基于Fluent-EDEM的马铃薯秧粉碎抛送装置仿真与试验
发布时间：2021-03-10 21:38
马铃薯作为世界粮食作物的重要组成部分,其种植面积在我国逐年扩大,且薯秧是重要的农业秸秆资源,在生物质能、田间有机肥、动物饲料等领域有广泛的应用前景。目前国内大部分马铃薯种植农业仍采用人工收割薯秧和杀秧还田的处理手段,这种方式效果较差、人工成本高;且薯秧抛弃在田间地头,会造成秸秆资源浪费和田野环境污染。因此,亟需一种高效的马铃薯秧回收处理装置来解决薯秧回收难题。针对马铃薯秧机械化回收薄弱的问题,在研究马铃薯秧物料特性的基础上,设计一种高效的马铃薯秧粉碎抛送装置;采用理论分析、Fluent-EDEM耦合模拟仿真和田间试验相结合的方法,优化装置结构参数和工作参数,充分发挥的装置抛送能力,提高粉碎合格率和回收率。本文主要包括以下研究内容:（1）马铃薯秧物料特性的测量。采用试验测量的方式测定马铃薯收获期的茎叶物料特性参数,研究了薯秧粉碎后的宏观特性、堆积特性、接触特性和主茎的力学特性,为计算粉碎刀刀轴转速、模拟仿真薯秧的切割过程和粉碎薯秧的抛送过程提供参数设置依据。（2）马铃薯秧粉碎回收装置的设计。采用滚刀式旋转粉碎刀和定刀相互配合粉碎薯秧,为保证抛送效果和断杆长度小于30 mm,确定粉碎刀最低...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
马铃薯秧
山东农业大学硕士学位论文3生，经济和社会效益显著。图1-2马铃薯秧青贮处理Fig.1-2Potatoseedlingsilagetreatment目前，国内其他主粮作物的秸秆回收机械已经十分成熟，尚未发现马铃薯秧回收机械的相关报道。采用薯秧回收机作业比人工作业能提高效率15-20倍，节省费用3562元/hm2。随着我国劳动力市场逐步紧缺，马铃薯秧回收机械化作业的缺失会严重制约马铃薯种植产业的发展。现有人工割断薯秧和杀秧还田的作业方式会造成大量的秸秆资源浪费和环境污染，针对这种情况，设计一种高效马铃薯秧粉碎抛送装置并采用理论分析和仿真模拟的方法研究其工作原理是非常有必要的。1.2国内外研究现状1.2.1秸秆处理装置研究秸秆粉碎处理回收机械可以分成切割、粉碎、回收等工序，也可以与其他农机具联合作业或者挂接在联合收割机上作业，以联合收割机为载体的马铃薯秧回收处理机械通常安装在联合收割机的上方，或者挂接在联合收割机和拖拉机的后方，实现联合作业。中国农业大学李洪文团队研制了一种玉米秸秆粉碎抛撒还田机，该装置挂接在拖拉机的后方将田间玉米秸秆粉碎，在甩刀快速旋转的过程中产生高压流场，粉碎后的秸秆在高压流场作用下实现抛洒还田（章志强，2018）；胡守信研制秸杆粉碎抛撒还田机，该机主要由切草装置、风机、导草管和排草方向控制装置等组成，高速旋转的粉碎刀轴将秸秆粉碎，碎秸秆在风机风力的输送下，在导草管和排草方向控制装置的作用下抛撒到地面覆盖地表（胡守信，2013）；Schillinger等为了提高了秸秆和谷壳的抛撒均匀度，
如图1-3所示，该型杀秧机运行平稳，作业时漏打率低，还根据田间实际情况实现支撑轮手动无级调节。德国Grimme公司生产的KS75-2型马铃薯杀秧机如图1-4所示，适用于90cm行宽的马铃薯地块，旋转刀轴一周排列垄上刀、垄侧刀、垄沟刀，这种道具形式和排布方式利于将垄沟及垄侧的薯秧清除干净（刘崇林，2019）。以上方案仅考虑马铃薯秧抛洒还田，尚未考虑回收方案，还田的薯秧会造成微生态失衡，破坏田间的生态环境；且公司研究的机械只考虑机械方案可行性，很少公开发表关于机械结构理论分析、仿真模拟和参数优化等方面的研究。图1-5HT210型马铃薯杀秧机Fig.1-5HT210potatoseedlingkillingmachine图1-6KS75-2型马铃薯杀秧机Fig.1-6KS75-2potatoplanter我国农业机械起步较晚，对小麦、玉米、水稻作物机械化的研究很多，但是关于马铃薯秧回收处理机械研究的学者和机构鲜有报道。近年来，随着三农事业被广泛重视和发展，乡村振兴战略的实施，乡村第三产业逐步发展，农村青壮年劳动力大量流向工业和服务业，农业劳动力减少，农作物机械化收获代替传统人工劳作已成为必然趋势。因此，国内学者对适合本地区作业的马铃薯秧处理机械展开了不同程度的研究。青岛农业大学杜宏伟等设计了一款马铃薯垄仿形杀秧机，将马铃薯秧粉碎后并将其抛撒在地面和垄沟内还田（杜宏伟，2013）；甘肃农业大学冯斌等设计了一种适用于西北旱作农业区的甩刀式马铃薯秧处理机械机，采用交错平衡的甩刀排列方式，仿真模拟计算甩刀与刀轴的受力，验证了甩刀排列方式的合理性（冯斌，2014）；东北农业大学吕金庆等设计的一种马铃薯四行杀秧机，该机器采用三点悬挂方式挂接在拖拉机后面，杀秧机旋转刀棍上安装甩刀粉碎垄顶上马铃薯秧（吕金庆，2016）；仲恺农业工程学院黄雪峰研制了一?
【参考文献】：
期刊论文
[1]马铃薯机械化薯秧处理现状与发展[J]. 宋佳,吕钊钦,穆桂脂,张广玲,辛青青. 农业机械. 2019(11)
[2]甘薯秧蔓回收机仿垄切割粉碎抛送装置设计与试验[J]. 穆桂脂,辛青青,玄冠涛,吕钊钦,王海宁,邢钦淞. 农业机械学报. 2019(12)
[3]成熟期马铃薯秧的单位直径最大剪切力试验研究[J]. 辛青青,吕钊钦,刘理民,程祥勋,张万枝. 农机化研究. 2020(05)
[4]成熟期马铃薯秧拔取力及影响因素研究[J]. 辛青青,吕钊钦,张万枝,刘理民,程祥勋. 农机化研究. 2020(02)
[5]马铃薯成熟期秧蔓的机械物理特性参数研究[J]. 辛青青,吕钊钦,张万枝,刘理民,程祥勋. 农机化研究. 2020(01)
[6]马铃薯收获机薯秧分离装置设计与试验[J]. 吕金庆,王鹏榕,刘志峰,李紫辉,邹法毅,杨德秋. 农业机械学报. 2019(06)
[7]气力式秸秆深埋还田机输送装置设计与试验[J]. 田阳,林静,李宝筏. 农业机械学报. 2018(12)
[8]基于传感器融合阵列的果树冠层信息采集方法[J]. 刘理民,王金宇,毛文华,石光智,张晓辉,姜红花. 农业机械学报. 2018(S1)
[9]机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定[J]. 袁全春,徐丽明,邢洁洁,段壮壮,马帅,于畅畅,陈晨. 农业工程学报. 2018(18)
[10]四行马铃薯杀秧机的设计[J]. 彭曼曼,吕金庆,孙贺,于佳钰. 农机化研究. 2019(02)
博士论文
[1]波纹曲面指夹式玉米精量排种器设计及其机理研究[D]. 唐汉.东北农业大学 2018
[2]清选装置中小麦颗粒和短茎秆离散元建模研究[D]. 刘凡一.西北农林科技大学 2018
[3]棉秆去皮方法研究及挤压揉搓疏解剥皮机的研制[D]. 史诺.西北农林科技大学 2018
[4]高密度下行床—提升管组合反应器实验研究和反应流模拟[D]. 吴昌宁.清华大学 2007
硕士论文
[1]马铃薯杀秧机刀片的改进设计与试验[D]. 刘崇林.黑龙江八一农垦大学 2019
[2]基于离散元法的玉米秸秆揉丝机工作过程研究[D]. 宋学锋.甘肃农业大学 2018
[3]基于CFD-DEM耦合的气吸式水稻排种器工作过程模拟仿真分析[D]. 何齐胜.吉林农业大学 2018
[4]基于负压吸附原理的马铃薯杀秧机的设计[D]. 黄雪锋.仲恺农业工程学院 2017
[5]甘薯收获与秧蔓回收联合作业机的设计与仿真[D]. 蔡玉虎.山东农业大学 2017
[6]多风道清洗装置中气固两相流的数值模拟与试验[D]. 李洋.江苏大学 2017
[7]番茄秸秆混料立式螺旋带式混合方法及性能试验研究[D]. 吴硕.江苏大学 2016
[8]圆捆秸秆打捆机工作参数的试验研究[D]. 操子夫.吉林农业大学 2016
[9]基于EDEM-FLUENT耦合的气吹式排种器工作过程仿真分析[D]. 心男.吉林大学 2013
本文编号：3075319
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
马铃薯秧
山东农业大学硕士学位论文3生，经济和社会效益显著。图1-2马铃薯秧青贮处理Fig.1-2Potatoseedlingsilagetreatment目前，国内其他主粮作物的秸秆回收机械已经十分成熟，尚未发现马铃薯秧回收机械的相关报道。采用薯秧回收机作业比人工作业能提高效率15-20倍，节省费用3562元/hm2。随着我国劳动力市场逐步紧缺，马铃薯秧回收机械化作业的缺失会严重制约马铃薯种植产业的发展。现有人工割断薯秧和杀秧还田的作业方式会造成大量的秸秆资源浪费和环境污染，针对这种情况，设计一种高效马铃薯秧粉碎抛送装置并采用理论分析和仿真模拟的方法研究其工作原理是非常有必要的。1.2国内外研究现状1.2.1秸秆处理装置研究秸秆粉碎处理回收机械可以分成切割、粉碎、回收等工序，也可以与其他农机具联合作业或者挂接在联合收割机上作业，以联合收割机为载体的马铃薯秧回收处理机械通常安装在联合收割机的上方，或者挂接在联合收割机和拖拉机的后方，实现联合作业。中国农业大学李洪文团队研制了一种玉米秸秆粉碎抛撒还田机，该装置挂接在拖拉机的后方将田间玉米秸秆粉碎，在甩刀快速旋转的过程中产生高压流场，粉碎后的秸秆在高压流场作用下实现抛洒还田（章志强，2018）；胡守信研制秸杆粉碎抛撒还田机，该机主要由切草装置、风机、导草管和排草方向控制装置等组成，高速旋转的粉碎刀轴将秸秆粉碎，碎秸秆在风机风力的输送下，在导草管和排草方向控制装置的作用下抛撒到地面覆盖地表（胡守信，2013）；Schillinger等为了提高了秸秆和谷壳的抛撒均匀度，
如图1-3所示，该型杀秧机运行平稳，作业时漏打率低，还根据田间实际情况实现支撑轮手动无级调节。德国Grimme公司生产的KS75-2型马铃薯杀秧机如图1-4所示，适用于90cm行宽的马铃薯地块，旋转刀轴一周排列垄上刀、垄侧刀、垄沟刀，这种道具形式和排布方式利于将垄沟及垄侧的薯秧清除干净（刘崇林，2019）。以上方案仅考虑马铃薯秧抛洒还田，尚未考虑回收方案，还田的薯秧会造成微生态失衡，破坏田间的生态环境；且公司研究的机械只考虑机械方案可行性，很少公开发表关于机械结构理论分析、仿真模拟和参数优化等方面的研究。图1-5HT210型马铃薯杀秧机Fig.1-5HT210potatoseedlingkillingmachine图1-6KS75-2型马铃薯杀秧机Fig.1-6KS75-2potatoplanter我国农业机械起步较晚，对小麦、玉米、水稻作物机械化的研究很多，但是关于马铃薯秧回收处理机械研究的学者和机构鲜有报道。近年来，随着三农事业被广泛重视和发展，乡村振兴战略的实施，乡村第三产业逐步发展，农村青壮年劳动力大量流向工业和服务业，农业劳动力减少，农作物机械化收获代替传统人工劳作已成为必然趋势。因此，国内学者对适合本地区作业的马铃薯秧处理机械展开了不同程度的研究。青岛农业大学杜宏伟等设计了一款马铃薯垄仿形杀秧机，将马铃薯秧粉碎后并将其抛撒在地面和垄沟内还田（杜宏伟，2013）；甘肃农业大学冯斌等设计了一种适用于西北旱作农业区的甩刀式马铃薯秧处理机械机，采用交错平衡的甩刀排列方式，仿真模拟计算甩刀与刀轴的受力，验证了甩刀排列方式的合理性（冯斌，2014）；东北农业大学吕金庆等设计的一种马铃薯四行杀秧机，该机器采用三点悬挂方式挂接在拖拉机后面，杀秧机旋转刀棍上安装甩刀粉碎垄顶上马铃薯秧（吕金庆，2016）；仲恺农业工程学院黄雪峰研制了一?
【参考文献】：
期刊论文
[1]马铃薯机械化薯秧处理现状与发展[J]. 宋佳,吕钊钦,穆桂脂,张广玲,辛青青. 农业机械. 2019(11)
[2]甘薯秧蔓回收机仿垄切割粉碎抛送装置设计与试验[J]. 穆桂脂,辛青青,玄冠涛,吕钊钦,王海宁,邢钦淞. 农业机械学报. 2019(12)
[3]成熟期马铃薯秧的单位直径最大剪切力试验研究[J]. 辛青青,吕钊钦,刘理民,程祥勋,张万枝. 农机化研究. 2020(05)
[4]成熟期马铃薯秧拔取力及影响因素研究[J]. 辛青青,吕钊钦,张万枝,刘理民,程祥勋. 农机化研究. 2020(02)
[5]马铃薯成熟期秧蔓的机械物理特性参数研究[J]. 辛青青,吕钊钦,张万枝,刘理民,程祥勋. 农机化研究. 2020(01)
[6]马铃薯收获机薯秧分离装置设计与试验[J]. 吕金庆,王鹏榕,刘志峰,李紫辉,邹法毅,杨德秋. 农业机械学报. 2019(06)
[7]气力式秸秆深埋还田机输送装置设计与试验[J]. 田阳,林静,李宝筏. 农业机械学报. 2018(12)
[8]基于传感器融合阵列的果树冠层信息采集方法[J]. 刘理民,王金宇,毛文华,石光智,张晓辉,姜红花. 农业机械学报. 2018(S1)
[9]机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定[J]. 袁全春,徐丽明,邢洁洁,段壮壮,马帅,于畅畅,陈晨. 农业工程学报. 2018(18)
[10]四行马铃薯杀秧机的设计[J]. 彭曼曼,吕金庆,孙贺,于佳钰. 农机化研究. 2019(02)
博士论文
[1]波纹曲面指夹式玉米精量排种器设计及其机理研究[D]. 唐汉.东北农业大学 2018
[2]清选装置中小麦颗粒和短茎秆离散元建模研究[D]. 刘凡一.西北农林科技大学 2018
[3]棉秆去皮方法研究及挤压揉搓疏解剥皮机的研制[D]. 史诺.西北农林科技大学 2018
[4]高密度下行床—提升管组合反应器实验研究和反应流模拟[D]. 吴昌宁.清华大学 2007
硕士论文
[1]马铃薯杀秧机刀片的改进设计与试验[D]. 刘崇林.黑龙江八一农垦大学 2019
[2]基于离散元法的玉米秸秆揉丝机工作过程研究[D]. 宋学锋.甘肃农业大学 2018
[3]基于CFD-DEM耦合的气吸式水稻排种器工作过程模拟仿真分析[D]. 何齐胜.吉林农业大学 2018
[4]基于负压吸附原理的马铃薯杀秧机的设计[D]. 黄雪锋.仲恺农业工程学院 2017
[5]甘薯收获与秧蔓回收联合作业机的设计与仿真[D]. 蔡玉虎.山东农业大学 2017
[6]多风道清洗装置中气固两相流的数值模拟与试验[D]. 李洋.江苏大学 2017
[7]番茄秸秆混料立式螺旋带式混合方法及性能试验研究[D]. 吴硕.江苏大学 2016
[8]圆捆秸秆打捆机工作参数的试验研究[D]. 操子夫.吉林农业大学 2016
[9]基于EDEM-FLUENT耦合的气吹式排种器工作过程仿真分析[D]. 心男.吉林大学 2013
本文编号：3075319
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