基于离散元法的巨菌草开沟器结构优化与试验研究

发布时间：2020-10-14 13:09

　　 开沟器作为种植机械的关键部件之一,其工作性能的优劣性影响整机功耗与农作物生长情况。本文针对土壤特性及开沟器工作原理,创建基于离散元法的开沟器-土壤动力学模型,研究开沟器关键结构参数对开沟器工作性能及土壤扰动的影响规律,结合基于目标规划法建立的开沟器工作性能回归方程,确定巨菌草开沟器的最优参数,同时研究关键作业参数对开沟器工作性能的影响规律;通过室内土槽试验,对比分析优化前后开沟器工作性能,验证仿真结果的准确性与可行性。具体研究内容如下:1、针对土壤颗粒同时呈现散粒物料特性与压缩性,建立了延迟弹性模型与线性内聚力模型组合的土壤颗粒接触力学模型,进行含水率分别为25%、31%及36%的土壤堆积角试验,校准仿真模型参数,创建与实际相符的土壤离散元模型。2、根据开沟器工作原理,以入土角、入土隙角和斜面角为开沟器关键结构参数,开展开沟器-土壤动力学仿真试验,研究开沟器结构参数与开沟性能的影响规律,同时确定影响性能优劣程度的主次因素,综合开沟器工作性能回归方程,得到优化后开沟器的结构参数为:入土角50°、入土隙角7°、斜面角50°。3、研究分析影响开沟性能的作业因素,确定开沟速度及泥土含水率为关键作业参数,分析开沟器的开沟阻力及其对土壤的扰动可知:开沟阻力和土壤扰动随着开沟速度的变化发生显著改变,土壤含水率对开沟阻力具有显著影响,对土壤扰动无显著影响。4、进行室内土槽试验,对比优化前后开沟器的工作性能,结果表明:在同样条件下,优化后的开沟阻力较优化前降低了5.80%-6.14%,优化后开沟器对土壤的扰动小于优化前的,验证了作业参数对开沟性能的影响,验证了仿真模型的准确性与可行性。巨菌草开沟器的优化设计,改善了福建地区巨菌草种植存在的工作阻力大、土壤保墒力差和种苗发芽率低等问题,也为其他地区菌草开沟器的设计提供参考。
【学位单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S223
【部分图文】：

多的小颗粒组成，无法实现对每个颗粒的形状与黏结形成土壤团聚体，结构复杂且不均匀[71]。实际土壤颗粒尺寸与形状进行离散元土壤模型的计算量，建模时将土壤颗粒半径扩大至 4mm，准，使得土壤模型更接近实际情况，本章将通过进行仿真参数的校准。土壤自然堆积时土堆与地面的夹角，是对土壤的直观反映。首先对真实土壤的堆积角进行测定， 3-6 所示，入料口直径为 300mm，出料口直径，调整料斗位置至出料口底部与平板距离为 250满至一定高度后打开出料口，待平板上土壤稳定将图片导入 AutoCAD 2014 软件中进行堆积角标壤按照上述步骤进行堆积角试验，试验结果如图，含水率为 25 1%，31 1%及 36 1%的土壤，7°及 20.06°，堆积角随着土壤含水率的递增而逐

b）含水率 31±1% c）图 3-7 土壤的真实堆积角示意图件进行土壤堆积角模拟实验，以土壤真正校准。试验步骤如下：（1）按实际料粒接触模型采用延迟弹性模型与线性内4mm；（3）导入料斗模型，在料斗内共形生成 1633 个，双圆球形颗粒数为 429 805 个与 764 个，如图 3-8 所示；（4土壤颗粒稳定之后，仿真结束，利用 。按照以上步骤，选用实际测定及参考离散元仿真参数如表 3-1 所示.利用软件：

土槽试验台车
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本文编号：2840706