基于离散元法的油莎豆降阻挖掘装置设计与试验

目前油莎豆机械化收获方式以正旋旋耕挖掘为主,但工作过程中存在工作阻力大、碎土率低、埋果率高等问题,本文针对油莎豆旋耕挖掘方式进行反旋运动学分析,建立了旋耕刀与油莎豆团聚体离散元模型,结合EDEM进行挖掘过程离散元仿真试验,确定影响旋耕刀工作阻力和刀轴扭矩的结构参数和取值范围,利用Design-Expert进行试验优化与回归分析,确定旋耕刀的最佳结构参数为：弯折角130°、工作幅宽45 mm,在相同参数设置下与正旋旋耕方式进行对比试验,工作阻力降低了8.6%,刀轴扭矩降低了5.9%,证明反旋挖掘具有降阻作用。为检验优化设计的旋耕刀作业性能,以埋果率和土壤破碎率作为试验指标进行对比试验,结果表明：反旋作业方式埋果率1.07%,土壤破碎率93.48%,与标准旋耕刀相比,新型旋耕刀油莎豆块茎埋果率减低了1.2个百分点,土壤破碎率提高了1.3个百分点。     

油莎豆窝眼轮式排种器设计与试验

由于油莎豆种皮凹凸不平,导致摩擦力较大、充种效果较差、充种过程中极易堵种等问题。为此,针对油莎豆种子物理特性并结合油莎豆农艺要求研发一种油莎豆窝眼轮式排种器,对窝眼轮式排种器的关键部件进行了参数设计。以型孔角度、窝眼轮转速、型孔数为试验因素,以合格率、漏播率为评价指标,进行了三因素三水平二次正交旋转组合试验,分析排种器的最佳性能参数,并采用多目标优化方法,确定了影响合格指数、漏播指数、重播指数的因素主次顺序为窝眼轮转速、型孔数和型孔角度。最优参数组合为窝眼轮转速21.86r/min、型孔数9.463、型孔角度101.68°,此时合格指数93.4%、漏播指数2.6%、重播指数4.0%。对优化结果进行台架验证试验,结果表明：在型孔角度为100°、窝眼轮转速为22r/min、型孔数为10时,合格率为92.16%,漏播率为3.71%,重播率为4.14%,各项指标均满足农艺要求,优化后取值可靠。     

油莎豆收获装备设计与试验

设计了一种油莎豆收获机,主要由机架、输送分离装置、脱粒分离装置、清选装置等部件组成,采用多重清选功能使该机具有良好的流动性和分离性,可实现油莎豆机械化收获过程中籽粒与杂质土、根茎的高效分离清选。以籽粒损失率和含杂率为评价指标,通过设置各部分不同转速,进行3因素3水平正交试验,最终确定油莎豆收获机的最佳参数组合,为各关键部件设计、改进及参数选择提供依据。     

反向旋抛式油莎豆起挖装置设计与试验

针对油莎豆挖掘装置以正向旋转挖掘方式为主,其漏豆率高、易拥堵、根系环抱体土壤难破碎,导致后续清选分离困难,联合收获工作效率极低等问题,应用离散元仿真分析方法,建立油莎豆根系-块茎-土壤离散元模型,分析油莎豆根系-块茎-土壤之间相互作用对油莎豆根系土壤环抱体碎裂的影响机理,设计一种反向旋抛式油莎豆起挖装置,并应用单因素和正交旋转中心组合试验方法,研究反旋挖掘装置旋耕刀相位角和安装间距对性能指标埋果率和土壤破碎率影响规律和优化参数组合,试验结果表明,反向旋抛式油莎豆起挖装置的最佳组合参数为：相位角61°、安装间距150 mm,此时土壤破碎率为94.10%、埋果率为1.39%,在相同参数设置下与普通旋耕刀组合进行田间验证试验,结果表明,埋果率降低了13.33%,土壤破碎率提高了3.15%,满足油莎豆机械化收获部颁标准技术要求。研究结果为进一步提升油莎豆收获机具研发提供了理论依据。     

油莎豆联合收获机合页筛片式升运装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中升运振动装置除杂效果不明显,导致油莎豆与土壤杂质等分离不彻底,漏土率较低,伤果率较高的问题,以及在升运输送过程中存在土壤堵塞、回带等问题,结合油莎豆果-土-秧团聚体特性,设计了一种合页筛片式升运装置,通过筛片折弯部分增大筛孔面积,对团聚体提供与链筛运动方向相同的推力,使合页式升运装置提高漏土效率且有效避免了回带现象。对其倾角和固定位置进行了分析和设计,运用EDEM进行仿真试验,以油莎豆链筛线速度、链筛板折弯高度、链筛振动频率为试验因素,以油莎豆团聚体漏土率和伤果率为试验指标,通过三因素三水平正交仿真试验,最终得到输送筛片最佳结构参数组合为：链筛线速度1.151m/s、折弯高度27.779mm、振频9.561Hz,此时升运装置漏土率为96.524%、伤果率为2.439%。田间验证试验结果表明:当链筛线速度为1.2m/s、折弯高度为28mm、振频为9.5Hz时,合页式升运装置平均漏土率为96.05%,平均伤果率为2.38%,与仿真试验所测结果基本一致,满足油莎豆升运链筛工作要求。     

基于离散元法的油莎豆摘果脱出物筛分分析与试验

油莎豆作为一种新型油料作物，其联合收获机摘果脱出物的筛分是机械化收获的重要环节。为了提高筛分效果，以现场采样油莎豆摘果脱出物样本物料为研究对象，测定出样本物料油莎豆颗粒组分质量分数为76.8%,颗粒大小为13～18mm;建立物料颗粒离散元模型，导入EDEM软件进行不同筛面的仿真模拟试验分析，得出编制筛最佳网尺寸为18mm,筛分效果为91.46%;冲孔筛最佳网尺寸为20mm,筛分效果为87.77%;鱼鳞筛最佳网尺寸为20mm,筛分效果为87.47%;进行台架筛分试验分析，并得出选用筛孔尺寸为20mm的编制筛网可得到最佳综合筛分效率94.32%。研究结果可为油莎豆机械化筛分装置的设计和优化提供理论依据。     

油莎豆播种机的研发思考

随着现在我国科学技术的提升,农业机械化进程不断加快,要想农业健康发展,农业机械不可或缺,在这个大时代背景下,新型播种机技术问题不断得到关注,本文分析了一种新型特种油料经济作物油莎豆的播种设备在研个大时代背景下,新型播种机技术问题不断得到关注,本文分析了一种新型特种油料经济作物油莎豆的播种设备在研发过程中的问题以及解决方...     

油莎豆收获筛分机构运动学分析与试验

针对油莎豆收获人工收获难度大、收获效率低、损失率高等问题,提出先脱粒后分离的收获方式,设计一种油莎豆收获筛分装置,该装置主要由脱粒系统和振动筛分系统等组成。采用矩阵法对振动筛分机构进行运动学理论分析,运用ADAMS软件对该机构进行仿真,得到筛面各点的位移、速度、加速度曲线图,分析各点的运动变化规律,找到影响筛面运动的关键因素。以曲柄转速、筛面倾角、振幅为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,运用Design-Expert软件进行分析。结果表明:曲柄转速为236.51 rad/min、筛面倾角为6.7°、振幅为3.98 mm时,筛分效率为96.56%,损失率为1.83%,满足油莎豆收获机的设计要求。     

油莎豆收获机双层滚筒筛式果杂分离装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中块茎(果)与土壤草团(杂质)分离不彻底导致收获损失率与含杂率较高的问题,设计了一种双层滚筒筛式果杂分离装置,通过理论分析确定了该装置的主要结构参数与工作参数。建立了分离装置-收获物料互作的EDEM-MBD耦合仿真模型,以双层滚筒筛转速、分离螺旋输送器转速、柔性齿段长度为试验因素,以块茎分离率和含杂率为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展三因素三水平仿真试验。对试验结果进行方差分析,建立了分离率、含杂率与各显著因素之间的回归模型,利用回归模型进行参数寻优,结果表明：当双层滚筒筛转速为24.9 r/min、分离螺旋输送器转速为148.5 r/min、柔性齿段长度为1 277.8 mm时,分离率最大,为96.23%,含杂率最小,为25.55%。田间验证试验结果表明：最优参数组合下的果杂分离装置平均分离率为93.19%,平均含杂率为26.65%,与回归模型寻优结果基本一致;果杂分离装置与清选装置联合使用时,分离率增加1.05个百分点,含杂率降低9.97个百分点,可满足油莎豆收获生产需求。     

油莎豆收获装备的设计研究

油莎豆属莎草科莎草属的一年生块茎草本植物,根系发达,收获难度大,直接收获易造成籽粒破碎,作业质量较难保证。本文研究设计一种油莎豆收获机,主要由机架、输送分离装置、脱粒分离装置、清选装置等部件组成,采用多重清选功能使该机具有良好的流动性和分离性,可实现油莎豆机械化收获过程中籽粒与杂质土、根茎的高效分离清选。本文以籽粒损失率和含杂率为评价指标,通过设置各部分不同转速,进行3因素3水平正交试验,最终确定油莎豆收获机的最佳参数组合,为各关键部件设计、改进及参数选择提供依据。     

油莎豆排种离散元仿真参数标定与试验

油莎豆种球形状不规则,表面凹凸不平,国内油莎豆播种装置多数是基于大粒种球排种器进行改进,由于离散元模拟试验过程中缺乏准确的仿真参数,导致对排种器进行仿真优化分析时产生误差。针对此问题,本文测量油莎豆种子的本征参数和与排种装置间的接触参数,利用逆向工程技术构建油莎豆种子颗粒填充模型。依据方形壳体和圆筒的仿真堆积试验结果,采用Plackett-Burman试验筛选出对种群堆积角有显著影响的种间静摩擦因数和种间滚动摩擦因数,建立以这两种显著影响因子为自变量、种群堆积角为响应值的二元回归方程。用Matlab对方程组求解后得到标定后的种间静摩擦因数和种间滚动摩擦因数分别为0.246、0.083。为检验标定后参数的可靠性,在EDEM中进行仿真验证试验,结果显示方形壳体装置仿真和物理堆积角的误差为0.43%,圆筒装置仿真和物理堆积角的误差为0.55%。为进一步验证标定后参数的准确性,采用气力式精量排种器,并选取3个关键特征尺寸和堆积截面积占比率,待种群稳定后将仿真和物理试验做对比,最后得到进种口种群上边界最大凸点处与排种盘水平中心线距离H1、种群轮廓边界与透明观察窗左侧竖线的交点到排种盘水平中心线距离H2和堆积截面积占比率r等参数的相对误差均在8.33%以内。     

复合筛分式油莎豆收获机设计及试验

以降低油莎豆收获过程中的破损率、损失率,提高筛净率为目标,设计了一种由升运网链、脱粒滚筒、键式分离装置、吹杂风机、水平链条输送器和吸杂风机组成的复合筛分式油莎豆收获机,并针对该机的核心部件键式分离装置,以曲轴转速、分离装置角度和挡板角度为因素,筛净率和落粒损失率为指标开展了正交试验,利用Design-Expert软件建立了回归方程和响应面模型,通过田间试验检测了样机的收获效率和漏豆损失率。     

不同含水率对油莎豆物理特性及力学特性的影响

为探究不同含水率条件下油莎豆的物理特性及力学特性,减少油莎豆在收获、干燥、清洗等过程中受到挤压摩擦而产生的机械损伤,开展5种含水率(20%,25%,30%,35%,40%)水平下油莎豆的主要物理特性及力学特性试验。试验结果表明,含水率在20%～40%范围内,随着含水率的升高,油莎豆平均几何粒径显著增加;滚动摩擦系数呈线性增加;而最大破碎力呈先增大后减小趋势,在含水率为30%时达到最大值210.169 N。根据试验结果,分别拟合得到油莎豆压缩特性、摩擦特性、休止角与含水率的关系方程,为油莎豆播种、收获、干燥、清洗等装备设计及参数优化提供技术依据。     

组合孔内充式油莎豆排种器设计与试验

针对油莎豆种子表面凹凸不平、形状不规则导致的流动性差,种群压实导致充种性能不佳和每穴3粒种子投种时轴向分散等问题,设计了一种组合孔内充式油莎豆排种器。对复式型孔的外孔和内孔长度进行了设计,提高了充填性能;基于最速降线原理设计了回流板曲面,理论分析了回流板上端倾角范围、安装位置及种子在回流板上运动情况;分析了种子与强制排种装置碰撞过程,设计优化了强制排种装置。利用EDEM仿真分析了种群回流运动过程和强制排种过程,探明了回流板种群运动过程,得出在倾斜角为32°的回流板安放位置回流效果较好,表明回流板可以增强种群流动性,避免种群堆积;分析证明了强制排种装置可提高排种器的集穴效果,实现3粒投种一致性。最后进行了投种一致性高速摄影试验、排种轮单排孔排种试验、双因素试验和集穴试验,通过高速摄影分析了油莎豆种子位移及速度变化规律,其结果与数值模拟基本一致,从排种轮单排孔排种试验得出3排型孔排种合格率差异不显著,双因素试验得出在复式型孔内孔长度为8mm、转速为20r/min条件下,排种器合格指数、漏播指数、重播指数可达96.4%、1.5%和2.1%。在较优内窝孔长度和回流板条件下进行集穴试验,试验结果表明在转速为10、20r/min时集穴效果最佳。     

我国油莎豆产业机械化发展现状及全产业链装备体系建设

油莎豆全产业链涉及播种、植保、收获及产后加工等,其产业机械化是油莎豆产业发展的重要内容。介绍了油莎豆全产业链装备现状和以收获装备为主的生产机械研究现状,指出了油莎豆全产业链装备体系建设的发展思路、实施途径和技术路线,以期促进油莎豆产业快速健康发展。      

油莎豆窝眼排种轮低位集穴排种器设计与试验

结合油莎豆物料特性和黄淮海区域油莎豆种植农艺要求,针对油莎豆种子表面凹凸不平、形状不规则导致的流动性差、充种性能不佳和每穴3粒种子投种时轴向分散等问题,设计了一种油莎豆V形凹槽窝眼排种轮低位集穴排种器。通过对窝眼排种轮直径、型孔以及其表面增设的V形凹槽进行设计,提高了精量分离充种性能;在窝眼排种轮下方加设低位投种集穴装置,既可降低投种高度,又可将分散下落的种子向中间聚集,提高了成穴效果。利用EDEM软件对排种器进行了运动特性仿真,分析了不同结构参数对充种效果的影响,确定了窝眼排种轮的结构参数;以窝眼排种轮转速、种层高度和型孔宽度为试验因素,以合格指数、漏播指数和重播指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合仿真试验。仿真试验结果表明：影响合格指数的主次顺序为窝眼排种轮转速、型孔宽度、种层高度;当窝眼排种轮转速为22.10r/min、型孔宽度为14.23mm、种层高度为52.59mm时,合格指数为92.11%、漏播指数为2.24%、重播指数为5.65%。最后进行了台架试验,对仿真结果进行了验证,得出油莎豆低位集穴排种器的充种和集穴性能较好,满足油莎豆精密播种要求。     

油莎豆种子籽粒离散元仿真参数标定与试验

为了解决新型油料作物油莎豆排种器设计过程中种子物理参数不清及仿真参数与实际差异较大，造成模拟试验不准确，制约油莎豆排种器的发展的问题，测定了油莎豆种子的几何参数、弹性模量、泊松比、摩擦因数、碰撞恢复系数和休止角。以截面圆跳动法测出油莎豆种子精确外形轮廓并建立仿真颗粒模型，通过离散元仿真参数标定得出油莎豆种间静摩擦系数为0.662,油莎豆种间滚动摩擦因数为0.024。通过休止角试验验证，得到误差为1.61%,较标定前降低92.9%。通过排种仿真试验、排种器试验台试验和播种田间试验验证，得到仿真重播指数相对误差为3.79%、4.64%,漏播指数相对误差为6.81%、8.64%。由此表明，油莎豆仿真参数标定值可靠，可为油莎豆单粒精播排种器设计优化提供参考。     

气吸式油莎豆精量铺膜播种机的研制

针对目前国内油莎豆精量播种机械应用很少的现状,为了实现大面积精量播种油莎豆作物、提高油莎豆播种质量、节省农工农时、降低经济投入,设计了一种气吸式油莎豆精量铺膜播种机。采用气吸式排种器可以实现将油莎豆种子按照设定的株距每穴单粒精播,并一次性完成开沟、播种、覆土和铺膜作业,适用于大面积播种,具有结构简单和调整方便的特点。田间试验证明,整机结构设计合理,实现了精量播种,并且符合农艺的种植要求。