勺轮式蚕豆排种器设计与排种性能研究

为提升蚕豆机械化播种率,提出一种结构简单的勺轮式蚕豆排种器,分析不同排种转速与种子类型对排种性能的影响。首先,介绍勺轮式排种器结构与工作原理,统计分析蚕豆种子外形尺寸并划分为三类(小粒、中粒、大粒),设计蚕豆种子排种勺结构,理论分析排种器取种过程、清种过程与传种过程;然后,利用EDEM软件仿真排种器工作性能,建立排种器与三类蚕豆种子的仿真模型;最后,以合格指数、重播指数、漏播指数为排种性能评价标准,开展台架试验,验证勺轮式蚕豆排种器的可行性。结果表明:仿真环境下,排种器内蚕豆种子实际充种线的水平倾角与排种转速呈正相关。排种器适宜排种转速为10 r/min,中粒种子排种性能指标最优,其播种合格指数为90.3%,重播指数为6.9%,漏播指数为2.8%。当排种转速为10 r/min时,仿真试验的综合排种性能为:合格指数89.5%,重播指数6.25%,漏播指数4.25%;台架试验的综合排种性能为:合格指数89.2%、重播指数7.1%、漏播指数3.7%,与仿真试验结果基本一致,满足蚕豆播种要求,验证勺轮式蚕豆排种器的可行性。

油菜高速机械离心式集排器设计与试验

针对传统油菜机械离心式集排器高速作业时供种及投种能力不足,导致排种量与作业速度不匹配、排种性能不稳定等问题,设计了一种被动式供种、“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔投种的油菜高速机械离心式集排器。构建了供种、投种过程中的力学模型,分析确定了影响排种性能的关键结构参数;利用EDEM离散元仿真开展了供种调节高度对供种速率调节量影响的试验,结果表明当供种调节高度为3~8 mm时,供种速率在64.95~357.54 g/min范围内可调;采用两因素三水平正交试验分析了限种套筒下摆高度及倾角对初始种量、临界转速及环状种层最大高度的影响。通过台架试验确定了较优限种套筒结构参数,结合高速摄影对比了5种型孔结构下动锥体转速与排种量关系,确定最优型孔结构为“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔。较优参数组合集排器排种性能验证试验结果表明:当转速为115~205 r/min时,排种速率为60.96~355.76 g/min,油菜各行排量一致性变异系数均低于5.2%,总排量稳定性变异系数均低于1.3%,破损率低于0.5%,满足作业速度6~12 km/h时的排种量要求。田间试验结果表明,当机组作业速度为7.89、11.98 km/h时,油菜各行植株均匀性变异系数低于11%,种植密度为43~58株/m^(2),满足油菜精量播种要求。

基于EDEM的离心式排种器排种性能数值模拟

建立了离心式排种器的离散元仿真模型,对离心式排种器工作过程中油菜籽的运动过程进行了仿真分析,确定了油菜籽的运动规律并研究了内锥筒中种量与临界转速的关系、排种器转速与总排量的关系。仿真结果表明:随着内锥筒中的种子质量增多,临界转速呈递减趋势,而随着转速的增加,总排量呈增加趋势。仿真与台架试验验证结果一致,表明采用离散元法分析离心式排种器性能是可行的。

基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验

为研究玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹式精量排种器排种性能的影响,对排种器工作原理进行阐述,建立了指夹夹持动力学模型,分析了充种夹持过程中玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响。运用EDEM软件进行排种性能虚拟试验,分析了排种过程中造成不同尺寸等级籽粒产生重播、漏播问题的主要原因。仿真结果表明,当工作转速15~45 r/min时,排种器对中型尺寸籽粒的排种性能最优,其合格指数大于84%;对大型尺寸籽粒的排种性能次之;对小型尺寸籽粒的排种性能较差,其合格指数大于80%。随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势。在相同工况（15~45 r/min）下选取3种相应尺寸等级玉米籽粒,进行台架验证试验。结果表明,台架试验结果与仿真基本相同,合格指数最大误差为7.4%,且排种性能随玉米籽粒尺寸及工作转速的变化规律一致。田间试验表明,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆满足精密播种要求。该研究为指夹式精量排种器及其关键部件的优化设计提供了参考。

EDEM颗粒体仿真技术在排种机构研究上的应用

为准确研究排种机构的工作过程,真实反映散粒体物料定量分配过程中的复杂力学及运动学规律,引入EDEM颗粒体仿真技术,对一种机械式大豆高速精密排种器进行研究。通过全局变量设置、颗粒模型创建、几何体模型导入、运动属性添加以及颗粒工厂的定义,模拟大豆在排种器内充种、护种、清种、排种等运动过程并获得相关数据。研究表明,该方法所获得的结果与试验数据有很高的拟合度,且具有数据、图表、动画等多种输出方式,可高效、便捷地处理散粒体农业物料精确定量分配问题。

基于EDEM的窝眼轮式油菜排种器排种性能仿真与试验

【目的】研究不同型孔结构对窝眼轮式油菜排种器种子群扰动及排种性能的影响。【方法】借助离散元分析软件EDEM对3种不同型孔结构的窝眼轮式油菜排种器进行仿真分析,并进行试验验证。【结果】型孔结构对种子群扰动影响明显,种子群扰动量越大充种性能越好;转速在10~50 r·min^(-1)时,种子群扰动最大的30°倒角窝眼轮合格指数为86.6%~95.8%,明显优于不倒角窝眼轮的67.5%~90.6%和半径1.25 mm倒圆角窝眼轮的79.2%~93.5%。各轮对比试验发现,相同转速下,种子群扰动量越大漏播指数越小,型孔囊种空间大小因倒角方式而不同,且囊种空间越大,重播指数和变异系数也越大。【结论】影响各轮排种性能的主要因素是工作转速;由于重播指数较小,故合格指数主要受漏播指数影响;仿真与试验的结果有偏差,但变化趋势及其相互之间关系基本一致,用EDEM对排种器进行仿真分析具有一定可行性。

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证

为研究种群扰动对排种器充种性能的影响,该文基于离散单元法理论,以气压组合孔式排种器为模型,运用EDEM软件对4种不同型孔结构排种盘的种群运动进行了仿真分析,以种子法向应力跳动量和种子平均法向应力总和作为指标,分析了各排种盘在不同转速条件下的种群内摩擦力的变化,仿真结果表明,种群扰动强度的增大并不能显著减少种子法向应力的总量,但会降低种子瞬态的法向应力即瞬时种子内摩擦力,据此推断出扰动强度最大的排种盘的充种性能较其他排种盘更优。在排种器试验台上进行了验证试验,选取6种转速,以漏充率为指标,分别对4种排种盘进行试验,结果显示扰种强度最高的排种盘在各转速条件下的漏充率最低。对比仿真与试验结果发现,增强排种盘对种群的扰动可以在一定程度上提高种子的充种性能。

水平圆盘式小白菜精量排种器的设计与试验

为提升小白菜机械化种植水平,以金宇盛辉四季小白菜种子为研究对象,设计一种带有导种槽型孔及采用清种后直接投种原理的水平圆盘式白菜精量排种器,并通过理论分析确定其关键参数。为分析小型手推式播种机作业速度对排种器工作性能的影响,以播种机作业速度为试验因素,单粒率、多粒率、空粒率为试验指标,运用EDEM软件进行虚拟仿真试验。结果表明:随着机器作业速度的增加,其排种性能先升后降,且在机器作业速度为0.5 m/s时排种性能最佳,排种单粒率为93.06%、多粒率为3.98%和空粒率为3.06%,并通过台架试验进行验证,得到台架试验结果与仿真试验结果之间的误差在3%以内,符合小白菜种子的播种农艺要求。

大型立式多级离心泵轴向力平衡装置研究

针对多级离心泵轴向力平衡问题,对大型立式多级泵轴向力平衡装置展开了研究,并分析对比了其在不同流量和泵级数下的轴向力平衡效果。通过数值模拟和试验研究,对立式多级泵轴向力和平衡装置推力进行了计算与分析,比较了不同工况下轴向力和推力的变化趋势及轴向力平衡效果。结果表明,多级泵轴向力、平衡装置推力与流量呈负相关,而轴向力平衡效果随着流量增大而加强;随着泵级数增加,多级泵轴向力呈现上升趋势,并且立式多级泵轴向力与泵级数呈非线性倍数关系,六级泵轴向力约为三级泵的2.5倍,推力装置的轴向力平衡效果随着泵级数增加而弱化;该轴向力平衡装置能够有效平衡大型立式多级离心泵轴向力,在各工况下能够平衡多级泵50%以上的轴向力;基于扬程估算推力与试验结果相近,可作为平衡装置推力快速估算方法。研究结果可为多级离心泵的设计及应用提供参考。

不同品种大豆种子充填特性的EDEM仿真分析

为了研究不同品种大豆种子在排种器中的充填特性,以东农52、黑河44和青仁黑豆为研究对象,测量种子的长、宽、厚,并计算其均径、球度、变异系数等参数,分析了不同种子之间参数的差异以及种子长、宽、厚的比例分布。以窝眼轮式排种器为试验模型,运用EDEM对不同品种大豆种子的充填特性进行模拟试验,并对试验数据进行分析。结果表明,种子品种间的差异对单粒率、多粒率影响显著,对空粒率影响不显著;随着球度的减小及变异系数的增加,单粒率平均值从96.33%减小到82%,多粒率平均值从2%上升到16.33%。

基于EDEM的内充种式棉花排种器排种仿真试验

【目的】为了优化内充种式棉花排种器的最优排种性能参数组合,提高排种合格率、降低漏播率和重播率.【方法】选取内窝孔深度、入种口高度、排种盘转速为影响因素,运用EDEM软件对棉花排种器排种性能进行三因素三水平响应面试验,并对仿真试验的优化结果进行了验证.【结果】仿真结果表明:当排种盘转速为12.11 r/min、内窝孔深度为6.12 mm、入种口高度为58.23 mm时为较优组合,此时排种器排种合格率为98.58%、漏播率为0.08%、重播率为1.34%.验证试验表明:在较优组合条件下测得排种合格率为95.31%、漏播率为1.66%、重播率为3.03%.重点指标合格率误差为3.27%(<5%).【结论】基于EDEM的排种器排种仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考是可行的.

基于EDEM-Fluent耦合的气流分配式排种器数值模拟与试验

【目的】解决水稻机械直播速度慢、效率低的问题。【方法】采用气流分配式排种器进行水稻直播,优化设计一种由R可调节的喇叭口式内腔与α可变的分流密封盖组成的α-R式气流分配式排种器,利用EDEM-Fluent耦合模块,对气流分配排种过程进行数值模拟;并进行排种性能台架验证试验。【结果】仿真结果显示,α-R组合式分配器中水稻颗粒最高运动速度为5.416 m·s^(-1),且旋涡滞种区域面积也低于传统结构,水稻颗粒在分配器中排出顺畅;R=180 mm、α=20°时,排种均匀性变异系数为24.56%,各行一致性变异系数为3.79%,总排量稳定性变异系数为1.23%,3项指标均为最优。采用3D打印的分配器进行台架试验,结果显示该排种器排种均匀性变异系数为29.17%~30.86%,各行一致性变异系数为4.13%~4.33%,总排量稳定性变异系数为1.4%~1.7%,满足水稻机械直播要求。【结论】多次试验结果稳定,与仿真结果较为接近,说明本次设计的气流分配式排种器满足要求,也表明利用EDEM-Fluent耦合模拟的正确性与可行性。

基于EDEM的勺轮式葵花排种器离散元仿真研究

为研究葵花籽种类、排种盘转速以及排种口角度对勺轮式葵花排种器排种性能的影响,以勺轮式葵花排种器为研究对象,选取大、中、小三种不同尺寸且不同品种的葵花籽粒,四个转速(10rpm、15rpm、20rpm、25rpm)以及两个排种口角度(135°,150°),以排种量、排种均匀性为指标,运用EDEM软件对排种器排种性能进行仿真,结果表明:转速与排种量成正相关,排种口角度和葵花籽粒品种对排种量的影响成负相关;排种均匀性受转速与品种的影响,在一定范围内,排种均匀性随着转速的增加先上升后下降,最佳排种转速为20rpm,且排种均匀性受品种因素影响显著。相同工况下,通过台架试验对仿真结果进行验证,试验数据与仿真数据非常接近,偏差较小,试验结果与仿真结果一致。研究为勺轮式葵花排种器的进一步发展提供理论依据,同时表明,通过离散元方法运用EDEM软件对勺轮式葵花排种器进行动态仿真分析是可行的。

基于EDEM的双腔式棉花精量排种器排种性能仿真研究

以双腔式棉花排种器为研究对象,通过利用离散元仿真分析软件EDEM对排种器的工作过程进行仿真分析,确定了对取种器取种性能产生较大影响的因素为V型槽角度、进种口直径和后腔上部长度,利用虚拟仿真试验确定最优的取种器结构尺寸参数组合,仿真试验结果表明最佳结构参数为:取种器前腔长度11 mm、前腔宽度10.5 mm、前腔高度15 mm,V型槽长度35 mm、V型槽高度设计为7 mm、V型槽的角度为60°。取种器后腔进种孔直径6 mm、取种器后腔上部长度为7.5 mm、投种口长度14 mm。最后通过台架试验与仿真试验进行对比,确定了通过EDEM的仿真研究能够为排种器的设计制造提供参考。

可抗高离心加速度的气压箱设计

在惯性器件的离心-气压复合校准中,气压箱的结构设计决定了传感器的校准精度。而现有的气压箱结构无法满足高离心加速度下的使用要求,因此提出了一种可抗高离心加速度的气压箱结构,以实现高离心加速度下惯性器件的复合校准。为了解决在高离心加速度下气压箱气体泄露问题,通过设计气压箱的结构材料和密封技术研制了一种高密封低气压的实验箱,进而对其箱体强度进行校核计算,得到各个部分的最大受力强度。根据所得数据进行数值仿真,分析在不同离心加速度下的箱内气压分布情况,并在高离心加速度条件下进行了不同气压的试验测试,证明所设计的气压箱在高离心加速度环境下仍能保证系统内部气压的稳定性。因此该气压箱能够用于离心-气压复合校准装置中,实现对惯性器件的高精度复合校准。

气吸圆盘式微型薯排种器充种性能模拟与试验

为提高气吸圆盘式微型薯排种器充种性能,以云南丽薯6号微型薯为播种对象,基于离散元法,以种子平均法向应力方差为指标,对振动频率和振动幅度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验结果与仿真效果一致。结果表明:增加振动频率和振动幅度可以增大种子平均法向力方差,增强对种子的扰动性,从而提高充种性能。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素五水平二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行排种性能试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在作业速度为2.4 km/h,吸种负压为6 kPa,种层高度为70 mm,振动频率为6.5~6.9 Hz,振动幅度为20~21 mm时,合格指数大于95,重播指数和漏播指数小于2.5。

滑片型孔轮式水稻精量排种器排种性能数值模拟与试验

针对现有水稻旱直播机排种器适应性差和排种精度低的问题,该文设计了一种滑片型孔轮式排种器。引用球度表示水稻种子三轴尺寸,利用EDEM软件对3种球度水稻种子在6种排种轮转速下的排种器排种过程进行仿真试验,得到不同球度水稻种子在不同排种轮转速下的排种性能变化规律,分析了排种轮转速和种子球度对排种性能的影响。仿真结果表明:当排种轮转速在15～40 r/min时,冈优898种子的排种性能优于国丰一号种子和冈优3551种子的排种性能;当排种轮转速在15～30r/min时,3种球度水稻种子的排种合格率在84.01%～87.91%之间;当排种轮转速大于30r/min时,随着排种轮转速增加,排种合格率显著下降。在此基础上,选用不同球度的5个水稻品种种子为试验材料,选取排种轮转速和种子球度为试验因素,以排种合格率、漏播率和重播率为评价指标,采用二次回归正交旋转组合设计,进行排种器台架试验。利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果数据进行分析,建立排种性能指标与排种轮转速和种子球度之间的回归方程,得到响应面图,并对仿真结果进行验证。根据回归方程进行优化,得到最佳工作参数:排种轮转速为27.12 r/min、种子球度为44.61%,此时,排种合格率为83.90%、漏播率为5.43%、重播率为10.67%,排种性能最佳;排种器台架试验结果与仿真结果基本相同,排种性能随排种轮转速和种子球度的变化规律一致。田间试验结果表明,排种器对各尺寸等级水稻种子的排种性能皆满足水稻精量穴直播的播种要求。研究结果可为滑片型孔轮式精量排种器的结构优化及排种性能提升提供参考。

油菜气力滚花滚筒式精量集排器充种性能仿真分析与试验

为提高油菜气力滚筒式精量集排器的充种性能,设计1种滚花排种滚筒,确定了滚花排种滚筒的结构参数,构建了充种区强制带动层种子的力学模型。EDEM仿真分析滚花结构、排种滚筒转速和充填高度对种群充填角、拖带角和动力学特性的影响。结果表明:滚花排种滚筒拖带角随排种滚筒转速增大而增大,且大于无滚花排种滚筒;种群充填角随排种滚筒与种群间的摩擦力增加而增加。同时,随排种滚筒转速的增加,种群所受合力、法向力和切向力以及种群速度线性增加;随充填高度的增加,种群所受合力和种群速度线性增加,且排种滚筒转速或充填高度一定时,滚花排种滚筒的种群动力学特性优于无滚花排种滚筒。台架试验表明:当排种器负压为-2 500Pa、正压为500Pa、充填高度为-5mm、排种滚筒转速为30r/min时,合格指数90.10%,漏播指数1.56%;当排种滚筒转速在15~50r/min范围内时,各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数分别低于5.5%和2.0%,种子破损率低于0.2%。田间试验结果表明,以滚花排种滚筒为关键部件的集排器能满足油菜播种机技术要求。

基于CBR的机械式大豆排种器设计重用技术

为缩短机械式大豆排种器设计周期,降低设计成本,研究了机械式大豆排种器设计重用技术。运用物元模型表示排种器设计知识,构建排种器实例物元数据库,并与排种器参数化模型库共同组成排种器实例库;将排种器实例属性划分为基本参数、匹配参数和评价参数,通过基本参数的匹配缩小检索范围,利用改进的最近邻算法计算匹配参数和评价参数的相似度,实现相似实例的快速检索;利用规则关联的方法建立设计需求与排种器参数化模型主驱动参数间变换关系,通过对模型主驱动参数的调整实现实例的修改;采用Visual Basic语言、结合计算机辅助三维交互应用(Computer aided three-dimensional interactive application,CATIA)软件实现机械式大豆排种器交互式设计重用,运用工程离散元方法(Engineering discrete element method,EDEM)对重用排种器进行虚拟仿真,根据仿真分析结果提出改进意见,并对改进后的排种器进行仿真验证与台架试验。结果表明,改进后的排种器作业性能得到了提高,验证了该设计重用技术的可行性和有效性,可为农机装备的智能化设计研究提供技术借鉴。

离心风机蜗壳内加装旋涡破碎装置的实验研究

基于k-ε紊流模型,采用Fluent软件对电站常用的G4-73型离心风机进行全三维数值模拟,模拟结果表明离心风机蜗壳内存在向前螺旋推进的大尺度漩涡。设计了一种漩涡破碎装置,进行加装装置前后的性能实验和噪声实验。实验结果表明,加装旋涡破碎装置后,相对流量大于45%时,风机全压明显增大,且高效区拓宽;当相对流量小于100%时,风机噪声降低,且在最高效率点处,风机中、低频段噪声明显降低。该旋涡破碎装置的设计对电厂的节能降噪及解决风压不足等问题具有一定的指导意义。