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。     

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.     

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%。     

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。     

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。      

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。     

勺轮式排种器设计与大豆种子离散元法排种仿真

排种器作为播种机关键部件,其工作性能与可靠性直接影响播种机整体作业质量。机械式排种器具有结构简单、价格低廉、维修方便等优点,勺轮式排种器作为机械式排种器的一种,在硬度较大、较规则种子播种作业中得到广泛应用。为此,应用Solid Works软件设计了一种勺轮式排种器,应用离散元软件对排种器排种大豆种子进行了计算机数值模拟,得到了排种器工作性能较好的工作参数。由离散元软件计算机数值模拟结果得到:勺轮组合转速为10~13 r/min,排种器种子室内种子数量在1 800~2 100粒时,排种器整体工作性能较好;且适当的振动可提高本设计的排种器的工作性能。该研究为勺轮式排种器的设计与优化提供了一种方法。     

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。     

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。     

基于离散元法的棉花窝眼式穴播器排种性能模拟与试验

窝眼式棉花精密穴播器因其结构简单、运行稳定等特点在新疆南疆地区广泛使用。为了研究棉花窝眼式穴播器转速对排种性能的影响,对穴播器结构和排种过程进行了分析,基于离散元法建立了包衣棉种的颗粒模型,并运用EDEM软件对穴播器在10、20、30r/min转速下棉种颗粒的运动过程进行了仿真。仿真结果表明:在取种过程中,棉种颗粒的运动速度在进入取种孔时达到最大,相比而言转速为10r/min时取种更容易,同时会造成重播现象。设计了试验装置,进行了相同转速下穴播器的排种性能试验,结果表明:在转速为10r/min时,穴播器排种率和重播率高;在转速为30r/min时,穴播器重播率和排种率低;在转速为20r/min时,穴播器排种率高且重播率低。研究结果可为南疆地区窝眼式棉花穴播器的优化和使用提供参考。     

基于离散元法的板结草地破土切根刀优化设计与试验

不同结构形式的破土切根刀作业性能差异较大,为更好的打破草地土壤板结结构,对破土切根刀进行了结构设计与参数优化。应用离散元法构建土壤模型,并通过直剪试验对该模型进行参数标定;以破土切根刀的刃口角、滑切角及切齿角为试验因素,以耕作阻力、土壤扰动失效面积及比阻为目标参数,进行单因素试验和三因素五水平二次正交旋转中心组合设计试验,得到最优结构参数组合并加工优化破土切根刀进行草地试验。参数优化试验结果显示,当刃口角为37.8°、滑切角为33.6°、切齿角为51.8°时,破土切根刀作业效果最佳;草地试验表明,与三角形破土切根刀相比,优化破土切根刀在不同坚实度草地土壤的减阻率分别为11.8%和12.8%,作业后地表平整度更小且未出现明显翻垡,更符合草地作业农艺要求。研究结果可为破土切根刀的标准化设计提供理论依据。     

圆盘式成穴器计算机仿真模拟研究——基于离散元法和ADMAS

圆盘式成穴器是播种机工作过程中用来生成穴孔的成穴装置,是精密播种装置的重要器件,对于其结构性能的分析是提高播种机作业效率和质量的有效手段。为了优化圆盘式成穴器结构,将CAD建模和ADMAS动态模拟软件引入到了成穴器设计和仿真过程中,分别建立了成穴器与土壤颗粒的二维离散元仿真分析模型,通过ADAMS软件对土壤颗粒与成穴器之间施加合理的力学模型,对成穴器作业过程中工作的阻力进行了仿真模拟分析,并研究了不同含水率情况下成穴装置水平和垂直阻力的变化规律。仿真计算结果表明:采用离散元法和ADMAS软件联合仿真方法可以成功地实现成穴器阻力的仿真计算,并可以输出阻力大小随播深以及含水率的变化曲线,为圆盘成穴精密播种装置的结构优化和设计提供重要的数据参考。     

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%。     

基于Tavares模型的多面体棉籽离散元参数标定与试验

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题,本文以新陆早84号棉籽为研究对象,结合物理试验与仿真试验,对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术,使用Solidworks 2022中的网格建模功能,快速建立棉籽多面体模型。采用堆积角试验对棉籽种间参数进行标定,得到棉籽-棉籽碰撞恢复系数、棉籽-棉籽静摩擦因数、棉籽-棉籽滚动摩擦因数的最优参数组合为0.106、0.248、0.105,仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.28%,证明棉籽种间参数准确。通过单颗粒压缩试验对Tavares模型参数进行标定,以棉籽破碎力与破碎能为指标进行验证,结果表明棉籽破碎力与破碎能相对误差分别为2.37%和2.87%,说明构建的棉籽模型和Tavares模型参数可以表征棉籽压缩破碎过程。     

基于OpenGL的播种机机械部件离散元法仿真分析

为了提高播种机机械部件仿真的可靠性,克服传统几何仿真的局限性,提出了一种基于OpenGL建模和离散元仿真软件的播种机零部件虚拟设计方法,并以播种机开沟器和排种盘的实验和仿真验证了其可靠性。设计了播种机部件、土壤和种子的离散元建模方法,并设置了仿真模拟参数,通过实验测试了开沟器的力学性能和排种器的漏播率与重播率,最后将其和离散元仿真结果进行了对比。对比结果表明:利用离散元仿真模拟方法与实验测试得到的阻力、漏播率和重播率的结果基本吻合,从而验证了其在播种机部件设计优化中使用的可行性,为播种机部件的优化提供了一种新的设计方法。     

基于离散元的柔性作物茎秆振动响应仿真

建立考虑柔性作物茎秆振动响应特性的动力学模型,对探索谷草分离机理、分析谷物分离过程和联合收获机参数优化具有重要意义。本文提出考虑柔性作物茎秆振动响应特性的动力学仿真模型,研究了作物茎秆的动力学响应特性。首先,给出了作物柔性茎秆的动力学模型和动力仿真方法;以成熟期小麦第3节间为例,测量了茎秆的内外径、单位质量密度和弹性模量等参数;对茎秆的横向弯曲振动和纵向拉伸振动进行仿真,研究茎秆的动力学响应特性,并与理论计算结果进行比较。通过仿真获得长度108mm、外径3.7mm、内径1.9mm、弹性模量5.27GPa的小麦茎秆的横向振动频率和纵向振动频率分别为164.28、7633.59Hz,与理论计算结果的相对误差分别为0.28%和0.12%。最后,通过谷草分离仿真实验,验证了柔性作物茎秆模型的实用性。     

基于离散元法的犁铲磨损特性研究

耕作土壤由大量的离散颗粒组成,触土部件在作业时与土壤中的硬质颗粒接触造成严重磨损.本文以犁铲为磨损对象,通过EDEM离散元软件建立了铧式犁工作过程模型并进行模拟仿真,对犁铲磨损进行了数值分析.利用累积接触能量获得犁铲最易磨损的位置,并选取土壤密度、犁铲硬度和铧式犁工作速度等主要影响因素进行了仿真并分析它们对犁铲磨损的影...