籽瓜籽瓤离散元模型构建及籽瓤分离过程研究

【目的】针对QW-QZ-2型籽瓜破碎取籽分离机瓜籽含杂率高和筛网各部分分离效率差异大等问题,采用数值模拟方法研究籽瓤分离过程,为籽瓜破碎取籽机的结构优化提供依据。【方法】以甘肃省白银市“靖远一号”品种籽瓜为研究对象,采用试验法测量籽瓜各组分的本征参数,利用Hertz Mindlin with JKR模型,以堆积角为响应标定籽瓜各组分接触参数,进行籽瓜籽瓤分离数值模拟试验,并与试验结果进行对比分析。【结果】利用标定的参数建立籽瓜籽瓤分离数值模拟模型,经试验确定籽瓜破碎取籽机分离辊的较优转速为110～130 r/min,瓜籽含杂率为3.98%～4.03%,在该转速下筛筒区域的瓜瓤分离净度均大于20%且分布较为平均,有效避免了各区域分离效率的差异和分离辊部分区域磨损较大的问题。仿真结果与试验结果基本一致,瓜籽含杂率的最大相对误差为4.71%,瓜瓤分离净度的最大相对误差为6.33%,均满足作业要求。【结论】所建立的离散元模型模拟精度较高,能够满足籽瓜籽瓤分离的需求。     

基于离散元三七干式球磨超微粉碎的仿真

以行星式球磨机干式球磨三七粉的过程为研究对象,使用PFC3D软件建立球磨运动的三维离散元数值模型,对中小球比、球料比和转速等参数下球磨三七粉的过程进行了仿真;并对罐体内部磨球与三七粉的运动状态以及罐体内部球体和三七之间受到的平均接触力进行了分析.结果表明:影响三七球磨粉碎的关键因素分别是转速、球料比和中小球比,最佳参数为中小球个数比1∶4,球料比8∶1,转速500 r/min.     

土壤行为的离散元研究

离散元在研究非连续物质上有着不可替代的优越性。本文介绍了离散元研究土壤行为的意义、现状及存在的问题,重点探讨了离散元在土壤颗粒建模时模型的选择、改进及参数的选择,以期对后续的研究有所帮助。     

基于ADAMS的往复式谷物振动筛设计与试验

[目的]本文旨在提高脱粒机脱出物的筛分和清选效果,提高作业质量。[方法]设计了一种往复式振动筛,分析了谷物在筛面的受力情况和运动特性,建立了筛子的位移方程,并用ADAMS软件对振动筛的运动特征进行了仿真分析。[结果]求解出不同状态下谷物在筛面上的运动特征值,得到了连杆、摇杆及筛面上的点的运动特征曲线。试验结果表明,当振动筛的振动频率为25.12 rad·s~(-1),筛面的安装倾角为2°,振动方向角为23°时,筛分效率为89.8%,输送速度为0.133 m·s~(-1),可以满足谷物的筛分和输送要求,实现筛分和气流清选的有效配合。[结论]本研究为各物振动筛的结构设计及优化提供了一定的理论依据。     

基于离散元的鱼饲料仿真参数标定与试验

为全面研究鱼饲料的离散元仿真物性参数,以渔用硬颗粒3.0中号饲料为研究对象,通过密度测量试验与单轴平板压缩试验测得硬颗粒饲料的密度、弹性模量、剪切模量、泊松比数值分别为1 096 kg/m³、336.32 MPa、126.65 MPa、0.33。同时在EDEM仿真软件中建立硬颗粒饲料离散元模型,结合台架试验与仿真试验对硬颗粒饲料-钢以及硬颗粒饲料-尼龙之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定,其值分别为0.380、0.538、0.028,0.405、0.356、0.033。结合堆积角试验,通过最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面优化试验,标定硬颗粒饲料间的碰撞恢复系数为0.364、静摩擦因数为0.236、滚动摩擦因数为0.13。运用自主研发的投饵机进行参数验证试验,以硬颗粒饲料分布变异系数C_V为评价指标,得出实际硬颗粒饲料分布变异系数与仿真硬颗粒饲料分布变异系数的相对误差为1.709%,表明本研究中建立的渔用硬颗粒饲料的离散元模型以及标定的硬颗粒饲料物性参数可用于EDEM离散元仿真试验。     

基于离散元方法的粮食自动分级研究

以浅圆仓中垂直落料的大豆及杂质为研究对象,以软球假设为基础建立颗粒的接触力学模型,采用离散元方法对自动分级过程进行分析,研究颗粒形状、计算时间步长对结果的影响,结果表明,最终分析结果与实际扦样试验数据一致,离散元方法应用于粮食自动分级研究有较好的有效性,具有重要的实际意义。     

基于离散元的紫花苜蓿种子仿真参数标定与试验

为寻求丸化包衣过程中紫花苜蓿种子进行离散元仿真模拟试验时最优接触参数组合,采用物理试验与仿真试验相结合的方法对离散元仿真参数进行标定.首先,采用物理试验测得紫花苜蓿种子的基本物性参数(密度、千粒质量、含水率、外形尺寸、泊松比和弹性模量)以及接触参数(碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数),以物理试验结果为根据,确定仿...     

基于堆积试验的沙蓬种子离散元仿真参数标定

为了获得沙蓬种子仿真播种过程所需的参数,通过物理堆积试验与仿真堆积试验相结合的方法对沙蓬种子的离散元仿真参数进行标定。首先,对沙蓬种子相关物性参数进行了测定,建立其离散元模型,并利用物理堆积试验获得沙蓬种子的堆积角为45.995°。其次,采用Plackett-Burman试验进行仿真堆积试验,筛选出对堆积角影响显著的参数为：沙蓬种子之间恢复系数、沙蓬种子之间滚动摩擦系数、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数。然后,根据最陡爬坡试验确定显著参数的取值范围;设计二次正交旋转组合试验,建立堆积角相对误差与显著参数的二阶回归方程,得到离散元仿真最佳参数组合：沙蓬种子之间恢复系数为0.529、沙蓬种子之间滚动摩擦系数为0.057、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数为0.629。最后,将最佳参数组合的值进行仿真堆积试验验证,得到仿真试验堆积角为46.740°,与物理堆积试验相对误差为1.62%,表明最佳参数组合选取合理,可为沙蓬种子播种机械离散元仿真参数设置及优化设计提供参考依据。     

基于离散元与多体动力学的微耕机旋耕刀轴负荷分析

旋耕部件是微耕机的核心部件,其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象,基于离散元和多体动力学理论,设定前进速度为0.2 m·s^-1,转速为110 r·min^-1,耕深为150和200 mm,采用非线性粘弹性塑性接触模型,在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析;同时,依托已有的土槽试验平台,测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似,但数值并不一致,整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积;耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致,模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用,优化微耕机作业性能提供参考。     

基于EDEM的内充式花生排种器排种过程的离散元仿真研究

[目的]寻找排种器的最佳排种转速。[方法]建立内充式花生排种器的离散元仿真模型,采用离散元的基本原理,运用EDEM软件对内充式花生排种器排种性能进行仿真研究,测定3种不同品种的花生种子在不同转速时排种器的排种量、清种起始角及清种终止角的变化趋势。[结果]实际转速为15.7~45.5 r/min时排种量随着转速的增大而增加,但与花生的品种无关;清种起始角和终止角也均随转速的增大而增大,但起始角的增大幅度大于终止角,导致清种区域随转速的增大而减小,实际转速为38.0 r/min时双粒率达到最高值、排种均匀性最好,仿真结果与试验结果变化趋势一致。[结论]基于EDEM的离散元仿真方法分析内充式花生排种器是可行的。     

基于离散元与多体动力学的微耕机旋耕刀轴负荷分析

旋耕部件是微耕机的核心部件,其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象,基于离散元和多体动力学理论,设定前进速度为0.2 m·s^-1,转速为110 r·min^-1,耕深为150和200 mm,采用非线性粘弹性塑性接触模型,在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析;同时,依托已有的土槽试验平台,测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似,但数值并不一致,整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积;耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致,模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用,优化微耕机作业性能提供参考。     

黄色赤红壤与开沟部件互作的离散元参数标定及试验

为解决甘蔗种植机械与种植土壤间互作参数缺失的问题,选取云南南部甘蔗种植主要土种之一的黄色赤红壤进行离散元参数标定。首先以土壤休止角为响应值,使用Design-Expert 软件的Box-Behnken优化方法获得土壤休止角的回归模型,以实测休止角为优化目标,针对不同层的土壤得到仿真值与实测值相对误差分别为1.76%,2.54%。其次,通过3个物理试验测得接触参数范围,并以静滑动摩擦角为响应值,对不同层的土壤寻优的相对误差分别为1.61%、2.29%。结果表明,仿真值与实测值误差较小,可为黄色赤红壤与触土部件(65 Mn钢)间互作的仿真参数提供参考。     

基于Plackett-Burman试验设计与响应面法优化玉米秸秆离散元模型

为了减小免耕播种机防堵装置数值模拟的误差,结合物理试验与仿真试验进行玉米秸秆离散元参数的标定。基于Hertz-Mindlin with bonding 接触模型建立了玉米秸秆离散元模型,以物理试验与仿真试验中临界载荷的相对误差为试验指标进行仿真单轴压缩试验;采用Plackett-Burman试验筛选出具有显著性影响的试验因素;采用Box-Behnken响应面法对玉米秸秆离散元模型进行优化。试验结果表明:接触半径和单位面积切向刚度对试验指标影响极显著(P<0.01),单位面积法向刚度对试验指标影响显著(0.01<P<0.05);玉米秸秆的最优离散元参数为,接触半径1.2 mm、单位面积法向刚度9.361×10⁷ N/m³、单位面积切向刚度9.845×10⁷ N/m³,在此条件下,仿真压缩试验的临界载荷为950.2 N,与物理试验值935.4 N的相对误差为1.58%,验证了参数的可靠性。标定的玉米秸秆离散元模型可用于免耕播种机防堵装置的数值模拟,为防堵装置结构优化改进提供了依据。     

基于堆积试验的黑水虻离散元仿真参数标定与分析

为解决黑水虻在畜禽粪便处理后续分离环节中应用筛分机械作业难、缺乏准确离散元仿真模型等问题,以黑水虻为研究对象,基于EDEM仿真软件模拟,选取系统中\"Hertz-Mindlin with JKR\"接触模型,以堆积角为评价指标,对黑水虻离散元仿真模型参数标定进行研究.首先,通过Plackett-Burman试验筛选对黑水虻...     

基于离散元仿真参数的微型薯物料测定

以脱毒微型马铃薯(简称"微型薯")"大西洋""中薯5号"和"华薯1号"为研究对象,以离散元软件EDEM中微型薯仿真研究所需的相关参数为目标,测定3种微型薯的物理力学特征参数和接触力学参数。采用响应曲面法设计试验,以静摩擦系数、滚动摩擦系数为试验变量,以堆积角为试验指标,将上述测定后的参数输入EDEM进行仿真,求取微型薯之间的滚动摩擦系数。以堆积角为响应值,使用圆筒提升法验证仿真结果的可信度。结果表明:与试验实际堆积角相比,不同品种的微型薯仿真结果差异均低于3%,仿真结果可靠。     

基于离散元法的水田刀片抛浆运动分析与试验

针对目前水田制浆刀片侧抛效果差的现状,根据南方水田的土壤参数,采用EDEM离散元软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型建立土壤—水—刀片耦合模型,并进行仿真分析.以刀片旋转速度、刀片工作幅宽、刀具作业高度为试验因素,以抛浆距离与抛浆质量为目标开展Box-Benhnken design (BBD)中心组合试验,结果表明：(1)刀片工作幅宽、刀具作业高度、旋转速度对抛浆质量均有极显著影响,其中刀具作业高度与抛浆质量呈负相关,其余均呈正相关;刀片工作幅宽与旋转速度对抛浆距离有极显著影响,刀具高度对抛浆距离影响显著,且三因素与抛浆距离均呈正相关.(2)仿真试验表明水田刀片最优工作参数为：工作幅宽54.03 mm,刀片高度0.212 mm,旋转速度242.199 r·min^-1,此时抛浆质量为13.618 kg,抛浆距离为277.97 mm.(3)台架试验结果表明最优工作参数下的试验抛浆质量为12.399 kg,抛浆距离为241.56 mm,台架与仿真试验的抛浆质量最大误差为9.48%,抛浆距离最大误差为13.10%.表明使用离散元仿真法模拟水田刀片抛浆...     

基于离散元的木薯种茎仿真参数标定方法研究

针对木薯机械化种植过程中切种与播种等环节离散元仿真研究缺乏准确模型等问题,以桂热4号木薯为研究对象,利用试验及离散元模拟结合的方法对木薯种茎离散元仿真参数进行标定。先测定种茎基本物理参数,应用Hertz-Mindlin无滑动接触模型开展颗粒堆积虚拟试验,并结合圆筒提升法进行种茎堆积物理试验。通过2水平因子试验、最陡爬坡试验以及响应面分析确定种茎基本接触参数。在此基础上,应用Hertz-Mindlin with bonding接触模型开展种茎切断仿真试验,通过响应面分析颗粒切断离散元仿真参数。为验证标定参数准确性,通过侧壁坍塌试验进行参数验证,发现休止角的相对误差均小于2%,相对误差平均值为0.69%。研究结果表明,标定方法正确、仿真参数准确。     

基于ADAMS啤酒花清选机振动分选装置的虚拟设计及仿真研究

基于ADAMS软件,提出了一种对啤酒花清选机振动分离装置进行虚拟设计的方法,建立了啤酒花清选机振动分选装置的模型,并进行了动态仿真分析.结果表明:振动板沿垂直方向的振幅逐渐减小,有利于花的滚落和叶片向上的抛离;振动板水平速度逐渐增大,有利于降低花的破损率以及提高叶片向前的抛离.在模型中添加了物料元及作用力,测试了物料元的运动轨迹、速度及加速度,结果表明该装置可分离酒花和叶片.