红三叶种子丸粒化工作参数多目标优化

针对红三叶种子丸粒化包衣存在丸化合格率低、丸化设备参数优选困难等问题,以单籽丸化合格率与单籽抗压强度作为丸粒化包衣性能指标,利用多目标优化方法对红三叶种子丸粒化包衣工作参数进行优选。采用二次正交试验获取不同包衣锅工作参数下的丸粒化包衣性能指标值,通过Design-Expert软件建立相应的二阶回归方程并进行回归模型单目标优化。结果显示红三叶种子单籽丸化合格率及单籽抗压强度模型用于种子丸化包衣性能预测分析的准确性,单籽丸化合格率预测值与物理试验值相对误差为0.15%,单籽抗压强度预测值与物理试验值相对误差为5.85%;通过多目标优化分析,确定红三叶种子最佳工作参数为包衣锅振动频率15 Hz、包衣锅转速59 r/min、包衣锅倾角35°。

紫花苜蓿种子丸化包衣工作参数优化设计

针对紫花苜蓿种子丸化包衣存在丸化合格率低、种粉间混合均匀度差、丸化工艺落后等问题,采用数值模拟和试验验证相结合的方法,对紫花苜蓿种子丸化包衣工艺参数进行优化设计。通过离散元软件EDEM建立紫花苜蓿种子的仿真模型,采用离散系数作为评价指标研究了包衣锅振动频率、转速、倾角对种粉间混合均匀度的影响,同时以丸化合格率J作为评价指标,采用单因素试验验证数值模拟的可行性。为进一步研究各因素对种粉间混合均匀度的影响规律,以丸化合格率J作为评价指标进行二次回归正交设计试验,通过Design-Expert软件建立紫花苜蓿种子丸化合格率的二阶回归方程并进行方差分析。结果表明:对紫花苜蓿种子丸化合格率影响前3的因素为包衣锅倾角、包衣锅振动频率与包衣锅转速,并以丸化合格率的最大值为优化目标得到最优工艺参数组合,即包衣锅倾角为44°、包衣锅振动频率12Hz、包衣锅转速68r/min。研究结果可为振动作用下小粒种子的丸粒化包衣机设计和丸化包衣工艺参数优化提供参考依据。

冰草种子物性参数测定与离散元仿真参数标定

为了提高冰草种子丸化包衣过程离散元仿真模拟试验所用参数的准确度,该研究通过物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先,采用物理试验的方法测定冰草种子的基本物性参数(外形尺寸、千粒重、密度、含水率、泊松比、弹性模量和剪切模量)和接触参数(静摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数),参考物理试验测定结果选择仿真试验参数取值范围,采用Plackett-Burman试验对仿真参数进行显著性筛选,筛选试验结果表明:冰草种子-冰草种子静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数对仿真试验休止角有显著性影响。进一步通过最陡爬坡试验确定3个显著性参数最优取值范围,并根据Box-Behnken设计试验得到显著性参数与休止角的二阶回归模型,以物理试验实测的休止角30.54°为优化目标值获得最优参数组合为:冰草种子-冰草种子静摩擦系数0.57、滚动摩擦系数0.74、碰撞恢复系数0.54。最后对物理试验休止角和仿真试验休止角进行双样本T检验得出P>0.05,结果表明仿真得到的休止角与物理试验值无显著性差异,且最优参数组合下仿真试验休止角30.86°与物理试验休止角30.54°的相对误差为1.037%,进一步验证了仿真试验的可靠性。研究结果表明标定所得的最优参数可用于冰草种子丸化包衣过程的离散元仿真试验。

丸粒化包衣种子识别检测系统设计与试验

由于存在包衣配方不统一、包衣机自动化水平低等问题,目前我国种子包衣合格率检测精度和效率较低。为此设计了一套丸粒化包衣种子识别检测系统,针对形状为类球体的包衣种子进行识别。首先,搭建拍摄平台,拍摄的图像传输至识别控制系统中进行图像前期处理。其次,根据图像处理后不同类型包衣种子特征提出了一种识别检测算法,根据破损包衣种子与其它包衣种子图像面积比例的差异,利用高级形态学处理实现破损包衣种子的识别。根据多籽种子与合格种子颗粒像素值的差异实现对多籽种子以及合格种子的识别。最后,对种子总数、合格数、多籽种子数及破损种子数进行检测,计算得到包衣合格率。以红三叶种子进行试验,结果表明:整套系统图像采集、处理与识别时间约为3 s;运用高级形态学处理识别破损包衣种子准确率达98.8%;当试验样本为200粒时,总数识别算法的准确率达到99.1%;对合格包衣种子以及多籽包衣种子识别相对误差分别为1.18%与3.36%。该识别检测系统实现了拍摄、图像处理、检测识别以及结果保存等功能,实现了包衣种子的无损检测。

红三叶种子离散元仿真参数的标定与试验

为了提高红三叶种子丸粒化包衣过程离散元仿真试验所用参数的准确性,通过休止角测定物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先,通过物理试验获得红三叶种子的基本物性参数和接触参数,并将其作为仿真试验参数选择范围的依据。采用Plackett-Burman试验对仿真试验参数进行显著性筛选,试验结果表明:红三叶种子-红三叶种子静摩擦系数和滚动摩擦系数、红三叶种子-钢板静摩擦系数对仿真休止角有显著性影响。进一步通过最陡爬坡试验确定显著性参数的最优区间范围,并根据Central composite design设计试验得到仿真试验休止角与物理试验休止角相对误差的二次回归模型,以相对误差的最小值为优化目标得到最优参数组合:红三叶种子-红三叶种子静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.605和0.637、红三叶种子-钢板静摩擦系数为0.388。在最优参数组合下仿真试验休止角结果24.43°与物理试验休止角结果24.57°的相对误差为0.57%,验证了仿真试验的可靠性。研究结果表明标定所得的最优参数可用于红三叶种子包衣过程的离散元仿真试验。

旋流式流化床丸化装置数值模拟及试验

为了提高冰草种子机械播种效率、优化冰草种子丸化机的丸粒工艺,设计了旋流式流化床冰草种子丸化装置。应用计算流体力学(CFD)方法对旋流式流化床中冰草种子和丸化粉料间的时空分布情况进行仿真分析,采用Realizable-K-ε湍流模型模拟气相,利用离散相模型追踪固相冰草种子和粉料的运动轨迹。通过对旋流式流化床的仿真模拟,确定了进风风速、种衣剂喷射量、喷射时间等参数。模拟与试验结果表明:当入口风速为3.5 m/s、喷射量为6mL/s、药液喷射时间为1.1s时,冰草种子与丸化粉料之间因被空气分离而悬浮,形成旋流式流化床,此时的种粉间形成液力桥,有效地提高了种粉间的粘结效果及丸粒强度,单籽率及丸化合格率可达到82%及95%。

An Experiment on Releasing Water from Water Tanks by Xu Youzhen during the Ming Dynasty

In 1453,Xu Youzhen,a scholar-bureaucrat and hydrologist in Ming China,was dispatched to Shandong to find a way to harness the Yellow River.He proposed the opening up of multiple channels to diverge the flood waters.An experiment was conducted to compare the efficiency of releasing water using one large opening with the use of a number of small openings.This experiment proved that opening up multiple channels outperformed the construction of only one,thereby convincing the emperor and officials of the efficacy of this method.Xu’s method for water control proved to be successful in averting a flood that occurred in 1456.

振动特性对冰草种子混合均匀性影响的数值模拟

采用离散元法DEM(Discrete element method)对包衣锅内冰草种子和粉料在振动状态下的混合均匀度进行了数值模拟研究,同时建立颗粒运动模型,接触模型采用Hertz-Mindin无滑移模型。选取振幅、振动频率和振动方向作为影响因素,分别设立3个水平,进行种粉混合的正交试验模拟。采用种粉碰撞接触系数q和混合趋于稳定的时间作为试验指标来评价种粉间的混合均匀性,并对3个因素进行极差分析,结果表明:振动方向和振动频率对混合趋于稳定的时间的影响显著,振幅对混合趋于稳定的时间的影响不显著;振动方向和振幅对碰撞接触系数的影响显著,振动频率对碰撞接触系数的影响不显著。综合评估后采用振动方向为Z方向、振幅为8 mm和振动频率为20 Hz能获得最佳的混合效果。研究结果对在振动状态下种粉间的混合提供参考依据。

基于ANSYS的振动包衣机机架动态特性及隔振性能分析

利用Catia软件对振动包衣机机架进行三维建模,采用有限元分析软件ANSYS-Workbench对振动包衣机进行模态和谐响应分析,得到固有频率、振型,以及在激振力作用下的动态响应。结果表明:机架第一阶固有频率为64.01 Hz,它与激振器的激振频率60.00 Hz相差6.7%,机架容易发生共振现象,振动激烈程度较为严重,通过主动隔振方法,机架的第一阶固有频率增加至85.19 Hz,它与激振器的激振频率60.00 Hz相差41.7%,有效避开了激振频率,隔振缓冲效果明显;谐响应分析显示了机架的动态响应有明显减小,在激振力作用下,机架的总位移从5.29×10^(-5)m下降到3.24×10^(-8)m,所受到的总应力从8.34 MPa下降到5.37×10^(-3)MPa,且隔振器隔振系数η<1,隔振性能较好。此分析结果为进一步研究牧草种子的振动特性和振动包衣机机架的设计提供了理论参考。