用Fluent中的RNG k-ε湍流模型作为流体模型;利用离散元软件EDEM中的Hertz-Mindlin with bonding模型建立饲料原料湿黏模型,并对两种模型进行边界参数和耦合参数等设定。以桨叶安装角、调质轴转速、填充率为试验因素,以调质器出料量为评价指标,按照三因素五水平正交旋转组合试验设计方法进行试验研究。利用Design-Expert 8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素对调质器作业评价指标影响的数学模型,对调质器模型作业参数优化并进行了试验验证。结果表明,各因素对调质器出料量的影响显著性由大到小依次为填充率、调质轴转速、桨叶安装角;最佳作业参数组合方案为：桨叶安装角38.49°、调质轴转速182.2r/min、填充率58.4%,此时调质器出料量较高,生产率为13.1g/s。