玉米分层施肥器结构设计与试验

为了实现一次施肥满足作物不同生育期的养分需求并提高肥料利用效率,设计了一种施肥量可调式分层施肥器,并利用离散元法对肥料颗粒的运动规律以及影响施肥配比的主要因素进行仿真研究。仿真结果表明：增大分层施肥器的安装角α,可减小肥料颗粒流经施肥口的初速度,有利于肥料颗粒排出施肥口;增大施肥片工作长度L可增加与之发生碰撞的肥料颗粒数量,进而获得较多施肥量。为验证仿真分析结果并获取合理的分层施肥器工作参数,以4种肥料（大颗粒尿素、小颗粒尿素、硫酸钾复合肥、磷酸二铵复合肥）为研究对象进行台架试验,试验结果表明：4种肥料的施肥配比受安装角α、施肥片工作长度L影响的变化趋势与仿真分析结果一致,并确定4种肥料达到合适配比时分层施肥器的工作参数α为36°,L为13~16mm。田间试验结果表明：所设计的分层施肥器能够达到目标施肥配比,且在不同作业速度下各层施肥量变异系数在10%以内,工作性能稳定。     

基于离散元法的皂荚壳籽分离仿真与试验

针对打击式壳籽分离过程中存在皂荚壳破碎率低,以及皂荚壳易堵塞筛孔,造成壳籽分离效率低等问题,研究滚筒转速对皂荚壳籽分离的影响。通过对皂荚壳力学特性进行研究,基于离散元法建立皂荚壳离散元模型(Hertz-Mindlin with bonding),并对皂荚壳离散元模型进行粘结参数标定;得到皂荚壳粘结模型法向刚度、切向刚度、临界法向应力、临界切向应力为1.8 MPa、1.35 MPa、1.41 MPa、0.59 MPa。采用EDEM软件对皂荚壳籽分离过程进行仿真分析,仿真结果表明,在滚筒转速为200、360、400、500、1 000 r/min时,皂荚壳破碎率分别为41.7%、65.96%、88.3%、94.52%、94.8%,滚筒转速在500 r/min和1 000 r/min时,破碎率无明显变化,皂荚壳主要破碎形式为冲击破碎和挤压破碎,破碎后物料形态包括粉尘、丝状、未完全破碎3种。样机试验亦表明滚筒转速为500 r/min时,皂荚壳破碎率较高,且易于形成丝状物料,有利于皂荚壳籽分离和减小筛孔堵塞。     

基于EDEM离散元法的土肥混合过程分析

研究土壤与肥料的混合过程,可以有效地对土壤进行施肥。建立离散元模型,对螺旋混合轴进行结构设计,得出评估土壤与肥料混合程度的方程;采用EDEM软件对螺旋混合轴的混合效果进行仿真模拟,分析土肥混合过程中颗粒的运动轨迹,得出肥料颗粒在土壤中的变异系数为8.53%,满足施肥后土肥混合要求。最后进行样机试验,试验结果为变异系数为13.8%,土肥混均匀度为86.2%,验证仿真的正确性。     

基于EDEM的高精度施肥装置设计与试验

肥料利用率低的主要原因是施肥方式精度不高引起的,将条状施肥改变为穴式施肥,可使肥料的利用率得到提升.为此,基于EDEM采用现代化的离散元模型科技设计,对不同结构和作业参数下的排肥盘进行仿真分析计算,结果表明:肥料腔的形状、施肥装置的前进速度及施肥量均对排肥量的变异系数有着明显的影响,施肥装置的前进速度变快和施肥量的降低...     

甘蔗横向种植施肥机构性能分析与试验 —基于离散元法

为解决甘蔗横向种植人工撒肥的不均匀问题,结合农艺要求,在甘蔗横向种植机开发基础上,设计了一种小开口螺旋施肥机构.选取料槽开口、螺旋叶片螺距和螺旋轴转速3个因素对施肥幅宽及其变异系数进行单因素离散元仿真试验,并完成三元回归正交旋转组合仿真试验,通过得出的二次回归方程进行目标参数的优化,回归方程求解得出:当料槽开口为8.7...     

基于EDEM离散元法的深松铲仿真与试验研究

为验证采用离散元法分析深松铲工作过程的可靠性和有效性,本文应用EDEM离散元分析软件研究深松铲的工作过程和耕作阻力,分析不同工作速度、不同耕作深度、不同入土角度条件下深松铲的工作情况;进行深松铲田间试验,并将仿真结果与试验结果进行分析比较。结果表明,仿真分析结果与试验测试结果的变化趋势基本一致,耕作阻力随着工作速度和耕作深度的增大而增大,随着入土角度的增大而减小;数值结果误差在5%~15%之间。证明采用离散元法分析深松铲在土壤中工作过程的可行性。该研究结果为进一步研究农机触土部件的减阻耐磨和优化设计提供参考。     

基于离散元法的果园开沟刀具的仿真与试验研究

为探究自主研制的果园立式单轴开沟机刀片数量对开沟质量及功耗的影响及刀片在作业过程中受力最大的部位,采用离散元法建立了4刀片刀具开沟过程的仿真模型,并运用转速—扭矩测量平台获得了开沟过程中刀具的真实功耗,得出仿真模型的误差为9.3%,从而验证了离散元法对刀具开沟过程进行模拟的可行性。运用该仿真模型分别对刀片数目为3和5的刀具开沟过程进行了仿真研究,结果表明:当刀片数目为3时刀具的功耗最小,刀片数目为4为时开沟效果最好。通过分析4刀片刀具工作时的受力情况,得知其在工作开始时功耗波动较大,底端刃口处始终受到较大力的作用,因而应对其进行耐磨处理。     

基于离散元法的川产法半夏仿真参数标定

为提高法半夏离散元粉碎仿真试验的准确性,结合台架试验与仿真试验对四川产法制旱半夏的仿真参数进行标定。基于多球聚合模型构建半夏的离散元模型,采用弹跳试验标定半夏-不锈钢碰撞恢复系数;分别开展斜面滑移试验和斜坡滚动试验,通过二次多项式拟合得到半夏-不锈钢的静摩擦系数与滚动摩擦系数。基于半夏的堆积试验及仿真数据,采用响应面法构建半夏间接触参数与堆积角相对误差的多元回归模型。以堆积角相对误差最小为优化目标,采用萤火虫算法进行寻优,并与遗传算法、响应面优化寻优结果进行对比,获得半夏之间最佳碰撞恢复系数、静摩擦系数与滚动摩擦系数组合。采用侧壁坍塌试验进行接触参数准确性验证。通过上述方法得到半夏-不锈钢的碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为：0.567、0.649和0.103;半夏间的碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为：0.584、0.293和0.084。验证试验的结果表明,5次仿真试验休止角相对误差均小于5%,表明该半夏离散元模型及接触参数可为半夏的离散元仿真分析提供参考。     

基于EDEM的滚筒式穴播器排种性能仿真与试验*

为探究花生种子外形尺寸、穴播器工作转速及取种器结构参数对滚筒式穴播器排种性能的影响,将花生种子按外形尺寸分为3级,利用离散元分析软件EDEM建立穴播器和种子的仿真模型,模拟不同等级花生种子在不同转速、不同结构参数取种器下排种器的排种性能。仿真结果表明:随着工作转速的增加,穴播器对各级花生的合格指数均呈下降趋势,当工作转速大于40 r/min时,合格指数下降明显;当工作转速额定,侧孔和容腔的尺寸分别为40 mm和30 mm时,对大粒种子的排种性能最优,合格指数为91.37%;侧孔和容腔的尺寸分别为32 mm和25 mm时,对中粒种子的排种性能最优,合格指数为93.07%;侧孔和容腔的尺寸分别为28 mm和20 mm时,对小粒种子的排种性能最优,合格指数为93.02%,可见,种子与取种器的适配性影响排种性能。田间试验表明,在穴播器工作转速40 r/min、取种器侧孔长度32 mm,容腔长度25 mm条件下滚筒式穴播器对各级花生种子的排种性能与仿真变化规律一致,离散元分析方法应用于滚筒式花生穴播器上是可行的,本研究为穴播器的优化设计提供理论依据。     

基于离散元法的锄板入土作业参数优化分析

针对茎秆农作物根系残留田间影响土质的问题,以根系掘除设备的锄板为研究对象,利用JKR接触模型来描述土壤颗粒间相互接触时的运动情况。基于离散元法,采用EDEM软件分析锄板入土过程中不同速度(整机前进速度)、转动角速度(锄板绕转动点旋转的平均角速度)和离地高度(刀尖距地面的距离)对所受合力的影响,并利用仿真得到锄板从初始位置转到指定角度过程中的最大合力值。基于Box Behnken Design响应面分析法建立三元二次线性数学模型,由方差分析结果得到该数学模型极为显著(P<0.01),说明所建数学模型的合理性和正确性。由数学模型确定前进速度0.41 m/s,转动角速度40°/s,离地高度115 mm时,锄板所受最大合力可达到其最小值为563.36 N。在烟草种植试验地进行田间实测试验,结果表明,仿真数据数值与田间试验数值相对误差为5.1%,验证模拟的根土复合体土壤模型基本符合土壤力学特性,能真实模拟该试验地土壤属性。研究表明采用离散元法分析锄板入土作业所受合力的可行性,可进一步为锄板的优化设计提供参考。     

基于离散元的三七种子仿真参数标定与试验

采用逆向工程技术,基于粘结颗粒模型,在EDEM软件中建立了三七种子离散元模型;结合台架试验和仿真试验,在EDEM软件中标定接触参数,通过碰撞弹跳试验、斜面滑移试验和斜面滚动试验,得到三七种子与ABS塑料之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0. 611、0. 473和0. 067;基于二次回归正交旋转组合试验的响应面优化方法,确定EDEM仿真试验中三七种子之间最佳的接触参数,通过堆积试验,得到三七种子之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0. 492、0. 202和0. 083;选取三七精密排种器进行验证试验,以排种器充种合格率、漏播率和重播率作为试验指标,在不同排种轮转速的试验条件下,分别对比试验指标的实测值和仿真值,得到试验指标的相对误差均小于5. 0%,表明该三七种子离散元模型和接触参数可用于离散元仿真试验。     

基于离散元法和TRIZ理论的薯土分离机构优化

为改善我国甘薯收获机的作业效果,降低伤薯率,提高明薯率及工作效率,本文以杆条式薯土输送分离机构为研究对象,基于离散元法建立仿真模型,以杆条升运器线速度、倾角、振幅为变量,利用EDEM对机构进行单因素仿真分析;以甘薯所受碰撞法向力和输送效率为指标参数,分析仿真结果。得到薯土输送分离机构最优工作参数:线速度为2.1 m/s,倾角为18°,振幅为10 mm。以线速度为变量进行单因素田间试验,试验结果表明,线速度为2.1 m/s时,机具作业效果较好,与仿真结果相符,证明了利用离散元法对薯土输送分离机构作业过程进行仿真模拟的可行性。为解决薯土分离过程中伤薯不可控的问题,进一步降低甘薯的损伤率,增强输送分离过程稳定性,本文结合TRIZ理论对伤薯问题进行分析,并提出两段式薯土输送分离机构。通过仿真模拟验证,结果表明两段式输送分离机构作业效果明显优于原输送分离机构,一段作业机构平均减损率高达73.9%,二段作业机构平均减损率达11.0%,验证了两段式输送分离机构的可行性及TRIZ理论的创新性。     

基于EDEM甘蔗切割器入土切割仿真试验分析

为了明确甘蔗收割机所用的不同结构切割器以及工作参数(刀盘倾角、行走速度)对进入输送通道泥土量的影响效果,采用离散元分析法建立甘蔗切割器入土切割蔗垄仿真模型,以收集装置收集土壤颗粒质量为试验指标,切割器种类、刀盘倾角、行走速度为试验因素,进行三因素三水平完全交叉分组仿真试验。在入土切割深度为70mm、刀盘转速为650r/min条件下工作,仿真试验结果表明:对进入输送通道泥土量影响因素由主到次关系依次为刀盘倾角(B)、行走速度(C)、切割器种类(A),且三因素对其影响均极其显著。其中,切割器种类A1与A2之间差异不显著,A3与A1、A2之间差异显著,且切割器A3入土切割时泥土带入量最少,切割器A1泥土带入量最多;刀盘倾角各水平之间差异显著,且当刀盘倾角为B1时,泥土带入量最多,刀盘倾角为B3时,泥土带入量最少;行走速度C2与C3水平间差异不显著,C1与C2、C3之间差异显著,且当行走速度为C1时,其泥土带入量最少,行走速度为C3时,其泥土带入量最多。分析切割器入土切割过程可知:土壤颗粒经过切割器作用后,大部分土壤颗粒呈向后抛送状态且不同颗粒向后抛送速度不同,研究结论可为今后的甘蔗切割器结构设计及工作参数优化提供参考。     

基于EDEM的带状深松全层施肥铲作业参数优化与试验

为了实现一次施肥满足作物不同生育期的养分需求并提高肥料利用率,设计了一种适用于带状免耕播种机的深松全层施肥铲,并对深松铲、施肥管和施肥板的夹角进行理论分析与设计,得到关键参数的理论值。采用二次回归通用旋转组合设计试验,以肥量均匀变异系数为响应指标,以工作速度和作业深度为影响因子,利用EDEM建立深松全层施肥铲的离散元仿真模型,模拟深松全层施肥铲的工作过程,通过仿真分析得出试验数据;运用Design Expert软件对试验数据进行方差分析和响应面分析,得到最优工作参数组合为：工作速度3.81m/s,作业深度25.22cm。取工作速度4m/s、作业深度25cm进行田间试验,结果表明,本文设计的施肥铲在最优工作参数下,0~5cm、5~10cm、10~15cm、15~20cm土层的肥量均匀性变异系数分别为41.05%、24.11%、20.31%、14.63%,试验值与理论优化值相对误差为10.89%、4.06%、2.37%、3.10%。     

玉米空间分层施肥装置结构优化与试验

针对玉米分层施肥作业中开沟宽度大、回土效果差导致的肥料分层效果不明显、各层肥量难以控制等问题,设计了一种各层肥量可调的空间分层施肥装置,肥料可在土壤中形成半包围种子的分布状态。通过理论分析和设计计算确定了空间分层施肥装置的基本结构参数,明确了影响分层施肥装置内肥料颗粒运动的主要因素。运用离散元法对分层施肥装置工作过程进行仿真分析,选取施肥调节片前端宽度、后端宽度和安装角为试验因素,以上层和中层排肥口出肥量为试验指标,进行二次正交旋转组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型,仿真结果表明,当施肥调节片前端宽度为3.61mm,后端宽度为21.52mm,安装角为43.23°时,上、中、下3层排肥口施肥量比例为最佳施肥比例3∶3∶4。为验证仿真分析结果,在不同作业速度和不同施肥量条件下,进行了空间分层施肥装置的样机性能试验,试验结果表明,空间分层施肥装置能够实现各层肥量的目标施肥配比,在不同作业速度和不同施肥量下各层施肥量变异系数不大于4.3%,各层肥料深度误差在10mm以内,各层肥料横向距离误差在6mm以内,工作性能稳定。     

香蕉秸秆离散元仿真粘结模型参数标定与试验

为提高离散元法对指导香蕉秸秆粉碎还田装备设计与优化的准确性与可靠性,本文利用Hertz-Mindlin with bonding接触模型建立香蕉秸秆离散元粘结模型并进行参数标定。运用高速摄影技术开展碰撞恢复试验、静摩擦及滚动摩擦台架试验,确定了香蕉秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数等基本离散元模型接触参数。开展香蕉秸秆物理与仿真剪切试验,获得破坏香蕉秸秆外皮的力学特征曲线,确定物理最大剪切力为122.41N;通过中心组合设计（Central composite design, CCD）响应面法确定香蕉秸秆粘结模型的法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力的最佳参数组合为5.89×107N/m、2.49×106N/m、1.39×105Pa、1.34×105Pa。以参数标定结果进行仿真验证,结果表明,仿真剪切力结果与物理剪切力相对误差仅为2.34%,验证了该粘结参数标定方法的可行性,可为香蕉秸秆粉碎还田机设计与研究提供理论参考。     

基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

基于离散元法的立式粉碎机刀具数量分析与研究

为分析大豆立式粉碎机刀具数目对粉碎机粉碎效果影响,对立式粉碎机、黑农70大豆进行实体测量,建立粉碎机UG模型导入EDEM软件中,并建立黑农70大豆模型进行分析。以1.1~2.0s时间段内黑农70大豆颗粒所受的剪切力与损失能量评价指标,分析不同粉碎机刀具数量对粉碎效果的影响,并在前期研究基础上,研究不同大豆数目、不同刀具数量对粉碎机粉碎效果的影响。仿真结果显示:在大豆颗数为200、400、600时,均出现随着刀具数量的增加,黑农70大豆颗粒所受的剪切力与损失能量均明显增加。刀具数量相同时,随着大豆数量的增加,黑农70大豆颗粒所受的剪切力与损失能量均明显增加,其中大豆颗粒所受最大剪切力为169.692N,损失最大能量为10.863J。该结果为其他粉碎机刀具的研究与优化设计提供理论参考依据。     

基于外碾削立式碾米机的离散元法仿真分析

引入离散元仿真技术对碾米机械进行仿真研究,旨在探索碾米机在碾白过程中的碎米机理。通过模拟大米在输送过程来获得速度、运动轨迹等数据,由图表等方式输出模拟结果,可以看到米粒群绕着碾辊做螺旋形前进的运动规律。该技术在粮食机械设计系统的研究中具有重要的推广意义,可为碾米机优化设计提供理论参考,也为其他农业物料精确定量分配提供了一种新的方法。