基于EDEM的单粒式谷物水分仪采样机构仿真研究

建立了单粒电阻式谷物水分仪采样机构离散元模型,应用EDEM软件内Hertz-mindlin(no slip)和Hertz-mindlin with bonding两种接触模型对水稻颗粒在水分仪采样机构内的运动及碾压情况进行了仿真,并研究了3种不同的输送辊螺距对采样单粒性的影响,以及碾压辊表面不同的滚花对碾压充分性的影响。仿真结果表明:输送辊螺距越大,其采样效率越低,输送单粒性效果越差。碾压辊表面滚花为p1.2斜纹时碾压较为稳定,充分性最佳。同时,进行了实验验证,结果表明:仿真实验与对比实验结果一致,证明运用离散元法分析采样机构中物料的运动、碾压状态是可行的。     

甘薯收获期藤蔓茎秆的机械特性

为探明甘薯收获期藤蔓茎秆机械特性,以便提高甘薯藤蔓机械粉碎还田作业质量,该文农机农艺结合,以江苏南京地区鲜食紫甘薯宁紫1号、宁紫2号为试验对象,应用电子万能试验机、甘薯藤蔓粉碎还田试验机等仪器设备,研究了收获期甘薯藤蔓茎秆含水率和剪切强度的变化,揭示了茎秆含水率、剪切强度和机械碎蔓作业质量的内在关系,获得了含水率在86.92%~70.08%时,2个紫甘薯品种藤蔓茎秆剪切力与含水率之间变化的二次函数回归方程;明确了经验收获期开始时藤蔓茎秆含水率分别为81.5%和78.1%、剪切力分别为90.1和94.8 N;从提高机械作业质量角度出发,提出了收获期内最宜机械碎蔓作业时间约为6~8 d。研究结果为新型甘薯藤蔓粉碎还田机转速、切刀线速度等参数设计提供了直接依据,并为适宜的甘薯收获期选择和适宜机械作业的栽培农艺研究提供了参考。     

机收水稻留茬地紫云英双圆盘开沟撒播组合作业机设计

为解决机收水稻地留茬对紫云英机械化播种的影响,针对目前紫云英开沟、播种环节独立作业时存在的作业质量不高、生产效率低等问题,该文研制了适用于机收水稻留茬地的紫云英开沟撒播机。设计了撒播高度可调装置,根据田间稻茬留量情况将撒播部件升降至适当位置;研制了紫云英专用排种轮和定量匀播装置,实现精量播种的同时提高撒播均匀性;采用双圆盘式开沟组件,确定圆盘直径为900 mm,测得平均开沟深度为22.3 cm,平均开沟宽度为31.2 cm,田间试验测定开沟宽度、深度变异系数均小于6%,满足紫云英种子生长期间的排水要求。通过多因素试验和回归分析,得出机具前进速度、排种轮转速、匀种圆柱直径等因素对撒播效果有显著影响,方差分析可知影响紫云英出苗率和播种均匀性变异系数的主次因素均为:排种轮转速匀种圆柱直径机具前进速度;影响排种量一致性变异系数的主次因素依次为:匀种圆柱直径机具前进速度排种轮转速;确定影响紫云英开沟撒播机撒播质量的因素最佳参数组合为:机具前进速度4.6 km/h,排种轮转速44 r/min,匀种圆柱直径6 mm。通过田间试验验证,最优参数组合条件下紫云英出苗率为95.87%,排种量一致性变异系数12.7%,播种均匀性变异系数8.07%,与模型预测优化结果的相对误差均小于3%,验证了所建模型与优化参数的合理性;与已有紫云英播种方式相比,本文所设计的双圆盘开沟撒播组合作业机作业效率可达1 hm~2/h,优于人工撒播作业效率0.1～0.125 hm~2/h、手摇撒播作业效率0.2～0.3 hm~2/h和机动喷播作业效率0.5～0.8 hm~2/h,低于无人机飞播作业效率3～4 hm~2/h,在撒播质量和组配方式上也明显优于其他播种方式,具有较好的推广应用前景。     

花生换向通风干燥性能模拟与分析

为了解固定床花生换向通风干燥作业特性,为已研发的箱式换向通风干燥设备提供合适的花生干燥通风参数,以花生与空气间的传热传质为基础,建立干燥状态偏微分方程组,并以此为基础采用有限差分法对干燥过程进行数学模拟,分析左右干燥室同时从下向上通风干燥时长、换向干燥阶段换向时间、单位体积通风量对干燥行为的影响,并采用均匀设计和综合加权评分法确定最优通风干燥参数。结果表明:从下向上通风阶段,热量主要用于花生加热和表层水分快速蒸发,下、中、上层物料干燥升温速度差明显,易形成较大水分梯度;换向通风干燥阶段,物料温度呈类波浪状波动,有效控制整床物料干燥均匀性。缩短从下向上通风时间,有助于降低耗能和水分差,但对干燥耗时和生产率影响较小;换向时间的改变对耗时、生产率、耗能、水分差影响较小;单位体积通风量的增加有助于干燥耗时、水分差的降低及生产率的提高,但耗能亦将快速增加。均匀设计和综合加权评分表明,含水率>25%阶段通风量1 394 m~3/(m~3h),含水率15%～25%阶段通风量838 m~3/(m~3h),含水率0.98,模拟仿真可准确描述干燥过程物料温度和含水率变化。为花生换向通风干燥设备改进和工艺优化提供参考。     

大蒜机械切须技术研究及试验

为满足机械化大蒜联合收获过程中的作业需要,本文设计了一种具有仿形浮动功能的大蒜切须机构。以射阳黑龙蒜为研究对象进行切割线速度试验、切须长度试验,确定能够使蒜须有效分离的切割线速度应大于10.5m/s,切须长度在10mm以内分离效果较好。同时,在满足有效切须条件下,开展大蒜切须试验台工作参数优化试验,采用综合加权评分法确定最优参数组合为:切须刀转速3 500r/min(切割线速度17.2m/s)、夹持链输送速度0.6m/s和顶隙20mm,此时切须合格率88.3%,切伤率2.5%,即一组60个个体切须合格的为53个,被切伤的蒜瓣数为12瓣。     

适用于免耕播种的叶片式抛送装置的数值模拟

为了揭示全秸秆覆盖地免耕播种机中叶片式抛送装置流场分布情况及出料直管处气流速度的影响因素,应用FLUENT软件对抛送装置进行了数值模拟,在原模型的基础上,对不同的叶片数、叶片直径、叶片倾角和叶轮转速进行对比模拟。模拟结果表明:壳体内气流速度沿叶轮径向方向由内向外逐渐升高,圆形壳体出料口处左侧的气流速度较右侧高;4叶片内部速度矢量及A截面的气流速度分布较叶片数3和5均匀;抛送叶轮转速越高、叶片直径越大,A截面气流速度越高;叶片后倾10°,更有利于秸秆物料抛送。     

2ZGF-2型甘薯复式栽植机的设计与试验

为提高甘薯机栽水平,解决传统薯苗机械栽植中下田作业机具多、主要栽插方式短缺、易压垄伤垄、作业质量不高等难题,该文研制出一款与55.13~80.85 k W大型拖拉机配套的2ZGF-2型甘薯裸苗复式栽植机,该机可一次完成两垄甘薯的旋耕、起垄、破压茬、开沟、栽插、镇压、修垄等作业。该机采用非零速栽插原理,链夹运动轨迹为余摆线,满足了甘薯种植中广泛应用的"斜插法"栽插方式作业需求,研究并确定开沟器开沟、链夹放苗与覆土压实三者间协调一致工作的重要结构参数,明确了栽插株距的主要影响因素和调整方法。该文对甘薯栽苗作业质量评价影响最重要的2个指标进行参数优化试验,得出优选参数组合为喂苗露出长度140 mm、开沟深度80 mm、前行速度0.3 m/s,此时立苗角度合格率为97.9%,栽插深度合格率为98.2%,较好的满足了甘薯机械栽插要求。该研究不仅为甘薯栽插市场提供了实用机具,也为甘薯栽插机械创新研发或优化提供了参考。     

稻田绿肥紫云英种子联合收获机设计与试验

为解决现有稻田绿肥紫云英种子收获时存在的割台适用性差、脱粒分离能力弱以及清选除杂能力不强等问题,设计了稻田绿肥紫云英种子联合收获机。对防落荚柔性扶禾割台、纵向杆齿式脱粒装置、风筛式分层控杂清选装置等关键部件进行了参数设计,设计了紫云英机收专用扶禾器和割刀组件;确定纵向杆齿式脱粒装置结构参数（喂入段、脱粒段、排草段长度）,对脱粒元件结构参数、数量及周向分布进行了计算;利用ICEM-CFD网格划分软件和Fluent流体动力学分析软件等对三风道清选装置离心风机转速1080r/min、叶轮直径385mm工作参数下的内部气流场开展数值模拟,并进行试验验证。以降低紫云英籽粒机收损失率、破碎率、含杂率为目标,选择对收获质量影响较大的机具前进速度、脱粒滚筒转速、清选风机转速、鱼鳞筛开度共4个因素,利用Box-Behnken中心组合试验方法,进行四因素三水平响应面试验,使用Design-Expert对试验结果进行响应面分析,通过多目标参数优化,确定最佳工作参数组合为：机具前进速度3km/h,脱粒滚筒转速550r/min,清选风机转速990r/min,鱼鳞筛开度35mm。在此参数条件下进行了田间试验,实测紫云英籽粒损失率为2.35%,破损率为0.22%,含杂率为0.51%,均满足相关标准技术要求。     

槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置设计与试验

为解决现有绿肥播种方式作业时存在的排种器适用性不强、撒播作业质量不高、生产效率低等问题,设计了一种槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置,设计了棱锥型种箱、槽穴组合式排种器、定量电动匀播组件等关键部件。试验测量了8种主要绿肥品种滑动摩擦角,设计棱锥型种箱最小倾面角为35.5°;根据所播绿肥种子大小、千粒质量和单位面积用种量等因素选择槽穴组合式排种器的排种通道并设定了通道有效开度;应用EDEM软件构建匀播机构排种仿真模型,验证了匀种圆柱直径在3.2~6.8mm时,种子经匀种圆柱碰撞落地后的概率分布规律较好。以青弋江1号为试验材料,通过多因素试验和回归分析,得出影响出苗率和撒播均匀性变异系数的主次因素均为：排种轮转速、匀种圆柱直径、机具前进速度;影响各行排量一致性变异系数的主次因素依次为：匀种圆柱直径、机具前进速度、排种轮转速;最终确定影响槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置播种质量最佳因素参数组合为：机具前进速度3.36km/h,排种轮转速44r/min,匀种圆柱直径6.14mm。通过田间试验验证,最优参数组合条件下紫云英绿肥出苗率为96.49%,各行排量一致性变异系数11.73%,播种均匀性变异系数8.67%,与模型预测优化结果的相对误差均小于6%,验证了所建模型与优化参数的合理性,与已有的绿肥播种方式相比,槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置作业效率为0.8～1.0hm2/h,优于人工撒播作业效率0.1～0.125hm2/h、手摇撒播作业效率0.2～0.3hm2/h和电动喷播作业效率0.5～0.8hm2/h,低于无人机飞播作业效率3～4hm2/h。     

4HLB-2型花生收获机挖掘深度的模糊控制

【目的】研究花生收获机挖掘深度的模糊控制策略,实现花生收获机挖掘深度的自动控制,降低机具手的工作强度。【方法】采用超声波测距方法,研制地面仿形装置,设计模糊PID控制器模拟花生收获机挖掘深度模糊PID控制仿真曲线,编写控制软件并利用片上调试仿真器QB-MINI2(MINICUBE)将程序烧录到控制器中,建立花生收获机挖掘深度的模糊控制策略,然后将整套系统搭建在4HLB-2型花生联合收获机上,在田间用示波器跟踪随地面起伏响应的电压波形,进行自动限深的萝卜、甘薯收获试验,并与人工手动机械收获的伤果率、漏挖率、平均挖掘深度进行比较。【结果】萝卜、甘薯收获试验表明:手动收获萝卜的平均挖掘深度为12.5cm,伤果率为5.71%,漏挖率为2.82%,自动限深收获的平均挖掘深度为12.3cm,伤果率为3.40%,漏挖率为1.10%。手动收获甘薯的平均挖掘深度为15.3cm,伤果率为3.00%,漏挖率为1.38%,自动限深收获时的平均挖掘深度为14.8cm,伤果率为1.95%,漏挖率为1.08%。示波器显示,采用模糊PID控制,当收获速度为0.33 m/s时,最大延时小于0.4s,超调量小于10%,试验误差控制在1.3cm之内,挖掘深度比较均匀。【结论】采用设计的PID挖掘深度模糊控制,可以实现花生收获机挖掘深度的自动控制。