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可利用重力与离心力充种的立式圆盘排种器研究

尚家杰  
【摘要】:论文选题源于国家自然基金项目“基于内降外增理论的高速机械式大豆精密排种机构创新与机理研究”(项目编号:51275086)。旨在研究一种具有良好充种性能的可利用重力与离心力充种的立式圆盘精密排种器,为促进机械式大豆精密排种器高速作业能力的研究提供新技术及理论支持。 论文基于全面系统的研究路线,遵循理论分析与创新设计相结合、试验与虚拟仿真相结合的原则,就可利用重力与离心力充种的立式圆盘排种器进行了深入系统的研究。 (1)明确研究重点与方向 从广泛查阅相关技术资料、专家走访等透彻了解现有机械式精密排种器在机构设计与开发上存在的诸多亟待解决的科学问题。总结前期对排种器研发的经验教训,借鉴国内外现有同类机具的技术特点并结合现代机械化作业的新要求,明确了机械式排种器研究重点和方向在于改善充种性能、提高排种频率以及建立相关理论等方面。 (2)创新排种盘和护种板结构 在综合分析和考虑目前市场上几类具有代表性排种器上排种盘及护种板优劣的基础上,创新性的设计出一种可利用重力与离心力充种的浅盆形立式排种盘和一种容纳式防伤种护种板。该结构形式的排种盘在充种时既利用了种子之间相互作用力,又有效利用和发挥了种子的部分重力以及离心力,三者充填力的结合提高了排种器的充填性能,解决了传统立式圆盘排种器充种不佳的问题。同时又避免了内环窝眼式排种器在极限转速时难以清种现象的发生。在护种板折边上设计加工一环槽结构,使其构成一种容纳式防伤种护种板。该护种板结构既实现了立式圆盘排种器的护种作业,又有效克服了传统固定式护种板易伤种的缺陷,达到护种和防伤种的双重作用。 (3)EDEM颗粒体仿真研究 由于散粒体物料具有复杂的力学关系及多样的形态变化,引入EDEM颗粒体仿真技术并结合CATIA V5R20对机械式排种器进行虚拟仿真研究。采用四面构型法精确建立了大豆EDEM颗粒体模型和机构3D模型对物料的作用环境。通过全局变量设置、颗粒体模型创建、几何体模型导入、运动属性添加以及颗粒工厂的定义,模拟了大豆在排种器内充种、清种、护种、排种等运动过程并获得空穴率和重种率等相关数据。该方法充分考虑颗粒与颗粒、颗粒与机构壁面之间碰撞恢复、摩擦等实际因素,解决了颗粒体之间以及颗粒与壁面之间力无法计算的问题。 (4)排种器试验研究及回归模型建立 为深入研究及探讨可利用重力与离心力充种的立式圆盘排种器工作性能的正确途径,设计出具有全面体现原型排种器重要特征、适应因素多水平调整、工作过程可视化、与试验台机械接口良好等特点的排种器试验装置。利用该装置在国内具有先进水平的JPS-12计算机视觉技术排种器检测实验台上进行试验研究,获取了合格指数、漏播指数、重播指数等性能指标数据。然后通过专业软件Reda、Design Expert6(Copyright2000by Stat-Ease,Inc)、MATLAB等进行设计及数据处理,建立了排种器工作过程中散粒体颗粒的力学模型及排种器性能指标随各有关因素变化的回归模型,明确了排种器的工作机理及基础结构等诸因素对排种器工作性能的影响规律并优化得出一组最佳参数组合。 (5)新型排种器产品化设计 经全面考虑产品功能、构成、联接等技术环节,在试验研究与优化分析的基础上,将排种器产品设计定位于立式复合圆盘重力清种的结构形式。由壳体、可利用重力与离心力充种的复合立式排种盘、容纳式防伤种护种板、排种轴、检视窗等组成的可利用重力与离心力充种的立式圆盘排种器,具有横向尺寸小、结构简单、传动方便、充种性能好、不伤种、投种准确、价格适中的特点。


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