基于EDEM-RecurDyn双向耦合的电铲挖掘质量计算方法研究

针对矿用电铲挖掘物料体积难以准确预测的问题,从理论方面确立了实际挖掘物料体积与理论挖掘物料体积的比值系数k_(1),然后以国产WK系列电铲为研究对象,建立1/30的电铲缩比模型,依据电铲的实际挖掘工况,建立挖掘物料的离散元模型。利用接口技术实现挖掘过程的EDEM-RecurDyn双向耦合仿真,从挖掘初始角、最大挖掘厚度和颗粒尺寸、堆面安息角4个因素进行挖掘过程多次仿真,得到每种工况下的k_(1)。最后为了验证仿真结果的准确性,搭建电铲缩比模型试验台进行挖掘试验,结果表明:仿真模拟的比值系数k_(1)与试验测得的比值系数k_(1)在峰值和变化趋势方面都基本一致,验证了利用EDEM-RecurDyn双向耦合仿真可以较准确地估算电铲的实际挖掘质量,为电铲的挖掘轨迹优化提供了可靠依据。

基于EDEM-RecurDyn的玉米指夹式排种器振动特性分析与优化

为降低振动对指夹式排种器排种性能的影响,设计了一种具有辅助夹持结构的玉米指夹式排种器,阐述了指夹式排种器工作原理,并对辅助夹持的指夹和种盘等各关键构件结构进行了优化设计,建立了指夹夹持动力学模型。运用RecruDyn软件建立排种器虚拟样机模型,基于玉米籽粒特性在EDEM软件中构建玉米籽粒颗粒,通过EDEM-RecurDyn耦合仿真模拟了振动条件下排种器充种、携种及排种过程,分析对指夹式排种器排种性能影响的主要因素。最后结合台架试验,选取排种器作业速度、振动幅值和振动频率为试验因素,以排种器合格指数和漏播指数为试验指标进行排种性能试验验证。研究表明,指夹打开28.65°夹持玉米籽粒时,符合指夹式排种器在振动条件下的运动过程,耦合仿真分析结果与指夹式排种器实际运动过程基本一致,夹持过程中指夹和种盘共同配合下能够有效降低振动对排种器夹持性能的影响,满足设计要求;当作业速度为3.8 km/h、振动幅值为5 mm、振动频率为32.52 Hz时,排种器合格指数和漏播指数分别为91.0%、6.68%,排种器台架验证试验得出该参数组合下排种器排种合格指数为和漏播指数分别为90.0%、7.1%,与理论优化值非常接近,证明辅助夹持结构在排种作业中可以保持较好的稳定性,使得排种器具有良好的排种效果,满足精密播种作业要求,为玉米精密播种装置的改进设计提供参考。

基于EDEM仿真的机械式辣椒精量排种装置设计与试验

针对辣椒漂浮育苗中,人工点播存在的劳动强度大、播种效率低和劳动成本高等问题,在磁力回位型排种器的基础上,提出一种适配辣椒漂浮育苗的机械式辣椒精量排种装置,使用SOLIDWORKS等软件对关键结构进行设计和运动分析,并利用EDEM仿真软件对排种装置进行仿真。选取曲柄电机转速、种量和曲柄直径为影响因子,单粒率、重播率和漏播率为评价指标,进行基于Box-Behnken设计的响应曲面法试验,并对试验结果进行分析,采用权重结合隶属度计算综合得分对排种装置的参数组合进行评价,得到排种装置的最优的参数组合为:曲柄电机工作转速260 r·min^(-1),种量4 000粒,曲柄直径28 mm。样机试验播种单粒率、重播率和漏播率分别为91.46%、7.29%和1.25%,满足辣椒漂浮育苗生产技术要求。

基于EDEM的砂卵石地层盾构刀具磨损特征研究

为揭示砂卵石地层土压平衡盾构典型刀具的磨损特征,指导该地层中盾构刀具的设计、布置等关键问题。采用室内三轴试验及数值离散元软件(EDEM)仿真分析,标定了颗粒-刀具磨损接触参数。依托北京新机场“磁各庄-1号风井”砂卵石盾构工程,构建了砂卵石地层EDEM数值盾构模型,可视化了砂卵石地层土压平衡盾构中典型刀具(楔犁刀、刮刀)的磨损特征,通过实际工程对模型进行了验证。研究表明:(1)以犁松原状砂卵石土为目的的楔犁刀具是掘进主切削刀具,表现为刀头合金表面以及刃角处连续的摩擦磨损形式,磨损量较大;(2)以剥落输排为目的刮刀主要表现为刀身迎土面以及刀头合金表面随机的点蚀磨损,磨损量较小;(3)刀盘径向刀具的磨损量随轨迹半径及刀体高度的增加而增大,同轨迹上高刀的磨损系数高于低刀,高刀对低刀的磨损有保护作用;刀盘径向刀具和环向刀具的“梯次化”布置可延长盾构单次连续掘进距离。

基于EDEM烟草营养土参数标定

为获得准确的烟草营养土离散元参数,采用仿真试验和台架试验相结合的方法,开展烟草营养土离散元仿真参数标定。以烟草营养土休止角为响应指标,采用Hertz-Mindli(no slip)离散元接触模型,设计Plackett-Burman试验,对烟草营养土离散元参数进行因素筛选,对烟草营养土休止角有显著性影响的因素分别为营养土间静摩擦系数、营养土间滚动摩擦系数和营养土—玻璃静摩擦系数;进行三因素三水平的Box-Behnken试验,获得各因素与烟草营养土休止角之间的回归方程。烟草营养土离散元模型参数标定结果为:静摩擦系数0.67、滚动摩擦系数0.35、营养土—玻璃静摩擦系数0.35。在标定所得的离散元模型下,仿真试验所得休止角与台架试验所得休止角值相对误差为2.59%。

基于EDEM的核桃壳仁混合物振动筛分级工艺优化

为提高核桃壳仁混合物的分级效果,对现有核桃壳仁混合物分级设备进行三维实体建模,利用EDEM软件模拟核桃壳仁混合物的分级过程,以筛面上物料的运动速度、质量以及各等级颗粒在统计区域的数量为指标,以振幅、振动频率、振动方向角、筛面倾角为考察因素,对振动筛分级工艺进行优化。结果表明:在振动频率12 Hz、振幅5 mm、振动方向角45°、筛面倾角4°的工艺参数组合下,各等级核桃壳仁的透筛率最高,分级效果最好。

基于EDEM-RecurDyn耦合的玉米剥皮装置仿真分析与试验

玉米适收期短,收获劳动强度大,有关玉米的研究工作总是受这两点限制。玉米剥皮装置中压送轮为橡胶材质,在实际工作中会发生很大的变形,ANSYS与EDEM等软件很难对其建立柔性化的仿真模型。针对以上问题,采用EDEM-RecurDyn耦合的方式,建立玉米剥皮装置柔性化仿真模型,以剥皮辊及压送轮转速为试验因素进行试验,结果显示,当剥皮辊转速为480 r/min、压送轮转速为96 r/min,喂入速度为500 kg/h时,玉米果穗平均受力为15.65 N,受力的方差为7.80,果穗绕自身轴线的转动速度为58.86 r/min,此工况下玉米受力平稳且有较快转速。以果穗剥净率、落籽率及籽粒破损率为试验指标进行台架试验对仿真结果展开验证,当剥皮辊转速为480 r/min、压送轮转速为96 r/min,喂入速度为500 kg/h时,果穗剥净率为90.22%,落籽率和籽粒破损率分别为0.97%和1.07%,试验结果和仿真结果相吻合。此研究表明利用EDEM-RecurDyn耦合建立玉米剥皮装置离散仿真模型,可为此后玉米剥皮装置试验工作提供前期指导,节省试验成本,减轻劳动负担。

基于EDEM饵料投饲机关键结构参数特性分析

为分析水产养殖饵料投饲机设计中关键参数对输送量的影响,以某种投饲机为例,基于EDEM软件,建立投饲机螺旋输送器工作模型。选取螺旋输送器转速、螺距和叶片直径为主要参数,建立3因素3水平正交试验设计表,根据仿真后的结果,计算的输送量极差分别为8.5、9.4和2.5,得出三参数对输送量的影响大小,同时对下料口形状对输送均匀性影响进行分析。结果表明:螺旋输送器的叶片螺距对输送量的影响最大,下料口倾角要大于物料堆积角,有利于提高输送的均匀性。

基于EDEM的茶叶平面圆筛机仿真模拟与参数优化

为解决茶叶的筛分精加工机械设备技术落后的问题,采用EDEM对茶叶平面圆筛机的筛分过程进行仿真模拟分析,以筛分效率和误筛率为评估指标,设计单因素试验验证仿真结果。采用筛分效率和误筛率为性能指标,设计正交试验得出其主要技术参数的回归方程,并利用MATLAB软件对筛网水平倾角、曲柄曲距和筛床转速等主要技术参数进行优化,最佳参数组合为筛网水平倾角5.9°,曲柄曲距37 mm,筛床转速195 r/min。试验结果表明:在最佳参数组合下,平面圆筛机的实际筛分效率和误筛率与仿真结果误差分别为1.89%和1.83%,说明仿真参数的可靠性。研究为提高茶叶平面圆筛机的筛分性能提供参考。

跨行自走式除草机器人设计及仿真分析——基于EDEM

杂草去除是农业生产中不可避免的问题,因此设计了一种跨行自走式除草机器人,能够同时实现行间和株间除草,且行间除草的同时能够起到深松土壤的作用。通过曲柄摇杆机构实现除草刀的摆动,来避开农作物。利用EDEM软件对固定除草深度和速度下不同入土角度的除草过程进行仿真分析,结果表明:相同除草深度和速度下,除草刀具受力随着入土角度的增大而先减小后增大;行间除草刀具选取45°入土角为最优工作参数,株间除草刀具选取60°入土角为最优工作参数;通过仿真计算土壤蓬松度和土壤扰动系数,得到的结果是土壤蓬松度在10%~40%之间、土壤扰动系数大于50%,符合松土壤扰动效果的评价指标。

基于EDEM的榛子双层滚筒筛装置性能仿真试验

为了解决榛子脱苞后筛分效率低的问题,针对榛子脱苞后的物料状态设计了一种双层滚筒筛。运用EDEM仿真软件对其工作状态进行模拟,以滚筒转速、内外筛孔大小、螺旋叶片间距为试验因素,以筛分率和含杂率为评价指标,分析评估各因素对双层滚筒筛性能的影响,以获得双层滚筒筛的最佳工作参数。结果表明:当滚筒筛的内筛孔尺寸为25 mm、外筛孔尺寸为12 mm、转速为36 r/min、螺旋叶片间距为240 mm时,滚筒筛的筛分效率最佳。

基于RecurDyn仿真玉米育种精密播种单体的设计

为解决育种小区玉米播种过程中播种质量和播深均匀性普遍较差等问题,设计出一种玉米小区精密播种单体。该单体针对东北地区采用的免耕形式,通过理论分析对单体的整体结构和关键部件进行优化设计;同时,以前后连杆长度、弹簧刚度系数和弹簧预紧力为试验因素,利用RecurDyn运动学仿真优化软件对安装拉力弹簧的播种单体仿形效果进行仿真与参数优化。田间试验结果表明:设计的精密播种单体播深变异系数为3.47%,符合小区玉米精密播种的作业要求。

基于EDEM仿真玉米高位投种结构参数分析与试验

为解决育种小区玉米高位投种过程中播种质量和粒距均匀性普遍较差等问题,针对排种器与导种管相对位置对粒距均匀性的影响进行了研究分析。通过对投种过程的理论分析,得出高速作业不同粒距条件会影响种子脱离种盘时产生的水平方向分速度,使得种子在导种管内产生碰撞,导致其排出的轨迹无法预测,播种粒距均匀性也随之下降。利用EDEM离散元分析软件对投种过程进行仿真试验,结果表明:在垂直距离344mm的条件下,150~230mm粒距采用水平距离82mm,230~300mm粒距采用水平距离84mm,能够在满足农艺要求并获得较好的粒距均匀性。进行了台架试验验证,结果表明对比未优化单体,优化后的单体能够获得较好的播种质量,粒距均匀性变异系数最大为12.04%,符合小区玉米精密播种的作业要求。

基于EDEM的花生联合收获机清选装置设计与试验

为进一步降低花生联合收获清选除杂过程中荚果损失率高、含杂率高等问题,重点研究了花生混合物(花生荚果—茎秆—土杂)基本物理参数和悬浮特性,创新提出了一种风筛组合式花生清选装置。该振动筛上筛采取锯齿式结构,下筛采取孔式结构,增加了花生混合物运动距离,提高了花生混合物清选效率。为确定振动筛最佳工作参数,结合EDEM仿真软件,建立了花生荚果—茎秆—土杂离散元模型,系统分析了振动筛往复作业过程中花生混合物的运动轨迹,并以振动筛振幅、频率和倾角为试验因素,以损失率和含杂率为试验指标进行试验优化分析,通过Design Expert 10试验分析软件Optimization,对试验结果进行优化。结果表明:在振动筛最佳工作参数下,即振幅为5.4 mm、频率为24 Hz、倾角为8°时,花生混合物损失率为1.57%,含杂率为1.19%。

基于RecurDyn的小型履带式动力底盘设计与仿真分析

丘陵山地是我国果园的重要种植区,由于丘陵山地果园种植环境较为恶劣、空间郁闭,大中型履带式动力底盘的作业质量受到严重影响。针对大中型履带式动力底盘普遍存在转向不灵活、越障性能差等作业困难问题,为了增强丘陵山区果园履带式动力底盘的环境适应能力和通过能力,设计了一种适应丘陵山地果园复杂环境的小型履带式动力底盘。小型履带式动力底盘爬坡能力强、越障性能好、能够在行间1.2m的果园环境中灵活作业,在多体动力学软件RecurDyn中建立动力学模型,对小型履带式动力底盘在硬质和松软两种路面环境下的直线、爬坡和越障3种行驶过程进行仿真分析。结果表明,小型履带式动力底盘的通过性和适应性满足作业要求,该研究能够为丘陵山区小型履带式动力底盘的设计提供理论支持和参考依据。

基于EDEM的马铃薯挖掘装置设计与试验

针对马铃薯收获过程中土壤雍堵、损失率高、明薯率低等问题,通过建立马铃薯土壤离散元模型,重点研究了马铃薯-土壤在收获过程中运动规律,明确了马铃薯在收获过程中挖掘铲与马铃薯团聚体的动态关系,分析了挖掘铲在不同工作参数组合下对马铃薯团聚体碎裂规律。以前进速度、作业深度、入土角度为试验因素,以工作阻力和土壤破碎率为试验指标,进行试验分析设计,通过Design-Expert优化设计,得出挖掘铲最佳工作参数,即前进速度0.5m/s、作业深度170mm、入土角度45°时,工作阻力为1384.65N,土壤破碎率为95.77%,满足马铃薯的收获要求。

基于EDEM的玉米小区排种器种盘充种性能分析试验

鉴于玉米小区试验过程中存在的漏播问题,以气吸式精量排种器的带凹槽种盘为研究对象,基于离散元软件EDEM,以种群受力、种群运动速度为试验指标,分析对比无凹槽种盘以及1、1.5、2mm凹槽深度排种盘对玉米种群搅动情况的影响。仿真试验显示:当充种室内玉米籽粒数量较少时,随着种盘搅种凹槽深度增加,玉米种群的离散度明显增加,玉米籽粒相互间的摩擦明显下降,种盘吸种孔对玉米籽粒的吸附能力能够有效提升。通过台架试验对仿真试验结果进行验证,结果表明:当排种盘搅种凹槽深度为1.5mm、种盘转速为2.5rad/s、吸种负压为-4.4kPa时,排种器的漏播指数为1.450%,重播指数为2.904%,合格指数为95.646%,漏播率显著降低,满足育种试验要求。

基于RecurDyn的变直径脱粒滚筒空心液压缸的设计

基于液压驱动式变直径脱粒滚筒结构原理,设计了一种可实现往复直线运动的空心液压缸,主要由外缸体、活塞杆、内缸体、上下端盖及各种密封件组成。基于RecurDyn,确定了空心液压缸的行程为28mm和负载为2.5t;通过理论计算,确定了外缸体、活塞杆和内缸体的外径分别为115、80、60mm,内径分别为140、90、80mm;最后,通过性能试验验证了其设计的合理性,可确保变直径滚筒的直径在空心液压缸驱动调节机构下可无级调节。

基于EDEM的小麦小区双圆盘开沟器仿真分析

双圆盘开沟器具有不易堵塞和不乱土层优良作业的特点,为了配备在小型小麦播种机上,设计了一种小型双圆盘开沟器。为了获得双圆盘开沟器最小开沟阻力和最优的播深稳定性,以圆盘直径、圆盘聚点位置和圆盘夹角为试验因素,进行了仿真试验分析,得到最优工作参数数据(圆盘直径为210mm,圆盘聚点位置为60°,圆盘夹角为12.60°),此时双圆盘开沟器作业阻力为319.65N,开沟深度变异系数为7.51%。通过土槽试验加以验证,结果表明:与仿真试验相比,开沟作业阻力误差率为2.64%,开沟深度变异系数误差率为2.52%,仿真试验具有一定的可靠性,可为双圆盘开沟器设计优化提供理论依据。

基于EDEM的播种单体精准落地位置预测方法研究

播种精准化、数字化是粮棉作物生产过程智能化管理的基础,精确的单体落种位置可以为农作物生产管理提供数据支撑,并极大地提高农机作业效率。为此,对玉米种子在排种盘和导种管中的受力情况进行分析,提出了落种点位置精准预测动力学模型。以2BMQF-5/10型全还田防缠绕免耕施肥指夹播种器为模拟原型,采用SolidWorks建立传送带与导种管模型,运用EDEM完成玉米种子模型的非球形颗粒填充和种子从进入导种管到落地全过程的仿真模拟实验。将实验获得的数据值与计算值进行分析研究,得到整机作业的前进速度和导种管高度对落种位置的预测规律,并对导种管的物理形态进行改进。研究结果表明:所提出的方法能够有效地预测落种位置,为结合定位系统计算落种绝对位置和后期精准作业管理提供了技术支撑。