基于离散元仿真的尿素颗粒与PLA塑料之间接触参数标定

1

作者 郜尚 顿国强 +5 位作者 魏雨涵 纪欣鑫 盛泉宝 张朝霞 马春雨 马超 《林业机械与木工设备》 2025年第2期35-43,共9页

为提升施肥机械设计过程中离散元仿真模拟试验参数设置的准确性,缩小EDEM仿真与台架试验存在的误差,利用EDEM自动填充技术建立仿真颗粒,结合台架试验和仿真试验,得到尿素颗粒与PLA塑料之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为... 为提升施肥机械设计过程中离散元仿真模拟试验参数设置的准确性,缩小EDEM仿真与台架试验存在的误差,利用EDEM自动填充技术建立仿真颗粒,结合台架试验和仿真试验,得到尿素颗粒与PLA塑料之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.547、0.467和0.051,通过EDEM软件对尿素进行堆积角仿真,以实测尿素的堆积角31.58°为优化目标值,利用最陡爬坡试验和二次通用旋转组合试验获得最优参数组合:尿素颗粒间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.35、0.72和0.13。以排肥均匀性变异系数为试验指标,使用双齿轮排肥器对标定参数进行对比试验验证,得到的仿真值与试验值的误差小于5%,表明标定尿素的接触参数和离散元模型可用于施肥相关机械的EDEM仿真试验中。 展开更多

关键词 参数标定 离散元仿真 堆积角 尿素颗粒

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同向双螺旋排肥器优化设计与试验 被引量：3

2

作者 顿国强 李鑫 +2 位作者 纪欣鑫 盛泉宝 纪文义 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期278-287,共10页

针对传统排肥器存在施肥不均而造成肥料利用率低问题,设计了一种双排肥轮结构的同向双螺旋排肥器,通过理论分析确定排肥器的理论排肥量及影响排肥均匀性的参数,以排肥轮螺距、中心距、叶片高度为试验因素,以排肥均匀性波动系数和轴向平... 针对传统排肥器存在施肥不均而造成肥料利用率低问题,设计了一种双排肥轮结构的同向双螺旋排肥器,通过理论分析确定排肥器的理论排肥量及影响排肥均匀性的参数,以排肥轮螺距、中心距、叶片高度为试验因素,以排肥均匀性波动系数和轴向平均速度为试验指标,进行三因素三水平Box-Behnken试验。结果显示:排肥轮螺距对排肥均匀性波动系数影响极显著,排肥轮中心距、叶片高度对排肥均匀性波动系数影响显著,排肥轮螺距、中心距、叶片高度对轴向平均速度影响极显著,在排肥轮中心距为48 mm、螺距32.5~33.2 mm、叶片高度13.5~14.7 mm时,排肥均匀性波动系数≤10%、肥料轴向平均速度≥30 mm/s,排肥器作业性能最佳。在最优参数组合下排肥均匀性波动系数台架试验与仿真试验相对误差为1.47%、单圈排肥量台架试验与仿真试验相对误差为1.96%,台架试验与仿真试验吻合较好。在不同转速下同向双螺旋排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均降低64.21%、单圈排肥量平均提升72.16%,优化后的同向双螺旋排肥器排肥均匀性好且排肥流量大。 展开更多

关键词 排肥器 单螺旋排肥器 同向双螺旋排肥器 均匀性 结构优化 离散元

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红萝卜侧面悬置排种勺式精量排种器设计与试验 被引量：1

3

作者 顿国强 郭娜 +2 位作者 纪欣鑫 李鑫 王雷 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期77-86,97,共11页

为解决传统机械式蔬菜排种器无法实现精量播种及存在伤种的问题,设计了一种红萝卜侧面悬置排种勺式精量排种器。采用排种盘侧面悬置的排种勺完成种子的充种、清种、投种,实现了非接触式作业过程,理论分析了种子进入及脱离种勺的运动过程... 为解决传统机械式蔬菜排种器无法实现精量播种及存在伤种的问题,设计了一种红萝卜侧面悬置排种勺式精量排种器。采用排种盘侧面悬置的排种勺完成种子的充种、清种、投种,实现了非接触式作业过程,理论分析了种子进入及脱离种勺的运动过程,并阐明其不伤种的基本原理,确定了排种盘、排种勺以及排种管的基本结构参数,采用EDEM离散元仿真软件模拟了不同排种勺结构尺寸下的工作过程,以排种勺型孔直径、深度及放样曲面圆角比为试验因素,以单粒率、多粒率、空粒率为试验指标,采用三因素五水平二次通用旋转组合设计进行仿真试验,确定排种勺最优结构参数为:型孔直径5 mm,深度4.3 mm,放样曲面圆角比0.12,基于此参数进行离散元仿真试验,通过自制排种器试验台进行台架试验以及将排种器安装到播种机上进行田间试验,仿真试验结果为单粒率93%、多粒率4%、空粒率3%,台架试验结果为合格指数平均值92.2%、重播指数平均值4.6%、漏播指数平均值3.2%,相对误差分别为0.86%、15%、6.67%,田间试验结果为:合格指数90.5%、重播指数6.9%、漏播指数2.6%,证明此排种器精量播种性能良好。同时与毛刷窝眼轮式排种器进行损伤率对比试验,损伤率分别为0.43%、1.27%,相对误差为66.14%,表明种子损伤明显降低。 展开更多

关键词 红萝卜 排种器 侧面悬置排种勺 离散元仿真 精量排种

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基于EDEM的倾式单螺旋排肥器排肥性能仿真分析 被引量：1

4

作者 盛泉宝 姜新波 +3 位作者 纪欣鑫 顿国强 张朝霞 侯忠华 《林业机械与木工设备》 2024年第6期55-60,共6页

为提升传统螺旋式排肥器排肥均匀性,在仿真分析确定其排肥不均问题原因的基础上,设计了一种倾式单螺旋排肥器。通过理论分析确定了排肥器关键参数,利用EDEM仿真模拟倾式单螺旋排肥器的排肥过程,以螺旋排肥轮转速为试验因素,排肥均匀性... 为提升传统螺旋式排肥器排肥均匀性,在仿真分析确定其排肥不均问题原因的基础上,设计了一种倾式单螺旋排肥器。通过理论分析确定了排肥器关键参数,利用EDEM仿真模拟倾式单螺旋排肥器的排肥过程,以螺旋排肥轮转速为试验因素,排肥均匀性变异系数为评价指标,进行单因素试验。试验结果表明,倾式单螺旋排肥器较传统螺旋排肥器的排肥均匀性变异系数提升了73.26%,螺旋排肥轮不同转速对排肥均匀性变异系数有着极显著影响(P<0.000 1),同时随着转速的增加其排肥均匀性变异系数逐渐减小,排肥均匀性变好。且螺旋排肥轮转速在75~120 r/min范围内达到最好效果,排肥均匀性变异系数稳定处于2.05%~4.04%,符合施肥机械质量评价技术规范。研究可为螺旋排肥器的优化设计提供参考。 展开更多

关键词 排肥器 倾式单螺旋排肥器 均匀性 EDEM 单因素试验

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莱菔子离散元仿真模型参数标定与试验验证

5

作者 顿国强 王雷 +3 位作者 纪欣鑫 姜新波 赵宇 郭娜 《中国农机化学报》 北大核心 2024年第9期127-133,共7页

针对莱菔子在排种器离散元仿真时所需要的物性参数缺乏的问题,对莱菔子物性参数进行测量及仿真模型参数的标定。以莱菔子为研究对象,测定莱菔子的质量、体积、密度、泊松比、剪切模量、静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数。利用Pla... 针对莱菔子在排种器离散元仿真时所需要的物性参数缺乏的问题,对莱菔子物性参数进行测量及仿真模型参数的标定。以莱菔子为研究对象,测定莱菔子的质量、体积、密度、泊松比、剪切模量、静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数。利用Plackett-Burman试验以莱菔子堆积角为试验指标,从各组试验参数中选取影响显著的因素:莱菔子间静摩擦系数、莱菔子间滚动摩擦系数。再对显著因素进行中心组合设计试验,以物料堆积角为试验指标,并对试验参数进行参数优化处理,确定莱菔子间滚动摩擦系数与静摩擦系数的最佳参数组合:0.104、0.804。以悬勺式蔬菜精量排种器为试验对象进行仿真及试验并与物理试验进行对比验证,其单粒率、多粒率及空粒率的仿真与物理试验结果平均相对误差小于3%,证明优化标定的莱菔子离散元仿真参数的可行性,为莱菔子排种机械离散元仿真提供相关性仿真数据。 展开更多

关键词 莱菔子 离散元仿真 堆积角 参数优化 对比试验

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水平圆盘式小白菜精量排种器的设计与试验

6

作者 张朝霞 孟庆军 +3 位作者 顿国强 纪欣鑫 盛泉宝 侯忠华 《林业机械与木工设备》 2024年第10期68-74,共7页

为提升小白菜机械化种植水平,以金宇盛辉四季小白菜种子为研究对象,设计一种带有导种槽型孔及采用清种后直接投种原理的水平圆盘式白菜精量排种器,并通过理论分析确定其关键参数。为分析小型手推式播种机作业速度对排种器工作性能的影响... 为提升小白菜机械化种植水平,以金宇盛辉四季小白菜种子为研究对象,设计一种带有导种槽型孔及采用清种后直接投种原理的水平圆盘式白菜精量排种器,并通过理论分析确定其关键参数。为分析小型手推式播种机作业速度对排种器工作性能的影响,以播种机作业速度为试验因素,单粒率、多粒率、空粒率为试验指标,运用EDEM软件进行虚拟仿真试验。结果表明:随着机器作业速度的增加,其排种性能先升后降,且在机器作业速度为0.5 m/s时排种性能最佳,排种单粒率为93.06%、多粒率为3.98%和空粒率为3.06%,并通过台架试验进行验证,得到台架试验结果与仿真试验结果之间的误差在3%以内,符合小白菜种子的播种农艺要求。 展开更多

关键词 小白菜种子 水平圆盘式排种器 EDEM仿真 单因素试验

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基于遗传算法的螺旋双轮排肥器优化设计与试验 被引量：2

7

作者 李鑫 姜新波 +3 位作者 纪欣鑫 顿国强 赵宇 杜佳兴 《河南农业大学学报》 CAS CSCD 2023年第6期1026-1034,共9页

【目的】对传统单螺旋排肥器排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性低的问题进行改进。【方法】通过离散元法仿真分析单螺旋排肥器的排肥过程,针对单螺旋排肥器排肥均匀性低的问题设计一种螺旋双轮排肥器;通过理论分析确定该螺旋... 【目的】对传统单螺旋排肥器排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性低的问题进行改进。【方法】通过离散元法仿真分析单螺旋排肥器的排肥过程,针对单螺旋排肥器排肥均匀性低的问题设计一种螺旋双轮排肥器;通过理论分析确定该螺旋双轮排肥器理论排肥量,并建立以中心距、螺距、叶片高度、叶片厚度、螺旋叶片内径为设计变量,有效储肥体积为目标函数的数学模型,利用遗传算法对排肥器进行结构优化,并以史丹利复合肥颗粒为肥料对螺旋双轮排肥器进行台架试验验证。【结果】优化后结构参数分别为中心距49.8 mm,螺距32.5 mm,叶片高度15.2 mm,叶片厚度2.3 mm,螺旋叶片内径13.6 mm。对优化后的排肥器进行台架对比试验,在不同转速下螺旋双轮排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均减少26.62%,实际排肥量平均提升75.41%,并得到螺旋双轮排肥器转速与排肥量的线性函数方程。【结论】螺旋双轮排肥器解决了单螺旋排肥器的现存排肥流量波动问题,优化后的排肥器排肥均匀性更好,排肥量更大,且可实现转速变化控制精量施肥。 展开更多

关键词 螺旋双轮排肥器 遗传算法 仿真分析 均匀性 结构优化

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斜口螺旋精控排肥器优化设计与试验 被引量：7

8

作者 顿国强 吴星澎 +2 位作者 纪欣鑫 纪文义 马洪岩 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期167-174,共8页

为解决螺旋排肥器排肥流量不均匀影响精控施肥的问题,在通过排肥过程肥料运动状态仿真分析确定其排肥不均原因的基础上,采用倾斜排肥口的结构设计以提升排肥均匀性。利用EDEM建立斜口螺旋排肥器仿真模型,以斜口长度x_(1)、斜口角度x_(2... 为解决螺旋排肥器排肥流量不均匀影响精控施肥的问题,在通过排肥过程肥料运动状态仿真分析确定其排肥不均原因的基础上,采用倾斜排肥口的结构设计以提升排肥均匀性。利用EDEM建立斜口螺旋排肥器仿真模型,以斜口长度x_(1)、斜口角度x_(2)、开口宽度x_(3)为试验因素,排肥流量变异系数为试验指标,进行二次通用旋转组合设计试验研究。试验结果表明:试验因素对试验指标的影响主次顺序为x_(3)、x_(2)、x_(1),且当x_(1)为105 mm、x_(2)在30°~44°范围内、x_(3)在40.05~55.00 mm范围内时,排肥流量变异系数σ小于15%,排肥均匀性较佳。采用台架试验对传统及斜口螺旋排肥器进行对比试验,结果证明:转速60 r/min时斜口螺旋排肥器排肥流量变异系数σ为13.59%,与理论优化值相吻合,且斜口螺旋排肥器均优于传统螺旋排肥器。同时基于实测的排肥器排肥转速流量曲线,设计一种排肥控制器并进行台架试验,结果表明其可实现精控施肥。 展开更多

关键词 精控施肥 均匀性 螺旋排肥器 EDEM 结构优化

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错排齿轮式排肥器优化与试验 被引量：1

9

作者 顿国强 盛泉宝 +3 位作者 纪欣鑫 姜新波 赵宇 周成 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第20期20-27,共8页

为提升双齿轮式排肥器的排肥均匀性,该研究基于原始结构参数对直齿排肥齿轮进行改进,设计错排齿轮式排肥器。在参数化建模和确定轮齿容肥体积的基础上,结合理论分析确定了排肥器的理论排肥量。利用EDEM对排肥过程进行仿真,通过单因素试... 为提升双齿轮式排肥器的排肥均匀性,该研究基于原始结构参数对直齿排肥齿轮进行改进,设计错排齿轮式排肥器。在参数化建模和确定轮齿容肥体积的基础上,结合理论分析确定了排肥器的理论排肥量。利用EDEM对排肥过程进行仿真,通过单因素试验分析错排齿轮片数、排肥轮间隙对排肥均匀性的影响,选用L_(9)(3^(4))正交表进行正交仿真试验。试验结果表明:试验因素对试验指标影响的主次顺序为错排齿轮片数、排肥轮间隙,当错排齿轮片数为3片、排肥轮间隙为5 mm时,排肥均匀性变异系数为4.69%。采用台架试验对双齿轮和错排齿轮式排肥器进行对比试验,结果表明:转速60 r/min时错排齿轮式排肥器的排肥流量变异系数为4.74%,与理论值基本吻合,且比双齿轮排肥器变异系数减小10.68个百分点。基于实测排肥器转速-流量曲线设计电控排肥控制器并进行台架试验,施肥精度偏差为3.1%,优化后的排肥器排肥均匀性良好,且可实现精控排肥。研究结果可为精控排肥器的设计及优化提供参考。 展开更多

关键词 农业机械 离散元 正交试验 排肥器 错排齿轮 排肥均匀性

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青萝卜种子物性参数测定与离散元参数标定 被引量：4

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作者 郭娜 姜新波 +3 位作者 纪欣鑫 顿国强 赵宇 王雷 《林业机械与木工设备》 2023年第9期25-32,共8页

为保证青萝卜种子排种过程离散元仿真模拟试验参数设置的正确性,以青萝卜种子物性参数为研究目标,通过物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先,采用物理试验的方法测定青萝卜种子的外形尺寸、单粒重、密度、泊松比、... 为保证青萝卜种子排种过程离散元仿真模拟试验参数设置的正确性,以青萝卜种子物性参数为研究目标,通过物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先,采用物理试验的方法测定青萝卜种子的外形尺寸、单粒重、密度、泊松比、弹性模量、剪切模量、静摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数,参考物理试验测定结果选择仿真试验参数取值范围,利用EDEM软件对青萝卜种子的堆积进行仿真,利用最陡爬坡试验对试验因素进行优化分析,结果表明:种子间的静摩擦系数和种子-PLA塑料板的静摩擦系数之间有显著性影响(P<0.01),再通过2因素5水平二次通用旋转组合试验方法对显著性因素进行优化,以实测种子的堆积角29.75°为优化目标值,获得最优参数组合:种子与种子及PLA塑料板间的静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数分别为0.53、0.0175、0.204及0.56、0.012 5、0.399。 展开更多

关键词 堆积角 青萝卜种子 参数优化 EDEM仿真

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反转啮合直齿轮排肥器偏角对排肥性能的影响 被引量：1

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作者 程浩春 姜新波 +1 位作者 纪欣鑫 顿国强 《林业机械与木工设备》 2023年第12期25-28,共4页

为明确排肥器偏角对反转啮合直齿轮排肥器排肥性能所造成的影响,优化排肥器的最佳偏角,在介绍排肥器工作原理的基础上,通过solidworks中的“质量属性”功能确定其理论排肥量,通过EDEM建立排肥器的仿真模型并对排肥过程进行仿真模拟,以... 为明确排肥器偏角对反转啮合直齿轮排肥器排肥性能所造成的影响,优化排肥器的最佳偏角,在介绍排肥器工作原理的基础上,通过solidworks中的“质量属性”功能确定其理论排肥量,通过EDEM建立排肥器的仿真模型并对排肥过程进行仿真模拟,以排肥均匀性变异系数为评价指标进行单因素试验,结果表明:排肥均匀性变异系数随着排肥器偏角的增大而减小,当排肥器偏角为90°时,即排肥器与机具行进方向的夹角为90°时,排肥均匀性变异系数最小,排肥器排肥性能最好。 展开更多

关键词 反转啮合直齿轮排肥器 EDEM仿真 排肥器偏角 单因素试验

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