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。     

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。     

基于开沟施肥的撒肥圆盘设计与试验

针对传统果树开沟施肥机存在的肥料分布不均问题,设计了一种基于开沟施肥的撒肥圆盘。首先,建立撒肥圆盘的三维模型,对肥料颗粒在撒肥圆盘上的受力和运动进行分析,建立肥料颗粒的运动方程;通过离散元软件建立仿真模型,以撒肥圆盘的盘面倾角、母线极角、肥盘转速为试验因素,以肥料分布均匀性变异系数、施肥量偏差为实验指标,开展二次旋转正交组合试验。对撒肥圆盘的施肥效果进行仿真分析,结果表明：颗粒肥料在盘面倾角为0°、母线极角为120°、肥盘转速为72r/min时,肥料分布均匀性变异系数为14.42%,施肥质量偏差为4.50%,肥料分布均匀性较好,能够满足果树施肥的要求,可为撒肥圆盘在开沟施肥中的应用提供理论参考。     

马铃薯种植机分层施肥开沟器设计与试验

针对目前我国马铃薯种植机普遍存在的肥料定位不精确问题,结合马铃薯根系分布规律和一垄二行种植模式特点,提出了一种基于曲面排肥与V型防堵结构的分层施肥技术,设计了深度可调式分层施肥开沟器,研究了土壤与开沟部件之间运动关系,并对肥料在曲面分肥板上的运动规律进行了理论分析;以下层排肥量稳定性变异系数为试验指标进行了单因素试验,确定了排肥器最佳槽轮工作长度;在此条件下,以排肥轴转速和曲面分肥板斜面倾角为试验因素,上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为试验指标进行了通用旋转组合试验,运用DPS和Matlab软件进行回归方程显著性分析和参数优化,得出最佳因素组合为排肥轴转速20.5r/min,曲面分肥板斜面倾角15o,此时上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.30%。最优参数下的重复试验结果表明,平均上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.71%,试验值与理论值相近;同时田间排肥性能试验结果表明,该开沟器作业流畅,排肥性能满足马铃薯施肥要求。     

新型锐角开沟器的设计及数值模拟

针对锐角开沟器土壤扰动大的问题,根据旗鱼头部轮廓曲线设计了3种新型锐角开沟器(仿生旗鱼型、圆弧型和斜线型开沟器)。选择土壤含水率(12±1)%、2种开沟深度(30、90 mm),利用离散元法(DEM)对3种开沟器的工作阻力和土壤扰动进行仿真分析,并进行土槽试验。试验与仿真结果对比表明:各项误差值均在合理范围内,验证了EDEM软件模拟开沟器作业的可行性和准确性。最后选定在开沟深度60mm时,3种类型开沟器、3种土壤含水率为因素进行9种工况下的仿真分析。结果表明:在一定深度情况下,3种开沟器的工作阻力均随含水率的增加而增大;而在含水率变化的情况下,开沟器对土壤扰动(扰动宽度、回土深度)变化不明显。仿生旗鱼型开沟器所受工作阻力和对土壤扰动最小。通过离散元仿真和试验分析,为开沟器的设计提供一种可行的方法,并可为开沟器的设计与优化提供理论依据。     

马铃薯种植机分层施肥开沟器设计与静力学仿真

为解决马铃薯种植机传统施肥时肥料定位不精确和利用率低的问题,设计了一种可以在播种的同时进行深、浅层分层施肥的施肥装置组合式分层施肥开沟器。通过验证设计的分层施肥开沟器的强度和刚度要求,使用SolidWorks软件对分层施肥开沟器进行了三维建模,然后使用Hypermesh软件进行静载荷分析,得到分层施肥开沟器的应力应变云图。结果表明,设计的分层施肥开沟器符合工作强度和刚度要求。      

圆盘施肥开沟器的改进

去年春季我公司生产的精密播种机出现了区域性机器跑偏的现象．影响了该机的销路,为此公司组成技术攻关小组,进行研究。最后,发现原因在于圆盘施肥开沟器不能适应该地区过硬的土质,圆盘无法摆正．使得整机随之跑偏,又由于田地里又分布大量杂草,使得铲式施肥开沟器也不能满足其播种、施肥作业的需要,因此我们设计了一种圆盘和铲式相结合的新型施肥开沟器,解决了机器跑偏的问题．并受到用户欢迎。     

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。     

果园施肥开沟机的研究现状

果树施肥劳动强度大、效率低,随着劳动力成本的不断提高和青壮年劳力的短缺,果树施肥的机械化需求越来越强烈,为开沟机提供了用武之地。介绍果园有机肥施开沟机的工作方式及开沟原理,分析国内外开沟机研发现状,指出开沟机存在的问题,提出相应的解决办法及今后的发展方向。     

果园施肥开沟机的研究现状

果树施肥劳动强度大、效率低,随着劳动力成本的不断提高和青壮年劳力的短缺,果树施肥的机械化需求越来越强烈,为开沟机提供了用武之地.介绍果园有机肥施开沟机的工作方式及开沟原理,分析国内外开沟机研发现状,指出开沟机存在的问题,提出相应的解决办法及今后的发展方向.     

开沟合垄深施肥耕耙犁的设计

为提高肥料的利用率,开发设计一种开沟合垄深施肥耕耙犁.介绍机具的主要结构组成和工作原理,探讨传动系统、碎土器和工作部件的选型和设计思路,为肥料深施作业提供性能可靠的实用机具.     

2BFGM-4棉花旋播机开沟器的设计与仿真

本文对2BFGM-4棉花旋播机开沟器的关键零部件的主要参数进行了详细设计,确定了初步的尺寸参数。利用AIP软件建立了原始开沟器的三维装配体模型,并根据旋播机作业的实际工况定义其约束条件和受力载荷,结合开沟器的材料属性进行有限元分析,通过参数驱动机制变换开沟器设计参数,最终使开沟器开沟效果达到最佳。     

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。     

开沟播种施肥综合作业机设计

农业联合作业技术是在农业生产中将多种机具、多道工序在1台机具上得以实现的农业作业技术,是现代化农业的发展之路,是减少资源浪费和降低成本的重要方式。联合作业机具有效率高、作业成本低、农机利用率高和节约能源等多种优点,目前国内使用的联合作业机主要适用于我国北方旱作耕地,适用南方的机型较少。为此,本文给出了旋耕灭茬施肥播种联合作业机的设计方案,可适合于小麦和油菜的施肥播种。     

果园施肥开沟机开沟刀的优化设计

开沟刀是果园施肥开沟机的关键部件,其结构参数是否合理直接影响着机具的工作阻力和作业性能.应用有限元静力学理论,利用AIP软件创建了施肥开沟机开沟刀的三维参数化特征模型.考虑其几何结构、刀体材料、载荷和受力等因素,通过内嵌于AIP的ANSYS技术模块对开沟刀模型进行网格划分和有限元静力学分析,得到刀片的变形、安全系数和等效应力分布情况,并根据分析结果对开沟刀的结构和参数进行改进.改进后开沟刀的等效应力和安全系数均达到设计要求,减少了工作阻力,且节省了材料.     

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。     

免耕播种机侧深分层施肥播种部件设计与试验

为减少追肥机具进地次数、最大限度地提高肥料利用率,针对因秸秆残茬分布不均、侧深施肥导致播种带两侧土壤紧实度不一致而引起免耕播种机横向稳定性差、掉垄的问题,设计了一种可以底肥侧位深施、口肥垂直分施的免耕播种机侧深分层施肥播种部件.以直斜错位双圆盘肥种沟开沟器的圆盘直径、圆盘夹角和圆盘倾角为试验因素,以前进阻力、侧向合力及...     

油菜侧深穴施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率、降低肥料施用量、实现油菜根区施肥,结合油菜种植施肥农艺要求,提出了一种油菜侧深穴施肥工艺,设计了一种机械式穴施肥装置,阐述了穴施肥装置的工作过程,确定了穴施肥装置的基本参数,建立了充肥和排肥环节中肥料颗粒群的力学模型,分析了影响穴施肥装置成穴性能的主要因素;应用离散元软件EDEM对穴施肥排肥器的成穴性能进行了仿真试验,分析了排肥轮转速、充肥型孔长度、导肥管材料对穴排肥量误差和穴径长轴长度的影响;利用正交组合试验确定了成穴性能较优的参数组合,排肥轮转速为60r/min、充肥型孔长度为18mm、导肥管材料为ABS塑料管时,穴排肥量误差为7.05%、穴径长轴长度为62.45mm;优选参数组合下的排肥性能试验结果表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.56%~15.69%、穴径长轴长度为76.32~91.50mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.53%~9.78%、穴距误差为3.24%~7.31%;田间试验表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.73%~16.07%、穴径长轴长度为85.21~101.65mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.82%~10.63%、穴距误差为3.36%~7.58%、施肥深度稳定性变异系数为6.43%~10.85%,成穴性能较好,满足穴施肥要求。