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制种玉米与剥皮机构互作过程仿真与试验

农业机械学报 2024年第4期55卷 91-100页

作者：陈俊志史瑞杰戴飞赵武云赵一鸣辛尚龙甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用dem-mbd联合... 详细信息

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用dem-mbd联合仿真技术对制种玉米与剥皮机构互作过程进行模拟研究,采用Box-Behnken试验设计原理,以压送器与剥皮辊间距、剥皮辊转速和剥皮辊间隙为试验因素,以果穗平均前进速度和最大受力为试验指标,进行三因素三水平试验,最后进行台架试验和田间试验。理论分析结果表明:玉米果穗沿剥皮辊轴线方向的前进速度和剥皮过程中所受的作用力能够分别表征苞叶剥净率与籽粒损失率;试验结果表明,制种玉米剥皮机构最佳工作参数组合:压送器与剥皮辊间距为32 mm、剥皮辊转速为430 r/min、剥皮辊间隙为-0.3 mm,此时玉米果穗苞叶剥净率为93.33%,籽粒脱落率为1.802%,籽粒破损率为1.203%,机具田间试验与台架试验结果误差小于3%。试验所用剥皮辊满足制种玉米剥皮的性能要求,所用方法能够为制种玉米剥皮机构的改进提供参考。

关键词：制种玉米剥皮机构 dem-mbd联合仿真柔性模型互作过程

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西洋参精密播种机设计与试验

西洋参精密播种机设计与试验

作者：吕勤昆明理工大学

学位级别：硕士

西洋参既是上等中药材,也是滋补圣品,近年来我国西洋参种植产业加速发展,全国西洋参产量的70%来自于山东文登,约占全世界的23%。山东省文登地区西洋参种植垄型特殊,种子需催芽且流动性差、价格昂贵,导致该地区种植机械化技术落后,工作... 详细信息

西洋参既是上等中药材,也是滋补圣品,近年来我国西洋参种植产业加速发展,全国西洋参产量的70%来自于山东文登,约占全世界的23%。山东省文登地区西洋参种植垄型特殊,种子需催芽且流动性差、价格昂贵,导致该地区种植机械化技术落后,工作效率低下。本文针对上述问题,设计一种西洋参精密播种机,并通过田间试验验证播种机作业性能。本文主要研究内容如下:(1)西洋参种子物理特性测量与参数标定。测量已催芽西洋参种子物理特性与力学特性参数,得出了其三轴尺寸、球度、千粒重、密度、弹性模量、剪切模量、泊松比与接触参数;在Edem软件中建立西洋参种子颗粒模型,通过台架与仿真标定试验,确定了西洋参种子与种子、不锈钢、ABS塑料三种材料间的接触参数。(2)西洋参精密播种机设计。根据山东文登地区西洋参种植农艺要求,设计一种14行西洋参精密播种机,播种行距为10cm,播种株距4.5～8cm可调,播种深度0～4cm可调,工作幅宽1.5m,并分别对西洋参精密播种机、开沟-排种总成及链勺式精密排种器的结构与工作原理进行阐述。(3)链勺式西洋参精密排种器搅种装置设计与充种性能试验。基于西洋参种子物理特性,选择前期对人参种子适应性较好的链勺式精密排种器作为排种部件,通过理论计算与受力分析确定了种勺、搅种装置的结构参数;基于dem-mbd联合仿真模拟添加搅种装置的排种器工作情况,通过与未添加搅种装置的排种器进行仿真试验对比发现,随着排种速度的增加,添加搅种装置的排种器能有效提高充种;通过单因素仿真试验,分析不同的搅种齿排列方式、搅种装置相对安装位置、种勺型孔相对倾角、搅种排种转速比及种层高度对排种器充种性能的影响,确定了搅种齿的排列方式、搅种装置的相对安装位置、种勺型孔的相对倾角;搭建排种器试验台架,以主动链轮转速、搅种排种转速比、种层高度为试验因素,以合格指数、漏充指数、重充指数为试验指标,设计二次回归旋转正交组合试验,通过回归分析与参数优化得出:当主动链轮转速为102r/min,搅种排种转速比为0.25,种层高度为82.5mm时,排种器合格指数为95.09%,重充指数为3.98%,漏充指数为0.93%;在相同工作条件下进行试验验证,验证结果与优化结果无明显差异,优化结果可靠性较高;并通过排种器工作性能试验发现,在测量段内,种子数量变异系数为4.14%,伤种数量均值为0.33粒,种子粒距均匀,伤种率较低,所设计的排种器工作性能满足设计要求。(4)西洋参精密播种机关键部件设计与整机试验。选择双圆盘开沟器作为开沟部件,通过理论计算确定了双圆盘开沟器的关键结构参数;将双圆盘开沟器与链勺式排种器装配成单体形式,确定了装配参数并设计开沟-排种总成结构;对行走轮进行设计,保证较优的行走通过性;对整机传动系统与整机结构进行设计,添加六档变速箱,使整机满足播种深度与株距可调;最后根据排种器结构优化参数与关键部件设计,完成了三维样机装配与实体机器加工,并进行了田间试验:在工作速度为2.14km/h,开沟深度为2.5cm,株距为5cm时,所设计的西洋参精密播种机合格指数为93.29%,重播指数为3.79%,漏播指数为2.92%,机器工作性能符合规范,可用于山东省文登地区西洋参精密播种中。

关键词：西洋参链勺式精密排种器搅种装置 dem-mbd联合仿真开沟-排种单体精密播种机

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反铲挖掘机铲掘阻力研究及铲掘轨迹设计

反铲挖掘机铲掘阻力研究及铲掘轨迹设计

作者：杨宇恒广西科技大学

学位级别：硕士

反铲挖掘机作为应用广泛的工程机械,在道桥施工、建筑工程、矿山开采等领域发挥着举足轻重的作用。随着科技发展,人们对反铲挖掘机的工作效率、工况适应能力、能量利用率等有了更高要求,而且随着近几年传感融合技术、计算机辅助驾驶技... 详细信息

反铲挖掘机作为应用广泛的工程机械,在道桥施工、建筑工程、矿山开采等领域发挥着举足轻重的作用。随着科技发展,人们对反铲挖掘机的工作效率、工况适应能力、能量利用率等有了更高要求,而且随着近几年传感融合技术、计算机辅助驾驶技术、移动通信技术的快速发展,使得智能化作业成为反铲挖掘机的一大发展趋势。为此,本文针对反铲挖掘机智能化作业中的重要技术——铲掘阻力预测与铲掘轨迹设计展开研究,通过建立遵循能量利用最优原则的铲掘轨迹来降低反铲挖掘机工作过程的功耗,并以此提升铲掘效率。本文研究内容如下:(1)建立反铲挖掘机工作装置轨迹解算模型,确定铲掘轨迹与油缸运动参数的关系。基于反铲挖掘机工作装置几何尺寸及油缸运动约束条件,采用D-H法及几何法建立反铲挖掘机工作装置运动学模型并设计反铲挖掘机工作装置轨迹解算方法,建立铲掘轨迹与工作装置油缸运动参数间的关系。(2)基于铲掘过程力学分析建立动态的铲掘阻力解析模型。根据铲斗与物料的作用特性,以经典模型为基础建立针对于反铲挖掘机的铲掘阻力动态解析公式。通过铲掘阻力数学模型与反铲挖掘机运动学模型联合的方法构建反铲挖掘机铲掘阻力动态解析模型。使用小比例反铲挖掘机铲掘阻力试验台对本文的阻力模型进行有效性验证。(3)反铲挖掘机铲掘轨迹设计方法研究。针对平面铲掘模式,提出铲掘任务分配策略。根据铲掘过程特点,确定铲掘轨迹关键点的参数关系,并以单位物料能量消耗最优为性能指标求解最优轨迹关键点。最后基于最优轨迹关键点通过分段样条插补函数对铲掘轨迹进行规划。(4)基于离散元-多体动力学联合仿真的最优铲掘轨迹实验验证。为了提高联合仿真的可靠性,本文提出了联合仿真参数标定方法,并使用小比例反铲挖掘机铲掘阻力试验平台对仿真模型进行了有效性验证。基于实际反铲挖掘机结构建立虚拟样机模型,并针对本文设计轨迹与经验轨迹进行铲掘过程仿真。通过比较两者的铲掘性能,表明了本文的轨迹设计方法可以有效减少铲掘过程中的能耗。

关键词：反铲挖掘机轨迹解算铲掘阻力轨迹规划 dem-mbd联合仿真

滩涂埋栖贝类振动采捕装备改进及性能试验研究

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滩涂埋栖贝类振动采捕装备改进及性能试验研究

作者：刘法伟大连海洋大学

学位级别：硕士

贝类是我国滩涂养殖的主要品种,机械化采捕是我国滩涂贝类养殖生产的迫切要求。本文在前期研制的滩涂贝类振动采捕机基础上开展了改进研究,分析测定了养殖滩涂底质的压陷特性,对滚刷、曲柄和行走机构进行了改进设计,利用离散元与多体动... 详细信息

贝类是我国滩涂养殖的主要品种,机械化采捕是我国滩涂贝类养殖生产的迫切要求。本文在前期研制的滩涂贝类振动采捕机基础上开展了改进研究,分析测定了养殖滩涂底质的压陷特性,对滚刷、曲柄和行走机构进行了改进设计,利用离散元与多体动力学对采捕过程进行了联合仿真分析,对改进后的采捕机进行了采捕性能试验研究。研究了辽宁和山东等地典型养殖滩涂底质特性。当φ50压头作用深度为50mm时,山东和辽宁养殖滩涂底质的抗压强度分别为50～65k Pa和230～245k Pa;建立了辽宁和山东养殖滩涂底质的压力-沉陷模型,为采捕机改进研究提供了理论依据。对采捕机一级滚刷、曲柄和行走机构等进行了改进设计。利用dem和mbd联合仿真分析了一级滚刷螺旋升角和曲柄长度对贝类采捕性能的影响。结果表明,一级滚刷螺旋升角为40°时,滚刷平均受力最小为106.79N,采捕效率比螺旋升角为30°时提升了8.82%;曲柄长度为10mm时,采捕效率较曲柄长度为8mm时提升了15.62%,贝类受力较曲柄长度为12mm时降低了38.66%;当曲柄、一级滚刷和二级滚刷的分别为770～870rpm、45～65rpm和70～110rpm时,采捕效果较好;根据底质抗压强度对比试验,行走机构选用履带式代替轮式,根据压力-沉陷模型,确定履带规格为500mm×90mm×56节。开展采捕机滩涂采捕性能试验研究。结果证明,干滩作业时,当一级滚刷、曲柄和二级滚刷的转速分别为65rpm、870rpm和110rpm时,采捕性能较好,采捕效率达到134kg/h、破碎率为5.25%、漏采率为7.46%;对比上一代采捕机,滩涂贝类养殖密度相当时,改进后的采捕机的采捕效率提升了117.63%,破碎率降低了2.09%;另由试验发现,湿滩作业时,当一级滚刷、曲柄和二级滚刷的转速分别为55rpm、820rpm和100rpm时,采捕性能较好,采捕效率达到313kg/h、破碎率为7.84%、漏采率为7.38%。对比分析发现,采捕机在湿滩条件下采捕效果更好。采捕后滩涂及贝类品质测试发现,改进后的采捕机贝类平均呛沙率为2.11%、幼贝平均回滩率为92.29%、采捕机履带的沉陷深度<4cm,明显优于改进前的采捕机;采捕前后5～15cm贯入力和剪切力试验发现,当贯入深度分别为5cm、10cm、15cm时,采捕后的贯入力分别减小85.71%、55.31%和27.13%,剪切力分别减小了65.13%、5.32%和0.46%,表明改进后的采捕机对养殖滩涂底质的影响较小。

关键词：滩涂贝类机械采捕改进压陷特性 dem-mbd联合仿真采捕试验

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链勺式微型薯精密播种机设计与试验

链勺式微型薯精密播种机设计与试验

作者：姜国栋昆明理工大学

学位级别：硕士

微型马铃薯也叫马铃薯原原种,简称微型薯,是繁育脱毒种薯的原种。脱毒种薯具有质量好、无病毒感染等优良性状,可使马铃薯单位面积产量达到原产量的1.3-1.5倍,高的可增产3-4倍。为解决西南丘陵地区微型薯机械化率低的问题,本文设计了一... 详细信息

微型马铃薯也叫马铃薯原原种,简称微型薯,是繁育脱毒种薯的原种。脱毒种薯具有质量好、无病毒感染等优良性状,可使马铃薯单位面积产量达到原产量的1.3-1.5倍,高的可增产3-4倍。为解决西南丘陵地区微型薯机械化率低的问题,本文设计了一种螺旋搅种单行链勺式微型薯精密播种机,采用理论计算与数值模拟,确定排种器的关键结构参数,利用EDM-mbd耦合的方法研究种勺线速度、螺旋转速、螺旋与种勺的距离对排种器性能的影响,为了得到工作参数的最佳组合,本文采用三因素五水平二次回归正交旋转组合试验的方法,对排种器排种性能进行试验检测。具体研究如下:(1)对微型薯三轴尺寸进行测量,通过查阅文献得到微型薯的本征参数及接触参数;并采用逆向工程技术,提取微型薯几何轮廓,分别利用基于有限元的快速填充方法建立了微型薯离散元模型,将微型薯粘结模型作为dem-mbd联合仿真离散元模型。(2)按照微型薯种植模式及微型薯种植农艺要求,设计了一种单行链勺式微型薯精密播种机,并对播种机的关键部件进行了理论计算和数值模拟。(3)本文选用Recur Dyn软件作为mbd仿真软件,将其与Edem软件进行联合仿真。将合格指数、重播指数和漏播指数三项作为试验指标,验证了demmbd联合仿真模拟播种机关键部件工作过程方法的可行性及建立的微型薯粘结颗粒模型的准确性。基于dem-mbd联合仿真对排种器进行了仿真试验,分别选取了种勺线速度、螺旋转速、螺旋与种勺的距离作为试验因素,以合格指数作为试验指标进行单因素仿真试验。根据单因素试验所得的结果,确定了合格指数大于90%,重播指数和漏播指数小于5%的时候,各试验因素取值范围分别为:种勺线速度为0.3～0.5m/s、螺旋转速为5～7 r/s、螺旋与种勺的距离为20～30mm。(4)通过台架试验所得的结果,确定了排种器最佳的结构及工作参数,选用合格指数、重播指数和漏播指数作为台架试验的试验指标,以种勺线速度、螺旋转速、螺旋与种勺的距离作为试验因素进行三因素五水平二次回归旋转正交组合试验。试验结果显示,螺旋与种勺的距离为25mm,种勺线速度为0.37～0.48m/s,螺旋转速为5.8～6.6r/s时,合格指数≥92.0%,重播指数和漏播指数≤4.0%。用优化结果进行田间试验验证,可以满足微型薯播种作业要求。

关键词：微型薯播种机链勺式排种器 dem-mbd联合仿真螺旋搅种