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双孢菇菌种离散元分析参数与排种器优化试验研究

霍星辰  
【摘要】:随着双孢菇的食用价值和药用价值逐渐被广泛认识,其市场需求也越来越大,因此也对双孢菇栽培加工技术提出了更高的要求。我国当前的双孢菇栽培加工主要依靠人力,导致工作效率低,劳动强度大,明确了双孢菇机械化播种设备研究的必要性。本课题论文总结国内外多种农作物排种设备的结构特点,基于双孢菇麦粒菌种菌床栽培的特性、播量的农艺要求以及客观环境条件,进而明确了主要的研究内容和方向。通过实测试验和仿真试验测定、标定双孢菇麦粒菌种的物料参数和接触参数。设计双孢菇麦粒菌种排种器的三维模型,并进行仿真试验优化排种器的结构参数,试制了排种器试验台,并通过试验建立相关数学模型。基于所得数学模型设计并进行排种全面试验,确定排种均匀性的最优工作参数。本论文主要研究内容及结论如下:(1)测定、标定双孢菇麦粒菌种的物料参数和接触参数。通过实测试验测得双孢菇麦粒菌种三轴尺寸分别为5.8mm、3.6mm和3mm,千粒重为58.23g,含水率为42.11%,密度为1916kg/m~3,麦粒菌种与尼龙塑料的碰撞恢复系数为0.335,种间滑动摩擦系数为0.4,并建立了麦粒菌种的三维六球模型。利用Matlab图像处理技术测得麦粒菌种堆积角为25.25°。利用Plackett-Berman试验和二次回归通用旋转组合试验标定了麦粒菌种离散元仿真分析最优参数组合:泊松比为0.305,剪切模量为5.07Mpa,密度为1916kg/m~3,种间碰撞恢复系数为0.5,麦粒菌种与尼龙和Q235碰撞恢复系数分别是0.36和0.45,麦粒菌种与尼龙以及Q235的滑动摩擦因数均为0.55,麦粒菌种与尼龙以及Q235的滚动摩擦系数为0.055。(2)优化排种器结构参数。利用Solidworks画出排种器三维模型图。基于测定、标定的参数,利用EDEM软件进行仿真试验优化排种器结构参数。对试验结果进行数据分析可知螺旋槽排种轮排种均匀性优于直槽排种轮和交错槽排种轮,而且半圆形槽口和45°螺旋升角的螺旋槽排种轮排种均匀性最优;介绍了种箱及毛刷的作用并确定了排种箱的三维尺寸;根据试验排种效果确定排种挡板的折弯角度为45°,数量为4。(3)确定最优工作参数。基于电机频率、转速、带速、播量等理论知识,并通过试验建立了带速、转速与频率的理论数学拟合方程分别为y=0.0306x-0.0244、y=1.626x-0.3689以及确定不同排种轮转速时的每转排量。设计不同带速、转速组合的全面排种试验,数据表明当带速为0.58m/s、转速为60r/min时排种均匀性最优。


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