玉米果穗物理力学性质分析及脱粒过程仿真研究

发布时间：2020-05-05 19:51

【摘要】：玉米是一种多用途高产农作物，经过多年发展，已成为我国第一大粮食作物。由于我国地理和气候等因素的影响，玉米脱粒机的使用非常广泛。因此，提高玉米脱粒机的性能对于保证玉米收后质量和农民增收起着重要的作用。本文采用离散元法研究玉米脱粒过程，在综述了玉米脱粒机和玉米果穗物理力学性质研究现状基础上，以二个品种玉米果穗和一种滚筒式玉米脱粒机为研究对象，测试分析了玉米果穗物理性质及玉米芯在脱粒过程中断裂影响因素，研究了不同因素对脱粒机工作性能的影响，并采用三维离散元分析软件AgriDEM对其脱粒过程进行仿真分析。具体的工作内容和结果如下。（1）以二个品种（亨达988号和先玉335号）的玉米果穗为研究对象，测量分析了玉米果穗穗长、行数、行粒数、穗缘角、段长比、穗直径、芯直径等表征参数，研究发现穗长和行数对玉米果穗各穗直径和芯直径有显著影响，果穗的总行粒数随总穗长呈线性增大。（2）以一种钉齿式滚筒脱粒机为试验平台，研究了玉米品种、玉米含水率、果穗穗长、脱粒机滚筒转速及滚筒长度等6个因素对脱粒过程中玉米芯断裂情况的影响。得到以下结论： ①脱粒后的破碎玉米芯段大多是平齐断面，而剖裂断面和半剖裂断面较少。 ②滚筒转速越高玉米芯断裂节数就越多，当转速提升到600r/min后，断裂节数曲线开始变得平缓；滚筒长度越长玉米芯断裂的就越多，其中平齐断面节数曲线比总断裂节数曲线变化平缓；在试验所测范围内，含水率越低，玉米芯断裂的就越少；果穗越长玉米芯断裂的就越多；不同影响因素下，玉米芯的轴断比均服从正态分布。（3）研究了6个因素对脱粒机主要性能指标的影响，并采用基于离散元法的三维仿真软件对其脱粒过程进行了仿真分析，得到了以下结论： ①随着滚筒速度的提高，籽粒脱净率的仿真值均大于试验值，但随着滚筒速度的提高，两者的差异逐渐较小，两者的相对误差率在1%内；随着滚筒长度的增加，脱净率仿真值整体呈增大趋势；脱净率的仿真值和试验值最大相对误差为1.86%；先玉的脱净率仿真值的相对误差大于亨达玉米。 ②随着滚筒速度的提高，籽粒破碎率的试验值和仿真值均增大，除了滚筒转速为500r/min时，破碎率的仿真值均大于试验值；随着滚筒长度的增加，破碎率仿真值呈增大趋势，且滚筒越长，其变化幅度越小，破碎率仿真值的最大相对误差为0.54%；两种玉米果穗破碎率的仿真值差异较小，，先玉破碎率的相对误差比较大。
【图文】：

示意图,玉米果穗,玉米芯,示意图

离散元法仿真分析玉米脱粒机的脱粒过程，需要建立与实果穗模型，因此需要详细地研究玉米果穗的形态特征。所在的课题组已对玉米果穗的形态参数有很多研究。吴玄段，测量每段的果穗直径和玉米芯直径，但是玉米果穗数于亚军将玉米按照其长势变化，分为三段，选取 40 穗玉行测量[17]。周海玲[4]为了验证玉米籽粒三轴尺寸的计算方照长势变化特征，如图 2.1 所示沿其轴向划分为五段，对径、芯径、穗长、行粒数、行数等参数进行了测量，同时玉米芯连接力进行了试验测量，发现这三段力学特性相近究力学性质时不必要将中间三段分开。余吉洋[18]采用同，对两个品种的玉米果穗分别测量了各段果穗的长度、行、左右两端芯直径和行内籽粒偏移角度等。

分布图,玉米果穗,穗长,分布图

(a) 亨达 988 号 (b) 先玉 335 号图 2.2 玉米果穗穗长分布图2.2.2.2 亨达和先玉玉米果穗行数分布正常发育的玉米果穗行数均为偶数，这是由玉米果穗生长遗传决定的。两种玉米果穗行数的频率分布如图 2.3 所示。(a) 亨达 988 号 (b) 先玉 335 号图 2.3 玉米果穗行数分布图通过统计发现，亨达和先玉行数分布范围相同。各个行数分布十分相似，超过一半的玉米果穗行数都是 16 行。亨达玉米和先玉玉米果穗的 16 行和 18 行总占比分别达到 93.9%和 87.4%。亨达行数平均值为 16.59 行，先玉行数平均值为16.74 行。两种玉米果穗行数平均值差别不大，进一步说明其行数分布相似。2.2.2.3 亨达和先玉玉米果穗行粒数分布对二种玉米果穗行粒数进行统计后发现：亨达和先玉玉米果穗行粒数的分布范围跨距均为 16，亨达玉米果穗行粒数的分布范围为 34~50 粒，先玉行粒数的分布范围为 35~51 粒，两种玉米果穗总行粒数的分布如图 2.4 所示。通过统计发
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S226.1

【参考文献】