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。     

离散元法在农业工程领域的应用进展

简述了离散元法在农业工程领域方面的研究成果,根据离散元法在农业工程领域的不同应用,分别讨论了离散元法在土壤散体颗粒、农业物料颗粒、多相流中单相介质的应用研究现状,指出了存在数量级受限,颗粒模型不精准,复杂工况制约等问题。提出今后离散元法的研究趋势:开发农业工程领域的专用离散元软件,提高颗粒群的运算效率;通过准确获取物料的细观参数,从理论基础上完善接触模型,使仿真颗粒与真实颗粒更为接近;通过离散元法软件与其他软件耦合,结合API的二次开发,拓宽离散元法在复杂散体颗粒运动仿真的应用。     

基于离散元的稻板田旋耕功耗预测模型研究

针对旋埋刀辊在对长江中下游稻板田耕作时存在的高功耗问题,基于离散元方法构建稻板田旋耕功耗预测模型,以辅助旋埋刀辊功耗检测。连续3年对稻板田土壤含水率的进行监测,发现土壤含水率与其塑限接近,说明稻板田土壤塑性较差,结合土壤受载后的形变及破坏特点,最终选定HertzMindlin with Bonding颗粒接触模型表征稻板田土壤的粘结和破坏情况。根据旋耕作业形式的特殊性和旋埋刀辊的结构特点,沿幅宽方向缩小旋埋刀辊的尺度,在旋耕测试平台的辅助下,完成标定参照试验。利用离散元软件建立旋耕作业模型,进行等步长爬坡试验,通过步阶次序建立接触参数与功耗指标之间的函数关系,代入标定参照试验功耗值,最终确定稻板田旋耕功耗预测模型的接触参数取值,完成模型的构建。为进一步验证该模型的适用性,在不同作业工况下对通用刀辊和旋埋刀辊进行误差对比试验,结果显示,预测误差范围为3.63%～9.48%,均值为6.65%,结合方差分析说明,稻板田旋耕功耗预测模型适用于不同旋耕刀辊及工况下的功耗预测。还原刀辊真实尺度的田间试验功耗预测误差范围为2.50%～12.81%,均值为7.28%,刀辊结构在缩放过程误差变化较小,说明模型能够准确反映旋埋刀辊在稻板田作业的功耗情况。     

双轴式旋耕灭茬机灭茬刀辊结构设计与试验

针对农机具节能减排和提高秸秆根茬粉碎率等问题,优化设计了一种与大功率拖拉机配套的旋耕灭茬播种机的灭茬刀辊系统,系统由刀片、刀盘和刀轴等组成。根据灭茬机理,设计出灭茬刀具,并采用三维软件建模。同时,运用EDEM离散元仿真软件进行旋切虚拟试验,检验设计的刀辊系统的工作性能。通过仿真试验对比,测定灭茬刀辊的扭矩与切削速度、刀辊转速的关系,观察分析秸秆根茬被灭茬刀辊切断粉碎情况及灭茬刀辊对土壤的扰动情况。田间试验结果表明:各项指标均达到了国家相关标准的技术要求,整机的作业速度和刀辊的工作转速在0.4m/s、600r/min条件下刀辊碎土性能最好;整机的作业速度、刀辊的工作转速相比灭茬深度对碎茬率的影响比较显著,作业速度和刀辊的工作转速在0.6m/s、600r/min条件下刀辊灭茬性能最好。该研究可为灭茬刀辊系统设计提供参考。     

基于EDEM的螺旋式排肥器排肥性能研究

为优化改进螺旋式排肥器在热带果园中的施肥效果,在试验统计获得肥料颗粒物理及相关力学仿真参数的基础上建立了颗粒肥料的EDEM模型,并通过对其与螺旋式排肥器数字化模型耦合进行排肥过程仿真分析。通过随机选取料箱左、中和右侧的单个肥料颗粒,获得了不同位置的仿真运动轨迹、速度与受力变化曲线图。数据分析结果表明:不同转速下的排肥螺旋单圈排肥量变异系数均小于2%;螺旋叶片直径对排肥量影响显著(P0.05),呈线性负相关;螺距和排肥轴转速对排肥量影响极显著(P0.01),呈线性正相关。建立的螺旋式排肥器模型结构合理,排肥过程稳定性与均匀性较好,可为螺旋式排肥器的优化设计提供参考。     

静水池塘养殖施氏鲟商品鱼的生长特性

研究了2龄施氏鲟（Acipenser schrenckii Brandt）商品鱼在静水池塘养殖条件下的生长。结果显示：平均全长40.36cm、平均体重186.29g的施氏鲟经过60d的土质静水池塘培育,全长增长71.04%,体重增长568.54%。体重与全长呈幂函数关系,关系式为W=0.0015L3.2208,R2=0.9662。体重日增长量、相对增长率、全长生长常数、生长指标呈先上升后下降的趋势,于试验20-40d达到最高。肥满度为0.2834~0.3927。特定生长率的变化与水温关系不密切,生长离散变化不明显。     

基于DEM-MBD耦合的铲板式滚动触土部件作业机理分析与试验

为探索土壤微形貌加工过程中从动型铲板式触土部件与土壤的互作机理,该研究基于离散元法（Discrete Element Method, DEM）与多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）耦合算法建立铲板式滚动触土部件与土壤互作的离散元模型。通过EDEM-RecurDyn联合仿真探索滚动部件作业机理,以机具作业速度（0.6、1.0和1.4 m/s）为影响因素,求解机具作业所需水平牵引力与土壤微坑容积,并通过开展台架试验评价仿真模型准确性。耦合仿真结果表明：随机具作业速度的上升,x向水平牵引力和z向垂直力不断变大;机具在不同速度作业下的土壤表面形成的微坑容积分别为3 310.91、3 325.96和3 384.47 mL;根据土壤压缩力、颗粒流向及动能变化,阐释了铲板式滚动触土部件作业过程中土壤微形貌的形成机理。将台架试验与仿真求解结果进行对比,x方向水平牵引力相对误差分别为5.01%、4.58%、4.10%,土壤表面微坑容积误差分别为6.23%、7.09%、5.64%,各作业速度下仿真模型具有较好的准确性。该文所构DEM-MBD耦合模型可为探明铲板式滚动触土部件与土壤互作机理、机具几何结构优化、以及作业参数选择提供理论依据和技术参考。     

果园有机肥深施机土肥混合分层回填装置研制

针对果园有机肥传统深施方式存在的肥料过于集中、利用率低等问题,该研究设计了一种土肥混合分层回填装置。该装置采用绞龙输送回填土肥,并在绞龙间螺旋布置桨叶用以提高土肥混合质量,再通过前、中、后3组混合回填部件将土肥混合物依次回填至施肥沟中,实现分层回填。首先,通过理论计算确定绞龙的结构参数。进一步以混合桨叶侧向角、俯仰角和转速为因素,以有机肥比例相对标准差和颗粒结构间法向接触力为评价指标,进行离散元仿真试验。仿真结果表明,桨叶侧向角、俯仰角和转速分别为90°、60°和200r/min时,有机肥比例相对标准差为40.35%,颗粒结构间法向接触力为0.33N,混合均匀度最高,且接触力较小。在最优桨叶参数的基础上,通过仿真试验得到,混合均匀度先随桨叶布置区域长度的增加而提高,当长度大于400mm时趋于稳定。理论计算和台架试验结果表明:当前、中、后卸料口导流板倾斜角度分别为70°、65°、50°时,各层的土肥在施肥沟的整个宽度范围内可以均匀分布,提高分层质量。有机肥比例相对标准差与仿真试验结果的相对误差为0.11%,表明仿真优化结果可靠,该装置混合性能较好,可满足土肥混合作业要求。     

基于MAPLE的泵轴对称应力分析边界奇异积分方法

用边界元法进行泵轴对称应力分析问题时,会遇到奇异积分, 典型的处理方法是将被积函数中的椭圆函数用对数函数近似,以及基于积分变换的方法.但这类方法的精确性依赖于边界单元的划分方法,给程序的统一处理带来了不便.为此,提出使用MAPLE软件处理奇异积分的方法,将被积函数中出现奇异性的部分表示成若干项,每项是一个初等函数和椭圆函数的乘积,将此初等函数用分段样条多项式近似,使MAPLE直接算得对应积分的具体数值结果. 这一方法程序处理统一,简单明了,便于应用.     

基于遗传算法的自动引导车自适应变结构控制

为了提高自动引导车控制的精度,提出了一种基于遗传算法的变结构控制方法.利用遗传算法在线调整变结构控制律中的参数,克服了常规变结构控制方法中需预先设定趋近律参数的限制,既保留了传统趋近律的优点,又有效改善了系统的控制品质,使系统最终以理想方式在滑模面上运动.试验表明直线跟踪误差为±0.02 m,曲线跟踪误差为±0.03 m,没有出现抖振现象.