磁吸滚筒式排种器种箱振动供种仿真与试验

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1、2014年8月农业机械学报第45卷第8期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．08．010*磁吸滚筒式排种器种箱振动供种仿真与试验胡建平郭坤周春健侯冲(江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江212013)摘要:基于颗粒离散元法，以番茄磁粉包衣种子为对象，采用Hertz-Mindlin接触模型，建立了种子和排种器仿真分析模型，研究了种箱振动频率、振幅对种群运动规律及种箱供种性能的影响。仿真结果表明，在振动频率40Hz、振幅0.50mm和0.75mm时，种群堆积高度稳定，可以达到稳定供种。为了验证仿真模型的可靠性，采用高速摄像拍摄了在种箱振动频率为40Hz、

2、振幅为0.75mm条件下的供种情况，种子实际供种情况与仿真结果吻合。以种箱振动频率、振幅为试验因素，在磁吸滚筒式排种器上进行排种性能试验，得出种箱在振动频率40Hz，振幅为0.50mm和0.75mm时，单粒率达92%，漏播率低于3%;在振动频率20Hz和60Hz时，不同振幅下的单粒率均小于80%。关键词:磁吸式排种器供种离散元法仿真+中图分类号:S233.25文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)08-0061-05引言1模型建立磁吸式精密排种是依靠排种元件磁吸头对磁1.1接触力学模型粉包衣种子的磁吸力，将磁粉包衣种子从种群中接触模型是离散元法的重要基础，其实质是准［1－2］精

3、确分离出来的一种排种方式。采用种箱振静态下固体颗粒的接触力学弹塑性分析结果。磁吸动供种是现有滚筒式排种器所采用的通用方式精密排种器所用种子是经过丸粒化处理的磁粉包［2－5］法，种箱内的供种过程是一个复杂的种群运动衣种子，具有散粒体物料的特性，且颗粒表面没有粘过程，受到种箱振动参数、工艺参数和种子物料特附力，故本文选取Hertz-Mindlin无滑动接触模型作性等多种因素影响，并与排种器的排种性能如单为颗粒与颗粒之间以及颗粒与排种器之间的接触模粒率、重播率和漏播率有直接关联。王淑铭等在型。该模型假设离散单元为刚性体，离散单元之间试验研究的基础上，对气动振动式精密排种器振为点接触，其接触特性为软接

4、触，即刚性离散单元在［5］盘及种子的运动理论进行了分析;陈进、李耀明接触点处允许有一定的重叠量，在所有时间中任何等采用离散元法对气吸式精密播种机振动种盘中离散单元所受合力可由与其接触的离散单元之间的水稻种群运动进行研究，分析了频率、振幅、种层相互作用确定。［6－7］厚度对种群空间分布密度的影响;王在满等采1.2排种器几何模型和颗粒模型的建立用高速摄像技术对型孔式水稻排种轮的充种过程排种器在Pro/E软件中建立几何模型，然后导入进行研究，分析了充种区内稻种的流动规律、充种EDEM，为减少仿真计算量，对排种器模型进行了适当［8］姿态以及充种趋势。简化如图1所示，具体参数如表1所示。采用番茄磁本文以

5、磁吸滚筒式排种器为研究对象，采用粉包衣种子进行仿真试验，经测量得到番茄磁粉包衣［9－13］种子的几何尺寸和力学特性参数［14］(表2)，种子颗粒离散元法及其分析软件EDEM，对种箱内种群振动工况下的供种过程进行仿真，分析不同频模型选择在EDEM中直接创建，如图2所示。率、振幅对种群运动及排种性能的影响，为合理选1.3排种器供种过程仿真取种箱振动参数、改善排种器排种质量提供科学种子由种箱模型内部的颗粒工厂生成，生成的依据。种子在自身重力的作用下自由分布到种箱底部，然后在种箱激振下“沸腾”并向排种器滚筒壁方向靠收稿日期:2013-07-31修回日期:2013-08-26*江苏省科技支撑(农业)资助

6、项目(BE2011348)、江苏省高校自然科学基金重点资助项目(11KJA210001)、江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏财教［2011］8号)和江苏省青蓝工程资助项目(苏教师［2010］27号)作者简介:胡建平，教授，博士生导师，主要从事农业机械设计及理论研究，E-mail:hujp@ujs．edu．cn62农业机械学报2014年拢，最终完成堆积，达到稳定供种状态。种群的堆积过程如图3所示，图中H为堆积高度。种箱内种层数或种群堆积高度对供种效果有一定的影响。为了考察颗粒群在振动条件下供种效果，在可视化三维离散元模拟仿真中，将衡量指标简化为有效供种区域(靠近滚筒壁6mm×6mm×20mm区

7、域)内颗粒物料在种箱内的堆积高度H(图3)，因为在颗粒数量一定的条件下，供种区域内颗粒堆积高度即能反映颗粒的堆积效果。图1磁吸滚筒式排种器几何模型Fig．1Magneticcylinderseedermodel1．磁吸头2．滚筒3．种箱4．刮种板5．接种盘表1磁吸滚筒式排种器设计参数图3种群堆积过程Tab．1MagneticcylinderseederdesignparametersFig．3Se