离散元模拟外槽轮排肥器排量分析

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1、2015年9月农机化研究第9期离散元模拟外槽轮排肥器排量分析11112111张涛，刘飞，刘月琴，赵满全，张思，李娜，李凤丽，吕冰(1．内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特010018;2．长江大学机械工程学院，湖北荆州434023)摘要:排肥装置作为免耕播种机的重要组成部分，其排肥性能直接影响播种的出苗率、作物的长势及粮食的产量。为得到外槽轮排肥器不同槽轮工作长度的单位圆周排出质量和质量流率，本文采用离散元软件，对外槽轮排肥器转速为35r/min，槽轮工作长度为15、30、55mm时的排肥过程进

2、行了模拟。模拟结果表明:外槽轮工作长度为15、30、55mm时，单位圆周排出质量分别为0．0369、0．0694、0．1355kg/r;质量流率分别为0．0215、0．0405、0．0790kg/s。关键词:外槽轮;排肥器;离散元;质量流率;单位圆周排出质量中图分类号:S224．2;S220．3文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0198－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.045业大学机械厂研制的一款精量免耕播种机，播种行数0引言为5行

3、，理论行距65cm，作业幅宽3．3m，整机质量为高效施肥可以提升作物的单位产量及农业物料的1800kg，外形尺寸3770mm×3180mm×1480mm，生2［9］综合使用率，达到增产和增收的目的;还可以调节土产率0．9～1．5hm/h。2BM－5型气吸式免耕播种壤组织构成、改良植物生长发育及养分吸收的方机如图1所示。［1－2］式。气吸式免耕播种机是一种将免耕播种技术与［3－4］高效施肥技术结合起来的现代化的精密播种机。排肥装置作为免耕播种机具上的重要组成部分，其性能直接影响化肥的分布精度，从而

4、影响种子的发芽率［5－6］和粮食的产量。为此，基于内蒙古农业大学机械厂研制的2BM－5型气吸式免耕播种机排肥系统进行离散元模拟实验，颗粒与颗粒接触、颗粒与几何体接触都选用hertz－mindin(noslip)butin接触模型。在排肥系统以垂图12BM－5型气吸式免耕播种机直地面方向振幅为2mm、频率为10Hz的振动条件下，Fig．12BM－5typeofsuctionandnotillageplanter模拟外槽轮排肥器排施尿素颗粒料肥进行实验;并模1．2排肥器工作原理拟了肥箱内剩余15kg

5、尿素肥料时，排肥系统的的质量外槽轮排肥器主要工作部件为外槽轮和排肥盒。［7－8］流率和外槽轮单位圆周排出质量。工作时，外槽轮做旋转运动，肥料依靠自身重力充满1试验机型与离散元简介排种盒和槽轮内的凹槽，槽轮凹槽旋转将肥料带出实现排肥。其结构简单，适合排施颗粒肥料。由于其适1．1试验机型用性较强，同时构造简单，市场通用性好，因此也成为本次模拟采用2BM－5型气吸式免耕播种机的排［10］目前应用最为广泛的排肥器。肥系统。2BM－5型气吸式免耕播种机是由内蒙古农1．3离散元方法简介收稿日期:2014－0

6、9－12离散元法是一种不连续的数值计算方法。其从离基金项目:国家自然科学基金项目(51365034);中国博士后科学基金散元的块体接触问题入手，找出其本构关系，建立物项目(2014M552532XB)理力学模型;并根据牛顿第二定律及力与位移的关系作者简介:张涛(1988－)，男，内蒙古赤峰人，硕士研究生，(E－mail)308685885@qq．com。确定力、加速度、速度、位移之间的关系，适合对非连通讯作者:赵满全(1955－)，男，内蒙古土右旗人，教授，博士生导师，［11］续体、离散的单元进

7、行数值仿真。(E－mail)nmgzhaomq@163．com。·198·2015年9月农机化研究第9期2离散元模拟方案2．1模拟方法本模拟实验用SolidWorks软件建立2BM－5型气吸式免耕播种机的排肥盒和外槽轮排肥器。将三维软件导入离散元软件，在排肥系统的垂直方向振幅2mm、频率为10Hz条件下，和外槽轮的转动条件下进行肥料模拟实验。本实验所选外槽轮排肥器为市场图4外槽轮与排肥盒装配图通用型大外槽轮排肥器，外端直径为68mm，外槽轮的Fig．4Outergroovedwheelandfe

8、rtilizerboxassemblydrawing最大工作长度为60mm。2．3物料参数选择2．2三维模型的建立本次模拟实验有3种物料，外槽轮为硬质塑料，其应用SolidWorks软件建立的工作长度分别为50、余几何体为钢，颗粒材料为尿素，将尿素颗粒近似为30、15mm的外槽轮排肥器的三维图如图2所示，排肥球体。仿真设置的物料物理参数如表1所示，物料间盒三维图如图3所示，外槽轮与排肥盒装配如图4所［12－13］的接触参数如表2所示。示。表1物料物理参数Table1Thematerialpara