基于edem的水田深施肥机构螺旋钢丝的数值模拟与分析

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1、2015年1月农机化研究第1期基于EDEM的水田深施肥机构螺旋钢丝的数值模拟与分析周韦，王金峰，王金武，杨欣伦(东北农业大学工程学院，哈尔滨150030)摘要:为解决水田深施肥堵塞问题，运用EDEM软件对水田深施肥机构肥料箱中螺旋钢丝进行仿真分析，得出了螺旋钢丝在不同转速、丝径、导程时对肥料运动的影响。研究结果表明，随着螺旋钢丝转速增大，排肥速度变快，转速到达270°/s时已达到肥箱最大排肥速度，螺旋钢丝的丝径和导程对于肥料的运动规律影响不明显。关键词:离散元;数值模拟;深施肥;螺旋钢丝中图分类号:S224．．2

2、文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)01－0027－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.01.006套通过轴承座铰接在机架上，长轴轴套内孔安装滚动0引言轴承，横向长轴与长轴轴套之间安装滚动轴承，横向众所周知，在进行水田深施肥作业时，化肥易因长轴可绕长轴轴套转动;肥料从入肥口进入肥箱，电潮解粘附在肥箱壁面和输肥管道壁面上，造成施肥质机带动横向长轴转动，经换向器带动横向短轴水平转量下降的问题，甚至出现管路堵塞，降低机具的作业动和纵向轴竖直转动，横向长轴和横向短轴分别带动［

3、1－3］效率。为解决上述问题，应用英国DEM－Solution左旋螺旋钢丝和右旋螺旋钢丝在肥箱中旋转，左旋螺公司开发的基于离散元素法模拟和分析颗粒系统运旋钢丝对箱体左边肥料施加向右的推力，右旋螺旋钢动过程的EDEM软件，建立一个在肥箱和输肥管内安丝对箱体右边肥料施加向左的推力，使得肥料由肥箱装具有搅肥、输肥、清除粘附化肥功能的螺旋钢丝结两侧向肥箱中间落肥口集中;换向器将水平转动转换构的水田深施肥机构参数化模型。软件通过分析与为竖直转动带动纵向轴转动，从而带动输肥管中螺旋机构表面相互作用的颗粒系统内部的行为，得出系

4、统钢丝转动，将落入管中的肥料施入水田中。各成分之间碰撞的强度、频率和分布，以及每个颗粒［4］的速度和位置等。目前，基于离散元法对于施肥机［5］械的研究少有出现，本文基于EDEM软件对肥料在螺旋钢丝作用下的运动状态进行模拟，通过后期处理分析螺旋钢丝对肥料运动的影响，为施肥装置的结构设计提供依据。1螺旋钢丝运动模型分析水田深施肥机构的肥料箱由横向长轴、长轴轴1．横向长轴2．长轴轴套3．肥料箱体4．左旋螺旋钢丝5．换向器套、肥料箱体、左旋螺旋钢丝、换向器、右旋螺旋钢丝、6．右旋螺旋钢丝7．入肥口8．横向短轴9．短轴轴套

5、10．纵向轴入肥口、横向短轴、短轴轴套，以及纵向轴组成，结构图1肥料箱结构图如图1所示。肥料箱由肥箱两侧长轴轴套、短轴轴Fig．1Structurediagramfertilizercan两个螺旋钢丝可看做两个沿竖直轴对称的螺旋机收稿日期:2014－01－20构。通过运动学分析，可以知道基金项目:国家自然科学基金项目(51205056);黑龙江省青年科学基Lφ金项目(QC2011C007);哈尔滨市科技创新人才专项资金S=(1)2π项目(2012ＲFQXN004);东北农业大学博士启动基金项目L=πd·tan(

6、2)(2012ＲCB04)作者简介:周韦(1990－)，女，长沙人，硕士研究生，(E－mail)ω=2πn(3)592091975@qq．com。式中φ—螺旋钢丝转过的角度(rad);通讯作者:王金峰(1981－)，男，黑龙江同江人，副教授，博士，(E－L—螺旋钢丝的导程(mm);mail)jinfeng_w@126．com。·27·2015年1月农机化研究第1期*S—螺旋钢丝转动φ角度后肥料被推动的距Y—等效杨氏模量(Pa);离(mm);δn—法向叠合量(m);*—螺旋钢丝的升角(°);m—等效质量(kg);

7、ω—螺旋钢丝旋转角速度［(°)/s］。v→rel—法向相对速度(m/s);n→rel2肥料接触模型vt—切向相对速度(m/s);e—恢复系数;离散元素法把分析对象看成充分多的离散单元，*G—等效剪切模量(MPa)。每个颗粒为1个单元，根据全过程中的每一时刻各颗粒间的相互作用计算接触力，应用牛顿运动定律计算3肥料运动仿真［4］运动参数，交替反复实现对象运动情况的预测。为3．1模型参数设置了正确描述螺旋钢丝与肥料的相互作用，在EDEM软为了便于模拟和计算，应用Pro/E建立肥料箱三件中采用Hertz－Mind

8、lin接触模型。该模型将接触作维模型，并将模型导入EDEM软件中，在EDEM软件用力分解为法向接触力、切向接触力(包含滑动摩擦)颗粒设置中将大颗粒肥料定义为球型，直径为4mm。和滚动摩擦力矩，每种力或力矩都可以简化为1个弹为了分析肥料与螺旋钢丝的相互作用，需对颗粒体与［6－9］簧、1个阻尼以及1个滑动器，如图2所示。机械结构相互作用的材料力学特性进行设置。通过前期预备试验