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内充气吹式玉米排种器工作性能EDEM-CFD模拟与试验

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农业工程学报 2017年第13期33卷 23-31页

作者：韩丹丹张东兴杨丽李克鸿张天亮王云霞崔涛中国农业大学工学院北京100083

针对内充气吹式排种器组合气嘴低位安装对供气系统气流稳定性要求高、田间作业适应性差的问题,为优化内充气吹式排种器结构、改善工作性能,运用EDEM-CFD耦合分析方法,采用玉米籽粒粘结颗粒模型,以气嘴安装位置、工作压强和前进速度为试... 详细信息

针对内充气吹式排种器组合气嘴低位安装对供气系统气流稳定性要求高、田间作业适应性差的问题,为优化内充气吹式排种器结构、改善工作性能,运用EDEM-CFD耦合分析方法,采用玉米籽粒粘结颗粒模型,以气嘴安装位置、工作压强和前进速度为试验因素进行正交试验优化仿真,提取关键参数充种极限速度和充种时长为评价指标进行分析,结果表明气嘴安装位置、工作压强和前进速度对充种极限速度影响显著而对充种时长影响不显著,充种极限速度和充种时长在0.05水平上呈显著负相关关系,较大充种极限速度和较短充种时长有利于提高排种器充种性能;对不同作业状态下的合格率、重播率、漏播率等作业指标进行分析表明气嘴安装位置在中位时合格率和充种极限速度呈显著正相关,低位和高位时因清种效果不佳导致合格率和充种极限速度呈负相关,中位时排种效果较佳。为验证仿真结果,进行气嘴安装位置和工作压强的全因素试验,结果表明,气嘴安装位置为中位时作业效果最佳,合格率大于90%,明显优于低位、高位状态,与仿真结果一致;在确定组合气嘴中位安装结构参数下,进行工作压强、前进速度的全因素试验,结果表明,前进速度为5~10 km/h、工作压强为4.5~5.5 k Pa时,排种器合格率较高,均为90%以上,该区间各工作参数下对合格率影响不显著。

关键词：农业机械计算机仿真优化精量排种器充种性能离散单元法

基于离散元的玉米种子颗粒模型种间接触参数标定

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农业工程学报 2016年第22期32卷 36-42页

作者：王云霞梁志杰张东兴崔涛史嵩李克鸿杨丽中国农业大学工学院北京100083

由于EDEM(离散元法)中建立的玉米种子颗粒模型与实际玉米种子在外形、表面粗糙度等方面存在差异,若直接将实际测量的物性参数引入EDEM中进行仿真,会出现仿真失真的情况。针对此问题,该文提出一种建立数学回归模型主动寻找目标参数的方法... 详细信息

由于EDEM(离散元法)中建立的玉米种子颗粒模型与实际玉米种子在外形、表面粗糙度等方面存在差异,若直接将实际测量的物性参数引入EDEM中进行仿真,会出现仿真失真的情况。针对此问题,该文提出一种建立数学回归模型主动寻找目标参数的方法,简化标定过程,将仿真试验和真实试验相结合,对玉米种子颗粒模型的种间静摩擦系数和滚动摩擦系数两个关键参数进行标定,使其在EDEM中建立的玉米种子颗粒重新获得与真实颗粒相近的物理特性。利用两种接触材料(有机玻璃板与铝质圆筒)进行玉米种子堆积角仿真试验,建立两个自变量为种间静摩擦系数、种间滚动摩擦系数的二元回归方程。以实际测量种群堆积角作为已知目标量进行数值求解,求得EDEM中玉米种间静摩擦系数和滚动摩擦系数这两个目标参数:玉米种间静摩擦系数为0.0338,玉米种间滚动摩擦系数为0.0021。将标定的玉米种子物性参数输入EDEM中进行仿真试验,通过提取关键特征尺寸和图像边界将试验结果与实际试验结果进行对比,结果表明:关键特征尺寸数值差异在4.70%以内,标定后的玉米种子堆积角边界与实际情况更接近,提高了仿真结果的可靠性。

关键词：模型摩擦标定种间接触参数离散元玉米

排种盘和负压腔室同步旋转气吸式玉米精量排种器设计

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农业工程学报 2017年第23期33卷 15-23页

作者：颜丙新张东兴崔涛和贤桃丁友强杨丽中国农业大学工学院北京100083 农业部土壤-机器-植物系统技术重点实验室北京100083

针对传统气吸式排种器工作时排种盘与负压腔室的密封垫之间相对转动,易导致密封垫磨损,从而造成排种器密闭性下降、风压需求增加、作业精度降低等问题,设计了一种排种盘和负压腔室同步旋转的气吸式排种器,将排种盘与负压腔室固定连接,... 详细信息

针对传统气吸式排种器工作时排种盘与负压腔室的密封垫之间相对转动,易导致密封垫磨损,从而造成排种器密闭性下降、风压需求增加、作业精度降低等问题,设计了一种排种盘和负压腔室同步旋转的气吸式排种器,将排种盘与负压腔室固定连接,作业时同步旋转,使排种盘和密封垫之间不产生相对运动,达到无摩擦、低气压损失、高排种精度的效果。基于机械扰种和重力辅助充种原理,将该排种器排种盘设计为带直线凸起的环形锥台,分析确定了排种器工作区域,计算了排种盘的关键结构参数。以含水率为12.8%,千粒质量为351 g的郑单958未分级种子为试验对象,借助中国农业大学自主研发的排种器性能检测仪对该排种器作业效果进行了室内试验,结果表明:作业速度10 km/h以下,所研制的排种器在负压值–3.5~–5.5 kPa时,粒距合格指数均能达到91.6%,漏播指数均小于5.2%,重播指数均小于5.4%,各项指标优于国标要求,能实现有效排种。与Kverneland排种器的对比试验表明,要达到相同合格指数,设计的盘室同步气吸式精量排种器所需负压值更低。

关键词：机械化种子设计气吸式排种器机械扰种重力辅助

气压式玉米精量播种机均匀低损配气机构设计与试验

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农业工程学报 2016年第19期32卷 9-17页

作者：殷小伟杨丽张东兴崔涛韩丹丹张天亮虞异茗中国农业大学工学院北京100083

针对气压式玉米精量播种机配气系统存在各行气流分配不均、气压损失及气流速度损耗较大的问题,基于加压导管定常不可压缩湍流模型损失理论,探明了气流损失及分配不均的原因。采用等效仿真简化模型,通过CFD(computational fluid dynamic,... 详细信息

针对气压式玉米精量播种机配气系统存在各行气流分配不均、气压损失及气流速度损耗较大的问题,基于加压导管定常不可压缩湍流模型损失理论,探明了气流损失及分配不均的原因。采用等效仿真简化模型,通过CFD(computational fluid dynamic,CFD)仿真4种不同气路结构中气压损失及气流速度损耗,分析得出最佳气流分配方式;通过正交试验,得出分配器最优结构形式;确定了配气机构连接段最优母线形状为内凹-外凸组合型曲线,连接段长度以及组合曲线内凹外凸水平长度比是2个影响配气机构性能的关键参数,连接段长度值越大,节锥角越小,且组合曲线内凹外凸水平长度比在3附近时气压损失及速度损耗最小。与常用配气机构进行对比试验,试验结果表明,常用配气机构的气压损失在30%以上,而该低损配气机构能够将气压损失减小到10%以内,气流速度损耗不显著,各行压力一致性变异系数在4%以内。

关键词：农业机械计算流体力学气压式配气机构玉米精量播种机气压损失速度损耗

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证

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农业工程学报 2015年第3期31卷 62-69页

作者：史嵩张东兴杨丽崔涛李克鸿殷小伟中国农业大学工学院北京100083

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... 详细信息

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。

关键词：农业机械种子试验精量排种器充种性能数值模拟

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气压组合孔式玉米精量排种器设计与试验

农业工程学报 2014年第5期30卷 10-18页

作者：史嵩张东兴杨丽崔涛张瑞殷小伟中国农业大学工学院北京100083

该文将排种器型孔和种子搅拌装置相融合,取消了传统气力式排种器复杂的种子搅拌装置,设计了1种气压组合孔式玉米精量排种器。阐述了正压气流与导槽相结合来提高排种器充种性能的原理,计算确定了其主要结构参数。以重播指数、漏播指数及... 详细信息

该文将排种器型孔和种子搅拌装置相融合,取消了传统气力式排种器复杂的种子搅拌装置,设计了1种气压组合孔式玉米精量排种器。阐述了正压气流与导槽相结合来提高排种器充种性能的原理,计算确定了其主要结构参数。以重播指数、漏播指数及粒距合格指数为指标,对其分别进行了台架试验和田间试验。结果表明,该排种器漏播指数、重播指数、合格指数等指标明显优于气吸式排种器,且田间工作性能稳定。

关键词：播种农业机械试验精量排种器气力式组合型孔导槽

基于EDEM-CFD耦合的内充气吹式排种器优化与试验

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农业机械学报 2017年第11期48卷 43-51页

作者：韩丹丹张东兴杨丽崔涛丁友强卞晓慧中国农业大学工学院北京100083

针对内充气吹式排种器对圆形种子适应性差、排种效果不佳的问题,对内充气吹式排种器进行优化设计,为增强种子充填容积和气流压附力在型孔底部开设不同结构的槽孔。基于离散单元法理论建立玉米籽粒粘结颗粒模型,运用EDEM-CFD耦合分析方法... 详细信息

针对内充气吹式排种器对圆形种子适应性差、排种效果不佳的问题,对内充气吹式排种器进行优化设计,为增强种子充填容积和气流压附力在型孔底部开设不同结构的槽孔。基于离散单元法理论建立玉米籽粒粘结颗粒模型,运用EDEM-CFD耦合分析方法,以型孔内种子在排种盘转动过程中所受的曳力值为指标,在入口风速为30 m/s、前进速度为8 km/h的工作条件下对3种不同型孔结构排种盘进行圆粒种子排种效果的耦合仿真,分析排种过程中圆粒种子所受曳力的变化情况及清种和压种性能。仿真结果表明:同一排种盘中,因大圆粒种子迎风面积大于小圆粒种子,所受曳力均大于小圆粒,迎风面积大的颗粒更易被清出型孔;径向内开方孔盘型孔内气流对颗粒的曳力及压附力均较大,且增大了型孔对种子在径向方向的充填容积,该盘对圆粒种子及混合种子的工作效果均较好。为验证仿真结果进行台架试验,当前进速度为8 km/h时进行3种排种盘工作压强的单因素试验,结果表明,径向内开方孔盘合格率随工作压强的增大而增大,当工作压强大于5.5 k Pa时,合格率超过95%,明显优于其他2个排种盘;对径向内开方孔盘进行前进速度为4~12 km/h、工作压强为4~8 k Pa的双因素试验,结果表明,合格率随着前进速度和工作压强的增大而增大,针对不同前进速度,当工作压强高于6 k Pa时,合格率接近96%,漏播率低于1%。

关键词：精量排种器内充气吹式离散单元法 EDEM-CFD 结构优化