玉米高速精量播种机正压气流辅助吹送导种装置研究

玉米播种机高速、精量作业时,投种点高,种子因剧烈碰撞,而导致粒距均匀性差,为此基于文丘里原理,设计一种利用正压气流辅助输种的导种装置,确定了导种装置的主要结构和关键参数。分析了气流辅助输种,实现“零速投种”的机理。采用DEM-CFD耦合仿真方法模拟导种装置的工作过程,通过对比分析气流场、种子的出射速度,确定进气室收缩角为70°、进气室收缩段长度为8.2 mm。利用排种器性能测试平台进行速度匹配试验、弹跳试验、作业性能试验和对比试验,结果表明：作业速度为8～16 km/h、粒距为20～25 cm时,合格指数不小于85.7%;粒距变异系数不大于15.8%。与重力式导种管相比,作业速度越高,正压气流辅助导种装置的优良作业性能越突出,作业速度为16 km/h时,粒距合格指数增加13.6个百分点,粒距变异系数减少7.4个百分点,满足高速条件下精量输种的要求,有利于提升高速精量播种机整体作业性能。     

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5～10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,...     

基于DEM-CFD的气吸式三七种苗定向移栽装置研究

为实现机械化移栽、解决三七种苗调姿定向问题,设计了一种振动辅助吸苗气吸式三七种苗定向移栽装置。通过分析种苗的吸附状态受力及种苗在升力作用下产生旋转力矩、实现调姿的过程,阐明了种苗吸附调姿的机理;利用DEM-CFD气固两相流耦合仿真方法对种苗吸附调姿过程进行分析,验证了种苗吸附调姿的可行性,仿真结果表明,当主吸孔与辅助定位吸孔夹角为23°、与调姿转向吸孔夹角为30°时,种苗因受到压力差而产生的升力能使其调姿并定位。为优化移栽装置的工作性能,以主吸孔负压、动吸盘转速和调姿转向吸孔直径为试验因素,以定向合格指数和漏吸指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合台架试验。试验表明,影响定向合格指数的主次顺序为调姿转向吸孔直径、主吸孔负压、动吸盘转速,当调姿转向吸孔直径为4.5mm、主吸孔负压为1.03～2.11kPa、动吸盘转速为4.67～6.08r/min时,定向移栽装置平均定向合格指数为85.87%、平均漏吸指数为6.33%,可满足三七种苗移栽要求。     

稻米清选的数值模拟研究与试验

采用"多球丛聚法"对稻米、稻秆、碎稻秆三种颗粒进行建模,并利用DEM-CFD耦合方法对不同气流速度、不同气流倾角时稻米清选的过程进行数值模拟,对不同参数下稻米的含杂率和夹带损失率进行对比,分析改变气流速度与倾角对气流速度分布及稻米平均含杂率、夹带损失率的影响规律,设计稻米清选的试验装置并进行了试验。结果表明:当气流速度设置为5 m/s时,稻米的平均含杂率为10.575%,夹带损失率为0.066%,将气流速度增大至9 m/s时,稻米的平均含杂率降低至0.307%,而夹带损失率上升至1.275%;气流速度为9 m/s,气流倾角倾斜10°条件下,稻米的平均含杂率相比气流倾角为0°条件下降低0.025%,而夹带损失率上升0.308%。通过对比发现试验结果模拟与仿真结果基本一致,表明利用DEM-CFD耦合方法对稻米清选过程的模拟是可靠的。     

花生气吸滚筒式穴播器分种盘设计与试验

针对花生气吸滚筒式穴播器因一次投种性能不稳定造成单粒率低的问题,通过在气吸滚筒式穴播器的取种盘和二次投种机构之间增设分种盘,将种子限定在一个较小的齿形空间内,并拨动种子沿着预定轨道运动,提高了气吸滚筒式穴播器投种的准确性和精度。设计并分析了分种盘的分种齿齿形和分种盘与取种盘的位置关系,确定了分种盘结构和位置参数。借助DEM-CFD耦合方法研究了气吸滚筒式穴播器的工作过程,分析了携种区种子的运动轨迹,阐明了漏播和重播产生机理。以单粒率、漏播率和重播率为评价指标进行三因素二次旋转正交组合试验,分析了齿形方向角、安装角、作业速度对投种性能的影响,结果表明：当齿形方向角为-4.55°、安装角为14.99°和作业速度为4.01 km/h时,气吸滚筒式穴播器的排种性能最优,此时单粒率为94.99%,漏播率为2.49%,重播率为2.52%。以最优组合为基础进行田间试验,当作业速度为3.51～4.51 km/h时,试验结果满足花生单粒精量播种机械技术要求,且安装分种盘比未安装分种盘的单粒率提升超过1.46个百分点,排种优势明显。     

风筛式谷物清选模拟研究及参数讨论

为研究风筛式谷物清选装置工作原理及寻找最佳工作参数,采用EDEM软件与Fluent软件耦合的方法,对稻米与茎秆在风筛装置中的运动行为进行仿真,并通过统计稻米含杂率和损失率来衡量不同参数下风筛装置工作性能的好坏。结果表明:所设计的风筛装置可以完成稻米与茎秆的分离。通过对风速8、10、12 m/s的讨论,可以得出增大风速能减小含杂率,但会增大损失率;通过对筛面倾角0°、2°、4°的讨论,可以得出增大筛面倾角会导致含杂率和损失率均增大;通过对筛孔形状的讨论,可以得出选用方孔筛时清选效果更佳。综合考虑,风速为10m/s、方孔筛筛面倾角为0°时,得到稻米含杂率为0.33%,损失率为0.38%,为最佳工作参数。研究可为谷物清选装置参数优化提供一定参考。     

基于DEM-CFD耦合的玉米气吸式排种器仿真与试验

针对DEM-CFD计算量大的问题,首先利用Fluent仿真,通过设计进气口位置的三因素三水平正交试验,以充种区型孔压强、自清种区型孔压强、清种区型孔压强、携种区型孔压强为评价指标,进行极差和方差分析,确定最佳进气口位置参数;其次,基于离散单元法理论建立玉米籽粒黏结颗粒Bonding模型,对气道流场划分结构化网格,并设置相关参数,实现玉米气吸式排种器DEM-CFD气固耦合仿真;提取排种盘吸附玉米种子时的型孔流场压强,发现每个区域的压强都能稳定过渡,且压强由大到小为充种区、自清种区、清种区、携种区、卸种区;通过理论计算得出吸附压强最小值,并与仿真结果进行对比,结果表明仿真结果均大于理论计算吸附压强最小值;采用第1代常规气室结构排种器和本文设计排种器进行风压测定对比试验分析,验证了所选进气口位置参数的合理性;最后,以改变排种盘转速为例,选取排种器常用作业速度8、10、12、14km/h,以合格指数、重播指数、漏播指数为排种性能评〖JP2〗价指标,通过仿真考察其排种性能,并与台架试验进行对比。结果表明,在仿真模拟中,当作业速度不大于14km/h、〖JP〗负压为3kPa时,合格指数均不小于89.7%,漏播指数不大于7.8%,重播指数不大于2.5%;台架试验中,在相同的作业速度和负压下,粒距合格指数均不小于90.3%,重播指数不大于2.7%,漏播指数不大于7%;仿真试验与台架试验结果较为接近,验证了仿真模拟的可行性。     

苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统优化设计与试验

为提高苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统工作性能,利用EDEM软件和Fluent软件对气送式集排系统工作过程进行联合仿真,以管道内部流场压力与速度变化情况、种子颗粒速度与受力情况为指标,分析波纹管和分配头结构参数对集排系统工作性能的影响,进而优化了其结构参数。以输种弯管弯径比、波纹管长度和分配头锥角为试验因素,以各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数为试验指标,进行Box-Behnken响应面分析仿真试验,获取集排系统最优结构参数组合。结果表明,当弯径比为0.96、波纹管长度为183mm、锥角为123.4°时,各行排量一致性变异系数为3.06%,总排量稳定性变异系数为3.17%。样机大田性能试验结果表明,在不同的螺旋输送机输送效率条件下,苇状羊毛种子、固体颗粒肥各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数均小于5%。     

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM 的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明：显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明：旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。     

气力离心组合式小麦精量排种器设计与试验

针对传统小麦播种以无序种流、不定量排出的方式存在脉动性高、均匀性差的问题，设计了一种气力离心组合式小麦精量排种器，采用气力充种和离心清种的方式，种子有序均匀排出。对排种器的关键参数进行设计，建立充种和排种过程的动力学模型，确定充种角和落种角的初始范围。利用气固耦合仿真分析方法DEM-CFD进行排种器单因素试验，仿真结果表明，当充种角范围进一步缩小为36°～56°时，其携种性能较好；落种角范围进一步缩小为43°～63°时，其排种性能较好。在此基础上，以充种角、落种角、排种盘转速为试验因素，以漏播率、重播率、直线落种率为响应指标，进行正交旋转组合试验。试验结果表明，当充种角为47.75°、落种角为52.48°、转速为635.5 r/min时，排种器工作性能最优，此时，漏播率为2.78%、重播率为3.73%、直线落种率为93.46%,验证试验结果与优化结果基本一致。田间试验结果表明，当设置排种盘型孔内侧面充种角为47.8°、下侧面落种角为52.5°、排种盘转速在552～800 r/min范围内时，漏播率低于8.9%、重播率低于4.3%、排种合格率高于88.6%,符合小麦精量播种要求。