玉米秸秆粉碎沟埋还田机关键技术研究

作     者：王昊 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张强

授予年度：2024年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：玉米秸秆 沟埋还田 离散元 流场仿真 气固耦合 

摘      要：农作物秸秆作为农业生产中的一种重要副产物,既是天然的可再生资源,又是土壤的重要营养源之一。秸秆还田有利于土壤质量的提升,实现农业的可持续发展。我国东北地区玉米秸秆量大、地表低温周期长。针对这些问题,本研究旨在通过设计一种秸秆粉碎揉丝沟埋还田机的揉丝和输送装置,以改善耕层土壤结构。本文主要研究内容包括: （1）对不同节间玉米秸秆的几何力学特性进行研究分析,通过测量不同秸秆不同节间的几何特征,进而得出玉米秸秆尺寸的分布规律,为离散元模型创建提供几何特征的数据支持。玉米秸秆不同节间的力学特性表现出显著差异。为了构建能够准确反映玉米秸秆实际力学参数的数值模型,深入探讨了这些差异,旨在确保所开发的离散元模型能够真实地模拟玉米秸秆的力学行为。 （2）建立玉米秸秆的离散元模型的初始参数集。通过单因素试验筛选出对离散元模型三点弯曲试验峰值力影响较大的因素,确定因素范围值,选取合适水平进行响应面试验,得出最优参数集。该离散元模型的主要参数为:内瓤单位面积法向刚度2.5×1010N/m3、内瓤法向极限应力6MPa、外皮单位面积法向刚度6.9×1012N/m3外皮法向极限应力275MPa。在最优参数下的三点弯曲力位移曲线与实际试验曲线的变异系数为0.37。 （3）阐明玉米秸秆粉碎揉丝沟埋还田机的整机结构以及工作原理,对玉米秸秆沟埋还田机的输送装置进行参数设计、计算建模;确定风机出风口尺寸为155mm×200mm。输送管道内全程压力损失为712.47Pa,风机叶片直径为0.42 m,风机转速为2000r/min;采用SST k-?湍流模型建立输送装置的计算流体力学模型,对输送装置进行仿真分析,得出输送装置截面上的速度、压力分布情况。结合截面速度压力分布对风机进行优化设计,得出输送叶片数为4,风机转速为2000r/min。 （4）对揉丝装置进行设计分析,得出玉米秸秆破碎的揉搓辊直径为220mm,锯齿锥角?为53.9°。使用EDEM与Fluent耦合分析输送转轴在不同转速下的输送距离。以输送风机转速为1800 r/min、2000 r/min、2200r/min为因素,以输送距离为指标进行输送试验,验证仿真模型的有效性。