气吸窝眼轮式三七精密排种器设计与试验

发布时间：2020-09-19 07:49

　　 三七是一种名贵药材,主要种植在云南。随着三七药用价值不断提升,国内外对三七的需求量与日俱增,三七产业呈现快速发展势头。根据三七特性和种植农艺要求,三七播种行株距均为50 mm左右,属于精密播种方式。为了提高气吸式三七排种器的充种性能,本文采用机械气力组合充种技术,基于三七特性和种植农艺要求,设计一种气吸窝眼轮式三七精密排种器,该排种器的排种轮两侧面设计有水滴形窝眼孔,多个排种轮可串联装配,可进行“一轮双行、多轮串联”播种作业。本文对气吸窝眼轮式三七精密排种器进行设计与试验研究,主要研究内容及结论如下:(1)采用逆向工程技术,基于粘结颗粒模型,在EDEM软件中建立三七种子颗粒模型;在EDEM软件中建立仿真试验,通过对比台架试验,标定三七种子颗粒模型与ABS塑料的接触参数。(2)基于流体力学理论,确定排种器中流场类型,建立种子吸附过程的力学模型,对吸附过程进行分析;通过台架试验对三七种子吸附性能进行研究,得到三七种子的吸附距离与吸孔压差的关系,为气吸窝眼轮式三七精密排种器的设计提供理论基础。(3)基于三七特性和种植农艺要求,设计一种气吸窝眼轮式三七精密排种器;通过UG软件对排种器整体三维建模,确定排种器的整体结构;通过理论计算及经验公式确定排种器的主要结构参数。(4)基于EDEM软件进行机械充种性仿真试验研究,基于FLUENT软件对排种轮的负压腔、正压腔和分气机构的流场进行仿真试验研究,最终确定排种器最佳结构参数。(5)通过台架试验确定排种器的最佳工作参数。以吸孔负压、排种轮转速和种层高度为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数和各行排量一致性变异系数为试验指标,进行三因素二次回归正交旋转组合试验,试验结果表明:影响合格指数的先后顺序为吸孔负压、排种轮转速和种层高度,种层高度为50 mm,排种轮转速为34~48 r/min,吸孔负压为560~660 Pa时,可获得合格指数大于93.0%,重播指数小于3.5%,漏播指数小于3.5%,各行排量一致性变异系数小于3.0%;对最佳工作参数进行试验验证,可满足三七精密播种要求。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S223.2
【部分图文】：

昆明理工大学硕士学位论文10当球形颗粒半径越小时，越近似种子实际轮廓，如图2.1c所示。球形颗粒彼此间是独立的个体，通常该颗粒半径通常较小，所以多球粘结颗粒模型还可适用于EDEM-CFD耦合仿真。本文选用多球粘结颗粒模型建立三七种子颗粒模型。（a）单个球形颗粒模型（b）多球聚合颗粒模型（c）多球粘结颗粒模型图2.1颗粒模型Fig.2.1Particlemethod2.1.1三七种子轮廓模型三七种子为非规则形状颗粒，本文应用逆向工程技术，采用EinScan-S3D扫描仪对三七种子进行三维扫描，通过GeomagicWrap3D扫描数据处理软件处理3D扫描数据，最终得到三七种子轮廓几何模型。3D扫描仪EinScan-S如图2.2所示。图2.2EinScan-S3D扫描仪Fig.2.2EinScan-S3Dscanner三七种子含水率为20%~60%，密度为929~1132kg/m3，长度为5.2~7.2mm，宽度为4.8~6.8mm，高度为4.0~6.0mm，平均直径为5.62mm，球度为90.86％，本文选取长宽高尺寸与平均值相近的三七种子，种子实物如图2.3a所示。将种

2三七种子颗粒模型及接触参数标定11子的3D扫描数据导入GeomagicWrap3D扫描数据处理软件，进行逆向工程处理3D扫描数据，得到种子点云数据，如图2.3b所示。将点云数据转换为多边形，通过裁剪多余曲面、删除钉状物、合并、松弛、光顺等操作，对三七种子多边形模型进行优化处理，再导入UG软件中，利用曲面逼近方法，最终得到三七种子轮廓模型，如图2.3c所示。（a）三七种子（b）点云数据（c）轮廓模型图2.3三七种子轮廓模型Fig.2.3SeedcontourmodelofPanaxnotoginseng2.1.2颗粒填充本文选用多球粘结颗粒模型建立三七种子颗粒模型，当球形颗粒直径越小时，粘结的球形颗粒数就越多，本文采用自动填充的方式。将三七种子轮廓模型导入到EDEM软件中，选择三七种子模型为球形颗粒生成工厂，球形颗粒接触模型为Hertz-Mindin无滑移模型。为了使球形颗粒填充得更加致密，将填充的球形颗粒之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和动摩擦因数设置成较小的数值，可加快球形颗粒填充速度。球形颗粒填充如图2.4所示。（a）0.1mm（b）0.3mm（c）0.5mm图2.4球形颗粒填充Fig.2.4Sphericalparticlefilling

昆明理工大学硕士学位论文12如图2.4a所示，填充的球形颗粒半径为0.1mm，球形颗粒数量为16383；如图2.4b所示，填充的球形颗粒半径为0.3mm，球形颗粒数量为1582；如图2.4c所示，填充的球形颗粒半径为0.5mm，球形颗粒数量为98。当球形颗粒直径越小时，越近似种子实际轮廓，但球形颗粒的数量越多，仿真计算时间就越长，综合考虑本文选取球形颗粒半径为0.5mm方案。图2.5最终的球形颗粒参数Fig.2.5Thefinalsphericalparticleparameters填充完成后，在EDEM软件后处理界面中，导出98颗球形颗粒的半径尺寸、ID编号和中心坐标参数，导出csv格式文件，通过Excel软件对其处理及编辑，最终的球形颗粒参数如图2.5所示。将EDEM仿真时间归零，在后处理界面中导出SimulationDeck文件，文件名添加.xml后缀，仅选择颗粒数据，导出XML格式文件，通过Notepad++软件编辑该文件，将98颗球形颗粒的半径尺寸、ID编号和中心坐标参数复制保存到该文件中，XML格式文件如图2.6所示，三七种子颗粒模型XML文件见附录B。图2.6XML格式文件Fig.2.6XMLformatfile

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