基于遗传算法的螺旋双轮排肥器优化设计与试验

【目的】对传统单螺旋排肥器排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性低的问题进行改进。【方法】通过离散元法仿真分析单螺旋排肥器的排肥过程,针对单螺旋排肥器排肥均匀性低的问题设计一种螺旋双轮排肥器;通过理论分析确定该螺旋双轮排肥器理论排肥量,并建立以中心距、螺距、叶片高度、叶片厚度、螺旋叶片内径为设计变量,有效储肥体积为目标函数的数学模型,利用遗传算法对排肥器进行结构优化,并以史丹利复合肥颗粒为肥料对螺旋双轮排肥器进行台架试验验证。【结果】优化后结构参数分别为中心距49.8 mm,螺距32.5 mm,叶片高度15.2 mm,叶片厚度2.3 mm,螺旋叶片内径13.6 mm。对优化后的排肥器进行台架对比试验,在不同转速下螺旋双轮排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均减少26.62%,实际排肥量平均提升75.41%,并得到螺旋双轮排肥器转速与排肥量的线性函数方程。【结论】螺旋双轮排肥器解决了单螺旋排肥器的现存排肥流量波动问题,优化后的排肥器排肥均匀性更好,排肥量更大,且可实现转速变化控制精量施肥。     

气送式集中排肥器螺旋排肥装置的改进与试验

针对现有气送式集中排肥器螺旋排肥装置稳定性和均匀性较差的问题,提出"排肥装置集中对行排肥+气力输肥"的排肥方式,应用离散元法和台架试验对螺旋排肥装置进行改进.采用EDEM仿真分析型孔截面形状(对称截面、倾斜截面、直行截面),型孔深度和型孔数量对排肥速率、均匀度和各行排肥量一致性变异系数的影响.结果表明:1)当排肥轮转速...     

外槽轮排肥器排肥离散元仿真及排肥舌参数优化

为通过优化外槽轮排肥器排肥舌结构,以提升其排肥均匀性,利用EDEM建立外槽轮排肥器的离散元仿真模型,对其排肥作业过程进行模拟仿真,通过肥料颗粒运动状态仿真结果验证肥料颗粒流动特性。应用虚拟试验方法,分析排肥舌倒角结构参数变化对肥料颗粒流动特性的影响。结果表明:排肥流量变异系数随着排肥舌倒角的增大而先减小后增大,两者间呈负抛物线型二次函数关系,且在排肥舌倒角弧长与单个凹槽弧长比值为0.85时,外槽轮排肥器排肥质量波动最小,排肥均匀性最佳。验证试验结果表明:配装最优结构排肥舌的外槽轮排肥器排肥流量变异系数最小,具有最佳的排肥均匀性,比传统平端排肥舌排肥流量均匀性提高了49.9%。     

叠片式啮合圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

为达到稳定排肥、排肥流量可调控的目的,设计了改善排肥流量均匀性的叠片式啮合圆弧齿轮排肥器。通过对排肥器结构设计与理论分析确定影响叠片式啮合圆弧齿轮排肥器排肥量的主要因素为排肥器工作槽长与排肥轮转速。设计仿真试验研究排肥器排肥量随影响因素变化规律,对结果进行台架试验验证。结果表明：选取排肥量变化曲线拟合斜率表征排肥流量,发现排肥流量可调控且与工作槽段长度、排肥轮转速存在线性关系,线性拟合结果显示校正决定系数分别为0994、0990;试验值与仿真值相对误差值较小,仿真试验结果可靠;与外槽轮式排肥器相比变异系数平均减小65%,排肥流量均匀性有了较大的提高。该结果对排肥器的创新设计与理论研究提供了参考。     

间隙啮合渐开线齿轮排肥器的结构优化仿真及试验

为解决排肥器排肥不均匀的问题,设计了间隙啮合渐开线齿轮排肥器,为考察排肥齿轮结构参数对排肥均匀性的影响规律,在理论分析的基础上应用离散元法对排肥过程进行仿真分析。以排肥轮齿数、排肥轮间隙、轮齿压力角为试验因素,以排肥均匀度变异系数为评价指标进行正交优化试验,结果发现,影响排肥均匀度的因素大小为排肥轮齿数排肥轮间隙轮齿压力角,其中,排肥轮齿数对排肥均匀度有显著影响(P0.05),排肥轮的最优结构参数组合为排肥轮齿数12、排肥轮间隙6 mm、轮齿压力角25°,此时排肥均匀度变异系数最小,为17.59%。加工最优结构参数组合下的间隙啮合渐开线齿轮排肥器,并进行台架试验,试验结果显示,台架试验排肥量与理论排肥量相对误差为-0.95%,与仿真值相对误差为-2.41%,台架试验均匀度变异系数为19.01%,与仿真值基本一致,同等条件下外槽轮排肥器的变异系数为31.96%,台架试验排肥器变异系数比外槽轮排肥器变异系数小12.95个百分点,结构优化提高了排肥均匀性,符合设计要求。     

圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

针对外槽轮式排肥器存在排肥流量均匀性较差的问题,设计一种圆弧齿轮排肥器。对排肥轮结构进行理论分析,建立排肥量数学模型,并确定在结构参数不变的情况下,影响排肥器排肥量的工作参数。设计仿真试验,研究工作参数对圆弧齿轮排肥器排肥量的影响、对比圆弧齿轮排肥器与外槽轮式排肥器排肥流量均匀性高低;设计验证试验,检验仿真试验可靠性;结果表明:1)因调肥隔板与排肥轮间存在间隙,导致肥料堆积产生滑移现象,排肥器无法通过改变工作槽段长度对排肥量进行稳定调节,但排肥轮转速可线性改变排肥器排肥量,且排肥轮转速与排肥流量间存在线性关系;2)圆弧齿轮排肥器较外槽轮式排肥器排肥流量变异系数平均减小30.14%,排肥流量均匀性有了较大的提高;3)台架试验值与离散元仿真值相对误差值均小于2.5%,离散元仿真试验结果可靠。     

刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验

目的 解决现有有机肥排肥装置排肥稳定性差的问题,提高大棚内有机肥施撒机械化水平,设计一种刮板输送式大棚有机肥排肥装置。方法 以苏南地区草莓种植大棚为例,依据大棚基本尺寸参数和草莓种植农艺要求,确定排肥装置设计的主要要求。结合散体力学理论对设计的排肥装置关键结构和参数进行分析和确定,确定影响排肥量稳定性的主要因素为排肥轴转速和排肥器开度。搭建室内有机肥排肥试验平台,进行转速与排肥量单因素试验和两因素五水平的响应面试验。结果 转速与排肥量相关性试验结果表明,在试验设定的转速和开度范围内,不同开度条件下,转速和排肥量均呈良好的线性关系,整体的决定系数大于0.9857,排肥量可通过实时调节开度和转速实现调节。响应面试验结果表明,排肥范围内排肥量稳定性较好,排肥轴转速对于排肥稳定性变异系数的影响大于排肥器开度。当排肥器开度为30.42 mm、排肥轴转速为51.5 r/min时,排肥稳定性变异系数结果最优,为1.84%。验证试验结果表明,变异系数相对误差不大于5%,变异系数相对误差均值仅为2.95%,符合要求。对比验证试验表明,常用的螺旋式有机肥排肥器的排肥稳定性变异系数均值为6.12%,本文设计的刮板输送式有机肥排肥器有效提高了有机肥的排肥稳定性。结论 设计的刮板输送式排肥装置具有较好的排肥性能,能够满足设施大棚内有机肥施肥作业要求。     

风送式集中排肥系统的设计与试验

针对外槽轮排肥装置施肥作业均匀性不高的问题,设计一种风送式集中排肥装置及同步施肥控制系统。通过台架试验比较直槽、交错槽和螺旋槽3种排肥轮结构的排肥性能,并建立排肥轮转速与排肥速率的线性回归方程;基于北斗+GPS系统和限幅平均滤波算法提高行驶速度的监测精度,并据此开发施肥控制系统。结果表明：1)排肥轮转速为10～60 r/min时,螺旋槽结构排肥轮具有较好的排肥性能,排肥量稳定性变异系数和各行排肥量一致性变异系数分别为0.15%和1.57%,排肥量均匀性变异系数<4%。2)排肥轮转速<60 r/min时,施肥控制系统的施肥调整响应时间<0.85 s;当理论施肥量和平均作业速度分别为300～600 kg/hm²和5.22 km/h时,施肥准确率>95%。该风送式集中排肥装置及施肥控制系统可以实现同步、精量和均匀施肥作业。     

双向螺旋送肥离心锥盘式排肥装置的设计与试验

针对现有水稻排肥器结构复杂、排肥性能不佳的问题,设计了一种集排式双向螺旋送肥离心锥盘式排肥装置.该装置主要由肥料箱、双向螺旋、离心锥盘式排肥装置等部件组成.工作时肥料箱中的肥料由双向螺旋输送至离心锥盘式排肥装置中,在离心锥盘离心力作用下均匀分散并沿锥盘内壁上升至排肥口处排出.确定了排肥装置的关键结构参数:双向螺旋外径1...     

基于离散元法的螺旋式排肥器性能模拟试验

为提高螺旋式排肥器对颗粒肥料的排肥稳定性与均匀性,采用离散元仿真软件EDEM对排肥器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验,分析螺旋叶片直径、螺距和排肥轴转速对排肥器排肥性能的影响,获得排肥器工作参数与排肥量和排肥稳定性变异系数的回归数学模型。仿真试验结果表明:影响螺旋式排肥器排肥量的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,排肥量最大为221.2 g/s,最小为54.76 g/s;影响排肥稳定性变异系数的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,通过Design–Expert 8.0进行参数优化,确定排肥器最优参数组合,即螺旋叶片直径100 mm、螺距60 mm、排肥轴转速15 r/min,此时排肥稳定性变异系数达到最小值,为8.48%,排肥器排肥性能较为稳定均匀。     

基于计算流体动力学与离散元法的离心泵内流场及磨损的数值模拟

利用离散单元法与流体动力学耦合的方法研究了不同入口流速(0.6、1.2、1.7 m/s)和额定转速(2650、2800、3000 r/min)下单级离心泵内部流场变化、磨损部位、磨损量、输送能力。结果表明：离心泵叶轮叶片尾部易发生空化现象,入口流速对叶片空化现象、出水管道滞留区域产生的影响大于转速的;9种工况下离心泵最大磨损量出现在叶片尾部,转速从2650 r/min变化为3000 r/min时,磨损最严重的部位由叶片1、4尾部变为叶片1、2尾部,叶轮叶片为离心泵磨损最严重的部件,占离心泵总磨损量的38.10%～49.41%;离心泵内沙粒平均停留时间表明,流速对离心泵输送性能的影响大于转速的,入口流速0.6m/s、1.2m/s、1.7m/s下沙粒平均停留时间分别为0.144、0.068、0.052 s,说明随着流速的增加,离心泵输送性能增强。     

基于Voronoi图的阔叶红松林空间结构特征分析

[目的]森林空间结构是森林生物物理过程和动态演替的结果,又决定着森林的生长过程和生态服务功能的发挥.小兴安岭地区作为多样性保护与水源涵养的重要生态功能区,森林退化已经非常严重,有必要对现存的地带性顶极群落的结构特征进行分析,为退化森林的结构优化与调整提供理论支撑,促进其发挥应有的森林生态服务功能.[方法]本文以细鳞河国...     

基于虚拟响应面分析的水稻插秧机分插机构参数优化与试验

针对现有高速分插机构参数优化方法盲目性较大或计算复杂的问题,以椭圆齿轮三插臂分插机构为例,采用虚拟中心组合响应面试验设计方法,以插秧株距140mm时的插秧穴口宽度、推秧角度和轨迹高度3个指标为目标函数,以椭圆齿轮偏心率、齿数、行星架初始安装角度和插植臂安装角度4个参数为设计变量,构建响应面回归模型,采用优化算法求解响应面近似回归模型,直接求得一组满足多个约束条件的最佳参数组合。以求解的最佳参数组合:椭圆齿轮偏心率0.18、齿数23齿、行星架安装角度15°、插植臂安装角度25°设计并试制三插臂分插机构。通过理论分析和台架试验,回归模型计算的目标函数值与理论计算值和台架试验实测值之间的最大相对误差为0.668%。分析结果表明:采用虚拟响应面法优化可直接求得满足多个约束条件的参数组合,计算精度较高,提高了高速分插机构参数选择的针对性。     

基于响应面法的仔猪配奶罐搅拌器数值模拟与优化

为了探究仔猪配奶罐中搅拌器参数对奶水搅拌效果的影响,设计了一种双层桨叶仔猪配奶罐,采用CFD数值模拟与响应面分析相结合方法,以转速、层间距、桨叶角度和离底距离为优化参数,以搅拌功率、混合时间和平均温升速率为响应指标,设计四因素三水平正交仿真试验,建立响应指标的回归模型,得到双层桨叶搅拌器的最优参数值。结果显示：转速和桨叶角度对搅拌功率的影响极显著,转速、层间距、桨叶角度和离底距离对混合时间影响极显著,转速对平均温升速率影响极显著,层间距和桨叶角度对平均温升速率影响显著,其中转速对搅拌器性能影响最大;响应面回归模型具有较好的拟合性,通过响应面回归模型得到最优的参数组合为转速80 r/min、层间距170 mm、桨叶角度30°、离底距离100 mm。与优化前相比,搅拌功率减小27.08%,混合时间减小70.15%,平均温升速率提升9.57%,且湍流动能云图分布和温度云图分布明显优于初选模型。     

基于结构功能特性的油麦菜生长分析

针对智慧农业和植物表型的研究中缺乏油麦菜生长模型和可视化管理方法的问题,将四阶多项式模型(Ploy4)、双尺度自动机技术和GreenScilab仿真工具三者相结合,对油麦菜结构功能特性进行分析。结果表明:1)油麦菜逐叶片呈“Y”型间隔角度上旋递进生长;2)使用不同生长模型对油麦菜叶长和叶宽数据进行拟合,四阶多项式模型(Ploy4)拟合效果较好,各叶片决定系数≥0.99;3)利用双尺度自动机技术和GreenScilab仿真工具,对油麦菜结构功能特性可视化,结果具有感官相似性。将上述方法相结合针对作物不同特性进行分析,可以为设施环境中油麦菜生长的可视化管理提供有效的手段。     

基于CATIA的大型农具机架有限元分析与结构优化

农机具大型化使得机架的结构愈加复杂,机架的强度、刚度及稳定性等问题突显,传统的结构分析方法解决此类问题存在较大难度。文章利用CATIA的有限元工程分析模块在三维仿真机架上建立了各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型,模拟真实环境下的工作状态,由计算机处理后给出图形及数据形式的变形和应力情况,调整设计并优化结构。实践表明,基于CATIA的有限元分析与结构优化为大型机构的设计提供了可行、快速与精确的现代化解决方案。     

基于离散元法的分层施肥靴参数优化与试验

为实现一次性满足作物不同生长时期对肥料的需求,提高肥料的利用率,设计一种分层施肥靴。通过理论计算确定其主要结构参数,利用离散元法对肥料分层过程进行仿真试验,并结合响应面分析法得出分层施肥靴结构参数及运行条件的最佳组合;设计台架试验检验上下两层肥料的分肥比例,进行田间试验对仿真分析结果进行验证。结果表明:圆杆数量对肥料分层效果影响极显著(P0.01),行进速度对肥料分层效果影响显著(P0.05),圆杆直径对肥料分层效果影响不显著(P0.05)。确定最优组合参数为:圆杆数量6根,圆杆直径4mm,行进速度6.04km/h,此条件下上下两层肥料距离的变异系数为4.57%;在不同施肥量条件下,上下两层肥量比为4∶6,变异系数的仿真值与试验值相对误差不超过4%,证明利用离散元法对分层施肥装置进行参数优化具有可行性。该研究为精准对行分层施肥机的改进提供了参考,对推动新疆精量减肥具有一定的意义。     

水合物浆液流动特性数值模拟

考虑水合物颗粒体积分数对水合物浆液粘度的影响,应用CFD／FLUENT模拟得到了设计工况下水平管中水合物浆液流型、床层高度,颗粒体积分数分布,管道压降、平均粘度等数据,同时基于DoronP等提出的适用于固液两相流动的双层流动模型,编程求解各工况下的流动参数。通过对比模拟结果、计算结果和实验结果可知,数值模拟方法可以对水合物浆液在水平管中的流动压降进行准确预测,而通过编写UDF,将水合物颗粒流动过程中的粒径分布考虑其中,可以更好地描述水合物浆液的流动状态。因此,数值模拟方法可以作为研究水平管中水合物浆液流动特性、分析流动参数影响因素的有效手段,但尚存不足,有待完善。（图7,表4,参10）     

基于含煤粉的煤层气管道管流数值模拟与分析

煤层气开发过程中,微细的颗粒随气流进入集输管网。颗粒的存在使管流形成气固两相流动,影响管路特性。采用模拟软件针对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟,对管道系统的特性、操作条件和物料性质等影响气固两相流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到气固两相流动的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积分布规律,并结合煤层气现场含尘情况进行了数值模拟分析,结果表明：煤层气管道管流属于低浓度气固两相流,与纯气相单相流相比,颗粒弓J起的单位管长压降增幅低于2％。（图7,表1,参12）     

基于CFD-DEM耦合的揉丝机排料装置内物料运动模拟与试验

为解决传统物理方法难以对揉丝机排料装置内物料运动进行可视化研究的问题,基于CFD-DEM气固耦合法,采用RNG K-ε湍流模型及Euler-Lagrange耦合算法对揉丝机不同主轴转速下排料装置内物料运动过程、内流道气流速度分布、气流对物料的耦合力分布进行了数值模拟,并对风扇主轴转速3 000r/min时物料运动过程进行分区域研究。结果表明:在风扇主轴额定转速3 200r/min范围内,主轴转速2 000、2 500和3 000r/min在模拟结束时分别排出物料数量为6 191、6 669和7 161个;不同区域内物料平均速度形成梯度分布,由大到小依次为物料出口区域(10.00m/s)、风扇转动区域(6.00m/s)、物料入口区域(0.87m/s);风扇转动区域气流速度最大(峰值50.00m/s),对物料耦合力作用最强,物料入口区域则耦合力最小;物料在入口区域内数量最多并在模拟结束时发生少量堆积,在出口区域未见回流现象发生。对模拟结果进行了试验验证,结果表明利用CFD-DEM气固耦合法对揉丝机排料装置内物料运动进行可视化研究是可行的。