基于EDEM的沙棘冻浆果振动清选装置参数优化与分析

针对沙棘冻浆果清选加工中存在清洁率低,筛网易堵塞的问题,采用离散元EDEM软件对振动清选装置的结构和运动参数进行优化。以速冻沙棘枝条果机械脱果后的冻浆果、枝条和果梗等颗粒为试验物料,测定物料的尺寸特征,进行振动清选装置动力学分析和筛上颗粒受力分析。分析筛网不同形状以及尺寸的筛孔组合对振动清选装置清洁率和透筛概率的影响,确定筛网设计参数为第一层筛网为圆孔、孔径为11 mm,第二层筛网为圆孔、孔径为9 mm,第三层筛网为长孔、孔径为5 mm×25 mm。单因素试验结果表明：振幅的改变未显著影响洁净率和透筛率,在保证高清洁率时选取筛体振幅为6 mm。选取振动频率,振动方向角,筛面倾角为试验因素,清洁率和透筛概率为试验指标,设计二次正交旋转组合试验,建立各因素与指标间的数学模型,优化结果最优组合为：振动频率为17.52 Hz、振动方向角为44.7°、筛面倾角为1.56°时,振动清选装置清洁率为99.62%、透筛概率为33.42%。通过台架试验和仿真试验对最优参数组合进行验证,结果表明：台架试验和仿真试验结果基本一致,清洁率的相对误差为1.13%,颗粒透筛数量的相对误差为1.68%。该研究可为沙棘冻浆果振动清选装置的优化设计提供理论依据。     

基于颗粒缩放理论的沙棘茶毫离散元参数标定

为解决沙棘叶茶茶毫离散元仿真中缺乏准确接触参数的问题,利用物理和仿真休止角堆积试验标定茶毫接触参数;将茶毫颗粒简化为软质球形颗粒,通过量纲分析和颗粒缩放理论将茶毫空气动力学当量粒径从231.37μm放大至1.8 mm。利用EDEM软件,选定“Hertz–Mindlin with JKR”接触模型,以休止角为响应值,通过Plackett-Burman试验筛选出对休止角影响最显著的3个参数：茶毫-茶毫恢复系数、茶毫-茶毫滚动摩擦系数、茶毫-不锈钢滚动摩擦系数;利用最陡爬坡试验,确定各参数最佳取值范围;根据Box-Behnken试验建立并优化3个显著性参数与休止角的二阶回归方程,对回归方程进行寻优求解。得到3个显著性参数的最优组合：茶毫-茶毫恢复系数为0.159,茶毫-茶毫滚动摩擦系数为0.290,茶毫-不锈钢滚动摩擦系数为0.239。通过对比休止角仿真试验值与物理试验值,二者相对误差为1.97%,表明仿真试验预测效果良好。     

仿生分拨草防堵装置的设计与试验

针对我国西南地区小麦秸秆覆盖地玉米免耕播种机内被动式清秸防堵装置作业时存在的易缠绕堵塞、种沟清秸率低、作业不稳定等问题,基于仿生学原理,以白星花金龟前后肢轮廓曲线及后肢运动轨迹曲线为仿生原型,设计了一种高清秸率、不易堵塞的仿生分拨草防堵装置。通过运动学分析,研究了关键结构参数对清秸防堵效果的影响规律,并得出最优参数组合：拨草轮运动偏角δ为30°,轮盘直径D为204 mm,拨草轮爪数量N为13个;利用Design-Expert软件和Box-Behnken试验优化设计方法,建立了拨草轮入土深度(A)、机具前进速度(B)、分草挡板偏角(C)与清秸率Y的回归数学模型,分析表明三因素对清秸率均有显著影响,且显著性C>B>A,经过优化求解获得了最优作业参数组合：拨草轮入土深度T为11 mm、机具前进速度v为4 km·h^-1,分草挡板偏角α为35°。田间验证试验表明,整机的通过性良好,土壤扰动量及其变异系数分别为20.00%和5.30%,实际秸秆清除率及其变异系数分别为90.58%和1.20%,作业质量稳定,符合免耕播种机作业的农艺和技术要求。     

基于EDEM的小区育种小麦脱粒装置作业参数仿真研究

为获得小区育种小麦脱粒装置最佳脱输性能参数,减少籽粒在装置内的滞留,提高育种试验数据的可靠性,在不考虑脱粒破碎的情况下,利用离散元软件EDEM对脱粒装置内小麦籽粒和短茎秆混合物料的运动过程进行模拟,为优化脱粒装置工作参数,进一步降低籽粒在脱粒装置内的残留率,分析研究了脱粒物料中单个抛出籽粒、抛出茎秆及滞留籽粒的速度、位移随时间的变化规律,并对脱粒装置内的物料流进行了仿真试验。仿真结果表明,当滚筒转速为1 600 r·min~(-1),喂入量为0.3 kg·s~(-1),脱粒间隙为8 mm,装置内籽粒残留率最小,并按照该最优组合作业参数对脱粒装置进行试验验证,结果表明,仿真试验和室内试验结果基本一致。因此,利用EDEM对脱粒装置的工作参数进行优化是可行的,为脱粒装置的研究和改进设计提供参考。     

党参种子的离散元仿真参数标定与试验验证

为设计及优化党参机械化播种设备,提供基础仿真参数,本文对甘肃省种植的两种党参种子(渭党1号和甘党2号)通过试验法确定其基本物理参数(形状尺寸、质量密度、体积密度、千粒重、含水率)和接触力学参数(恢复系数、静摩擦系数);通过斜面滚动试验结合EDEM仿真,预测党参种子与ABS塑料板间的滚动摩擦系数;通过调整党参种子模型间的...     

跨越式膜上覆土装置的参数仿真设计与试验

针对全膜种植模式中覆土装置覆土质量差引起的易受风力破坏、烧苗、出苗受阻等问题,设计了一种适用于全膜覆土机具的跨越式刮板升运链膜上覆土装置。为提高覆土机构的工作性能,构建了覆土装置的实体模型,运用离散单元法模拟仿真试验,结合Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应曲面法,借助DesignExpert软件处理试验结果,建立了覆土宽度和覆土厚度合格率的二次回归模型,分析各因素交互作用对试验指标的影响,优化得到最佳参数组合,即链速与机组前进速度比为1.38、排土口高度为200 mm、排土口宽度为120 mm,并依此进行田间验证试验。试验结果表明,用离散单元法模拟出的覆土宽度值和覆土厚度合格率接近田间重复试验均值,且满足农艺要求。     

半夏块茎离散元参数标定与试验验证

针对半夏块茎收获、加工等机械化作业过程采用离散元法仿真分析时,半夏块茎本征参数和接触参数缺乏等问题,以旱半夏块茎为研究对象,分别测定其三轴尺寸、含水率、密度、泊松比、弹性模量和剪切模量等本征参数;通过碰撞弹跳试验和斜面滑移试验测定半夏块茎与钢板之间碰撞恢复系数和静摩擦因数;根据块茎特征创建离散元模型,通过斜面滚动试验和EDEM仿真标定半夏块茎与钢板之间的滚动摩擦因数;以半夏块茎堆积角平均值为响应值,基于二次回归正交旋转组合试验的响应面优化法,确定半夏块茎间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数的较优参数组合。结果表明：半夏块茎的三轴尺寸基本呈正态分布规律,尺寸值在4.03～26.68 mm之间,密度为1 012.68 kg·m^-3,湿基含水率为45.54%,泊松比为0.416,弹性模量平均值为35.93 MPa,剪切模量平均值为15.68 MPa;半夏块茎与钢板之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.509、0.349和0.0735;半夏块茎间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.587、0.453和0.086。应用所得参数进行侧壁坍塌验证试...     

浮动式气力卷膜装置作业过程仿真分析与试验

为深入研究浮动式气力卷膜装置在残膜回收作业过程中不同工作参数对其卷膜效果的影响,利用SolidWorks Flow Simulation软件建立了浮动式气力卷膜装置内部气流场模型,模拟卷膜作业过程中气流流动的动态变化过程。采用三因素三水平Box-Behnken试验设计方法,建立风机安装角、入口气流速度、卷膜辊转速与评价浮动式气力卷膜装置作业效果相关3个不同位置处速度值（从动辊表面竖直方向气流速度v₁、卷膜辊表面水平方向气流速度v₂和导膜板下表面气流速度v₃）的数学模型,寻求浮动式气力卷膜装置的最优参数组合,并进行田间验证试验。仿真试验结果表明,当风机安装角为33°、入口气流速度为3.50 m·s^-1、卷膜辊转速为17 rad·s^-1时,评价浮动式气力卷膜装置作业效果的响应值达到最优。田间试验验证结果表明,浮动式气力卷膜装置的工作参数优化后,马铃薯收获与气力辅助残膜回收联合作业机残膜回收率为91.6%、含杂率为7.5%,达到国家与行业要求。     

双垄种床耕作施肥作业过程仿真分析与试验

为深入研究双垄种床耕作施肥作业过程中不同结构装置对作业性能和种床构建质量的影响,采用离散元方法分别对起垄开沟与施肥作业过程进行了单因素数值模拟。以两种类型起土铲、施肥铲的作业成型效果与挖掘阻力变化特性以及两种类型排肥器的排肥均匀度变异系数值与稳定性分别进行对比试验,经优化得出以双翼开沟铲、普通施肥铲以及直槽轮式排肥器进行组合并进行数值模拟,以种床耕作合格率、施肥合格率为指标评价该装置对种床构建性能的作用,结果表明：在联合机前进速度0.50 m·s^-1、旋耕刀组转速200 r·min^-1、排肥器转速40 r·min^-1的参数条件下,其种床耕作合格率为95.40%,施肥合格率为93.40%。田间验证试验表明：施肥合格率均值为90.30%,与仿真结果相差3.10%,种床耕作合格率均值为93.60%,与仿真结果相差1.80%。可见实际作业工况与仿真模拟结果相差不大,验证了仿真模拟研究模型的准确性。     

4UFD-1400A1型薯类联合收获机提升装置运动分析与仿真

采用MAT-LAB与ADAMS软件对4UFD-1400A1型薯类联合收获机提升装置接料与卸料过程进行了运动分析与仿真, 研究了其接料与卸料的运动规律,模拟了运动过程,分析确定了主要结构与运动参数,为该种物料提升装置的设计提供了理论依据。仿真分析表明,薯块提升装置设计合理,输送顺畅,对薯块损伤小,满足输送要求。     

往复式切割装置摆环机构的刚柔耦合仿真及分析

摆环机构是往复式切割装置的动力传动机构,其结构参数直接影响割刀的运动特性。应用Solidworks软件建立了摆环机构的参数化模型。将三维模型导入ADAMS中,创建了摆环机构的刚柔耦合仿真模型,分析了割刀的位移、速度、加速度等运动学参数。利用函数功能,在割刀上添加了作业中的负载及惯性力,以分析导杆、摆轴的受力和力矩。通过分析,割刀的速度最大达2.12m·s~(-1),最大加速度达103.66m·s~(-2),导杆两端最大受力分别为724.25N和928.02N,摆轴承受的最大力和力矩分别为919.26N和25.4N·m,可为摆环机构的惯性力平衡、关键部件的结构分析和可靠性的研究提供技术支撑。     

基于离散单元法的螺旋输送装置工作过程数值模拟

为了验证组合螺旋输送装置应用于小型收获机的可行性和研究籽粒在其中的流动规律,本文以散体力学为基础,依据离散单元法(DEM)分析螺旋输送器的输送机理。通过建立输送器三维模型,以豌豆为例分析其在螺旋内的运动,应用可视化离散元模拟软件EDEM分析等螺距、变螺距输送过程中豌豆颗粒接触数目、豌豆速度、豌豆受力及输送能耗等变化情况,初步探讨了颗粒破碎原因,并对输送速度及破碎率进行了试验验证。研究结果显示:相对于等螺距输送,变螺距输送在提高输送速度的同时降低了能耗,且籽粒受力、接触数目较大处主要集中在输送初期,变螺距输送不仅可以通过提高豌豆颗粒输送速度提高输送效率,而且能降低颗粒间及颗粒与叶片间挤压与摩擦,进而改善输送过程中颗粒破碎现象;颗粒受力最大处主要集中在螺旋叶片外径和箱体内壁之间及两输送器的结合处。     

苹果叶片瞬时水分利用效率动态模拟

通过构建叶片净光合速率和蒸腾速率耦合模型可模拟出不同小气候条件和叶片水势下苹果叶片瞬时水分利用效率(WUEI)动态变化.该模型利用C3植物叶片光合生化模型和Penman-Monteith公式计算叶片净光合和蒸腾速率,而删是根据净光合速率和蒸腾速率比值求出.利用在富士苹果园观测数据拟合了相关模型参数.模拟结果表明WUEI...     

季节冻土区衬砌渠道换填措施防冻胀数值模拟

为了防治季节冻土区衬砌渠道的冻胀破坏,对渠基易冻胀土体进行换填的防冻胀措施效果进行研究,考虑实际边界条件,建立浅层冻土相变温度场数学模型,应用有限元软件对沈阳市浑北灌区渠道进行不同换填深度的热力耦合分析,结果表明：渠道阴坡、渠底、阳坡表面下1.670 m、1.128 m、1.547 m处为冻融活动区;换填厚度与冻深近似呈正比关系;随着换填深度的增加,砼衬砌渠道的法向冻胀量减少;渠道阴坡、阳坡及渠底的换填率分别为53.9%、58.2%、79.8%时,砼衬砌板的法向位移分别减少96.9%、95.54%、96.83%;法向位移0.6～0.7 cm,在规范允许值(0.5～1.0 cm)内,有效地消减了渠道的冻胀破坏,可为工程换填优化设计提供理论参考。