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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

西北寒旱农区胡麻滚勺式精量穴播器的设计及试验

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吉林大学学报（工学版） 2023年第9期53卷 2706-2717页

作者：石林榕赵武云甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对胡麻穴播器用种量大、穴粒数变异系数大、穴孔缺种等实际问题,结合甘肃覆膜种植环境,设计了一种带舀种勺舌的滚勺式精量穴播器。通过分析穴播器的作业原理和排种过程,确定了滚勺组件组成及舀种勺尺寸、安装数量、安装角等主要参数,... 详细信息

针对胡麻穴播器用种量大、穴粒数变异系数大、穴孔缺种等实际问题,结合甘肃覆膜种植环境,设计了一种带舀种勺舌的滚勺式精量穴播器。通过分析穴播器的作业原理和排种过程,确定了滚勺组件组成及舀种勺尺寸、安装数量、安装角等主要参数,并采用响应曲面法分析了主勺深度、舀种勺安装角和穴播器角速度对穴播器排种性能的影响。结果表明:当主勺深度为6.68 mm、舀种勺安装角为7.62°、穴播器角速度为3.22 rad/s时,穴粒数合格率为92.5%,漏播率为2.54%,重播率为4.96%。本文研究结果可为胡麻精量穴播排种装置设计提供参考。

关键词：农业机械工程胡麻穴播器

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胡麻脱粒清选装置作业过程仿真与试验

农业机械学报 2023年第S01期54卷 161-171页

作者：徐鹏庆戴飞赵武云史瑞杰宋学锋瞿江飞甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对分段收获后胡麻脱出物形状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,设计了胡麻脱粒清选装置。为提高胡麻脱粒清选装置作业效率,探究胡麻脱粒物料气流式清选机理,以装置气流清选系统为研究对象,分别建立清选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM... 详细信息

针对分段收获后胡麻脱出物形状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,设计了胡麻脱粒清选装置。为提高胡麻脱粒清选装置作业效率,探究胡麻脱粒物料气流式清选机理,以装置气流清选系统为研究对象,分别建立清选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型。采用CFD-DEM耦合仿真技术,通过研究各组分脱出物料的运动轨迹与空间位置分布,得出清选系统内胡麻脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。仿真试验表明,胡麻脱粒物颗粒在清选系统内气流场的作用下表现出较好的分离清选效果,同时,通过分析模拟试验所得到的胡麻脱粒物颗粒数量和平均速度变化曲线,探明了胡麻脱粒物料在分离清选作业过程中运移的平均速度和数量的变化规律。验证试验表明,该装置在最佳工作状态下作业后胡麻籽粒的清选损失率为2.78%,含杂率为2.23%,与仿真模拟胡麻籽粒损失率(2.05%)、含杂率(1.56%)相比,二者试验结果分别仅相差0.73、0.67个百分点,实际试验结果与仿真模拟结果吻合度较高,验证了模型的可靠性。

关键词：胡麻脱粒清选装置气流式分离清选物料运移 CFD-DEM耦合

丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统仿真优化与试验

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农业机械学报 2022年第8期53卷 93-102,113页

作者：史瑞杰戴飞赵武云刘小龙王天福赵一鸣甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对丘陵山地胡麻联合收获机空间布局有限,且收获后胡麻脱出物性状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,为提高丘陵山地胡麻联合收获机清选效率,探究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统工作机理,本文以丘陵山地胡麻联合收获机初选+精... 详细信息

针对丘陵山地胡麻联合收获机空间布局有限,且收获后胡麻脱出物性状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,为提高丘陵山地胡麻联合收获机清选效率,探究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统工作机理,本文以丘陵山地胡麻联合收获机初选+精选复式清选系统工作模式为研究对象,分别建立初选系统、精选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型,采用CFD-DEM联合仿真技术,研究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统最佳工作参数和脱出物各组分运动轨迹及空间形态变化,得出丘陵山地胡麻联合收获机脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。CFD-DEM联合仿真结果表明,当初选系统入口风速为12.4 m/s、精选系统离心风扇转速为1154 r/min时,机具清选效果最佳,其中初选系统胡麻籽粒损失率为0.3%,短茎秆排出率71.43%,颖壳排出率69.34%,轻杂排出率65.34%,含杂率39.01%;精选系统胡麻籽粒损失率为0,短茎秆排出率40%,颖壳排出率75%,轻杂排出率100%,含杂率2.56%;初选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为轻杂、颖壳、胡麻籽粒、短茎秆,精选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为颖壳、轻杂、短茎秆、胡麻籽粒。田间试验结果表明,当胡麻籽粒含水率为5.34%时,作业机具最佳作业状态下含杂率为3.61%、总损失率1.98%,作业期间整机运行平稳,作业指标符合胡麻机械化收获标准。试验结果与仿真结果高度吻合,验证了模型的可靠性。

关键词：胡麻联合收获机丘陵山地复式清选系统 CFD-DEM联合仿真

全膜双垄沟膜面气流场与种床覆土互作过程模拟研究

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农业机械学报 2022年第11期53卷 40-51页

作者：史瑞杰赵武云戴飞宋学锋赵一鸣王锋甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

为进一步提升全膜双垄沟种床构建质量,合理膜面覆土及减少扬尘,探究膜面覆土与气流间互作规律,本文以甘肃省定西市临洮县境内52986号气象观测站点近30年的年平均风速1.32 m/s、年平均极大风速18.07 m/s、月平均极大风速26.5 m/s为仿真... 详细信息

为进一步提升全膜双垄沟种床构建质量,合理膜面覆土及减少扬尘,探究膜面覆土与气流间互作规律,本文以甘肃省定西市临洮县境内52986号气象观测站点近30年的年平均风速1.32 m/s、年平均极大风速18.07 m/s、月平均极大风速26.5 m/s为仿真数据来源,以正北方向为基准,以农户经验选择覆膜方向范围0°~90°的最小值、中间值、最大值为全膜双垄沟种床构建方向,分别建立T1(0°)、T2(45°)、T3(90°)3个种床模型,采用CFD-DEM气固耦合技术,得出不同风速、不同方向下全膜双垄沟种床覆土与气流场间的互作机制,综合空气流场、太阳辐射能、耕地利用率对全膜双垄沟种床构建的影响,对其构建方法进行优化,最后进行了田间验证试验。种床覆土表面流场分析表明:当空气流速恒定时,横腰带覆土表面空气最大流速由大到小依次是T3、T1、T2,大垄面覆土空气流速与标准空气流速差值由大到小依次是T3、T1、T2。种床覆土过程分析表明:当空气流速恒定时,种床及土壤颗粒对气流影响程度由大到小依次是T3、T1、T2,气流对颗粒影响程度由大到小依次是T3、T1、T2。由此可知T3模型种床及覆土表面气流速度最大,所受气流影响最大,膜面覆土移动距离最大,易形成扬尘,同时大垄面覆膜交接点极易渗入气流,引起大风揭膜现象,影响作物生长,危及经济效益。优化后的种床构建方法应遵循种床覆土位移最小、太阳辐射能最大、构建效率最快、南坡(向阳坡)耕地优先、南北走向耕地优先原则,优先采用模型依次是T1、T2、T3。田间试验结果表明:当空气流速为2.77 m/s、风向北风时,平均种床合格率由大到小依次是T2、T1、T3,覆膜效率、耕地利用率、采光面积占有率由大到小依次是T1、T3、T2,试验结果与仿真模拟结果高度一致,验证了模型的可靠性。

关键词：西北旱作区全膜双垄沟播种床覆土膜面气流场互作过程 CFD-DEM

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水重力式马铃薯静摩擦因数测定仪设计与试验

农业机械学报 2022年第3期53卷 167-174,320页

作者：杨小平石林榕臧金赵武云田剑锋甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对传统斜面法测定马铃薯静摩擦因数存在工作效率、精度较低等问题,提出水重力式马铃薯静摩擦因数测定原理,通过精确控制水的重力来确定马铃薯的静摩擦力,进而计算静摩擦因数,据此设计了马铃薯静摩擦因数测定仪。对甘肃省普遍种植的陇... 详细信息

针对传统斜面法测定马铃薯静摩擦因数存在工作效率、精度较低等问题,提出水重力式马铃薯静摩擦因数测定原理,通过精确控制水的重力来确定马铃薯的静摩擦力,进而计算静摩擦因数,据此设计了马铃薯静摩擦因数测定仪。对甘肃省普遍种植的陇薯10号品种进行静摩擦因数测定。结果表明:带土马铃薯与钢板之间的静摩擦因数为0.420,与塑料板之间的静摩擦因数为0.496,马铃薯之间静摩擦因数为0.442;不带土马铃薯与钢板之间的静摩擦因数为0.455,与塑料板之间的静摩擦因数为0.526,马铃薯之间的静摩擦因数为0.483。由此可见,带土马铃薯的静摩擦因数较不带土马铃薯小,静摩擦因数从大到小依次为:马铃薯与塑料板之间、马铃薯之间、马铃薯与45号钢板之间。为进一步验证重力法的可靠性,进行马铃薯坍塌堆积角仿真和试验。结果发现:重力法条件下不带土马铃薯形成的堆积角与试验结果较接近,其相对误差为1.04%,斜面法条件下不带土马铃薯形成的堆积角与试验结果相对误差为7.73%;斜面法条件下带土马铃薯形成的堆积角与试验结果较接近,其相对误差为0.37%,重力法条件下的堆积角与试验结果的相对误差为4.31%。重力法可以测定马铃薯之间的静摩擦因数,综合比较可知重力法在测定马铃薯静摩擦因数方面优于斜面法。

关键词：马铃薯静摩擦因数测定仪

胡麻茎秆离散元柔性模型建立与接触参数试验验证

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农业机械学报 2022年第10期53卷 146-155页

作者：史瑞杰戴飞赵武云张锋伟石林榕郭军海甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对胡麻联合收获过程中茎秆位姿变化与运动特性等关键环节离散元研究缺乏柔性模型和接触参数的问题,本文以胡麻根部茎秆、中部茎秆、颈部茎秆为研究对象,以其本征参数为研究基础,计算得胡麻茎秆各部建模参数,采用离散元法bonding模型... 详细信息

针对胡麻联合收获过程中茎秆位姿变化与运动特性等关键环节离散元研究缺乏柔性模型和接触参数的问题,本文以胡麻根部茎秆、中部茎秆、颈部茎秆为研究对象,以其本征参数为研究基础,计算得胡麻茎秆各部建模参数,采用离散元法bonding模型构建胡麻茎秆柔性模型,并以胡麻茎秆各部本征参数、接触参数试验值为水平值,通过Plackett Burman试验和Central Composite试验确定胡麻茎秆之间、茎秆与收获装备之间的接触参数,通过胡麻茎秆剪切试验与堆积角试验验证模型可靠性。结果表明:胡麻植株离散元柔性模型参数中法向刚度K_(n)为1.13×10^(9)N/m^(3),切向刚度K_(s)为5.6×10^(8)N/m^(3),法向临界应力σ为6.67 MPa,切向临界应力γ为8.5 MPa,粘结半径R_(j)为0.25 mm;胡麻茎秆收获装备间恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数最优值分别为0.33、0.28、0.14,胡麻茎秆胡麻茎秆间恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数最优值分别为0.3、0.508、0.033;剪切试验中胡麻茎秆根部、中部、颈部剪切最大载荷与仿真结果相对误差分别为1.67%、3.09%、5.44%,堆积角试验中胡麻茎秆平均堆积角与仿真结果相对误差为0.31%,误差较小。胡麻茎秆柔性模型与接触参数和实际情况较为相符,可表征胡麻茎秆物理特性,为胡麻茎秆离散元仿真提供参考。

关键词：胡麻茎秆离散元法柔性模型接触参数试验验证

基于非球形颗粒模型的胡麻脱粒物振动分选仿真与试验

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农业工程学报 2022年第10期38卷 39-46页

作者：宋学锋戴飞史瑞杰王锋张锋伟赵武云甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

为提高仿真中胡麻脱粒物形状真实程度,减小仿真建模误差,该研究基于开源离散元法框架,采用超二次曲面单元法建立了胡麻脱粒物不同组分的非球形颗粒,对多级振动筛分过程进行了仿真与试验研究。研究中分析了一级筛、二级筛的筛面物料分布... 详细信息

为提高仿真中胡麻脱粒物形状真实程度,减小仿真建模误差,该研究基于开源离散元法框架,采用超二次曲面单元法建立了胡麻脱粒物不同组分的非球形颗粒,对多级振动筛分过程进行了仿真与试验研究。研究中分析了一级筛、二级筛的筛面物料分布情况、不同物料的透筛率及含杂率,并开展了试验验证。仿真结果表明:超二次曲面法建立的非球形颗粒能很好地模拟真实物料的物理特性;一级筛中籽粒、短茎秆透筛率分别为99.08%、66.49%,蒴果可被分选;二级筛中籽粒、短茎秆透筛率分别为96.38%、4.79%,短茎秆可被分选。被分选的物料在激振作用下可在对应的筛面发生利于筛分的迁移。不同物料的含杂率统计结果分别为籽粒4.87%,短茎秆21.95%,蒴果3.38%。验证试验结果表明,胡麻脱粒物不同组分的透筛率、含杂率仿真与试验值的相对偏差均小于10%。研究结果证明超二次曲面法建立的非球形颗粒模型适用于振动分选作业。

关键词：离散元法试验振动非球形颗粒胡麻超二次曲面单元

液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机设计与试验

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江西农业大学学报 2024年

作者：苏晓红王久鑫杨智凯杨金龙张克平甘肃农业大学机电工程学院

【目的】为解决双圆盘割草机的切割圆盘转速无法实现无级调速等问题，设计一种液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机。【方法】对双圆盘切割器进行理论分析并确定其几何参数和运动参数，对其液压系统进行设计及关键液压元件选型，应用WorkB... 详细信息

【目的】为解决双圆盘割草机的切割圆盘转速无法实现无级调速等问题，设计一种液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机。【方法】对双圆盘切割器进行理论分析并确定其几何参数和运动参数，对其液压系统进行设计及关键液压元件选型，应用WorkBench软件对液压站机架进行静态结构分析和模态分析并校核其安全性，采用Box-Behnken试验设计原理，选择机具前进速度、切割圆盘转速和刀片数量为试验因素，重割率和漏割损失率为试验指标，建立回归模型并进行参数优化与验证。【结果】静态结构分析和模态分析结果表明：液压站机架在静载荷下的最大变形量为2.84mm，最大应力为65.01MPa，机架的强度和刚度满足设计要求，一阶模态下机架的固有频率最低，其值为25.2Hz，低于机架的最低固有频率（9.23～19.6Hz），机架不会发生共振现象。试验结果表明，机具能够完成苜蓿切割和铺放集条作业任务，最佳作业参数为：机具前进速度5.89km/h，切割圆盘转速2200r/min，刀片数量2个。【结论】田间验证试验结果表明，当机具前进速度7.5km/h、切割圆盘转速2000r/min、刀片数量3个时，重割率为1.12%，漏割损失率为0.18%，机具性能稳定可靠，各项指标均满足旋转割草机的技术要求。

关键词：液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机优化设计苜蓿田间试验