有機(jī)肥撒播機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化

溫翔 牙星歡

摘 要：針對(duì)一種有機(jī)肥撒播機(jī)械的施撒錐盤進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械;EDEM;施撒錐盤

中圖分類號(hào)：S224.2 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.012

現(xiàn)階段我國在有機(jī)肥料的使用上還主要停留在人工撒施階段，撒施效率過低，工作量繁重，最佳解決途徑是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化撒施。目前，國外大多采用圓盤式撒肥機(jī)進(jìn)行撒肥作業(yè)。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，錐角形圓盤的撒播幅寬及撒播均勻度要優(yōu)于傳統(tǒng)的水平圓盤。本文對(duì)施撒錐盤進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并利用EDEM進(jìn)行仿真分析，得到其最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1 施撒錐盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

撒肥錐盤直徑大小不同，肥料顆粒落在地面上位置不同。參考文獻(xiàn)資料和實(shí)踐應(yīng)用表明，撒肥錐盤的直徑范圍應(yīng)為500～600 mm，厚度取5 mm。圓盤結(jié)構(gòu)采用倒錐形，預(yù)設(shè)錐盤離地800 mm。錐盤上的刮肥板設(shè)計(jì)成導(dǎo)軌型結(jié)構(gòu)，目的是在錐盤高速作業(yè)時(shí)，防止有機(jī)肥顆粒散落，可以沿著導(dǎo)軌槽進(jìn)行撒拋。同時(shí)刮肥板和撒肥盤均采用1Cr18Ni9Ti材料，以增強(qiáng)施肥部件的耐腐蝕性，增加機(jī)具使用壽命。平鍵連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、對(duì)中性較好，廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械中。故在錐盤中央設(shè)計(jì)一厚度10 mm的凸臺(tái)，其外徑為30 mm，內(nèi)徑20 mm，并開槽以配合液壓馬達(dá)上12×8 mm的平頭平鍵。錐盤直徑以及錐角為錐盤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)，在運(yùn)用EDEM進(jìn)行單變量仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)（如圖1所示）。

2 利用EDEM仿真進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

使用Hertz-MindlinwithJKR模型，參考王晨在車載有機(jī)肥撿拾裝置的研究中提供的EDEM虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將表面黏附能設(shè)定為30 J/m2。簡(jiǎn)化施撒裝置，將其保存為 stp 格式導(dǎo)入到 EDEM 中（如圖2所示）。將左右錐盤的動(dòng)態(tài)一欄設(shè)置為線性旋轉(zhuǎn) ?（Linear Rotation），定義材料為 steel，其余擋板為固定模型，同樣定義材料為 steel。 創(chuàng)立虛擬工廠為兩個(gè)錐盤上方的兩個(gè) 200×400 mm 的虛擬平面，動(dòng)態(tài)生成農(nóng)家肥顆粒，總量為 30 000顆農(nóng)家肥顆粒，下落量為5000 顆/s。依據(jù)美國 ASAE S341.2 圓盤撒肥機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)方法，用二維矩陣法計(jì)算橫向變異系數(shù)。運(yùn)用 EDEM 中 Analyst 的 Selection 模塊設(shè)置 Grid Bin Group，出于對(duì)幅寬的檢驗(yàn)要求，將其大小定為 26×16 m，一共劃分為 100 個(gè)網(wǎng)格，并在 options 模塊中的編輯器中選 total particle mass，從而將拋撒到各個(gè)網(wǎng)格中的有機(jī)肥質(zhì)量顯示出來。將拋撒到每列網(wǎng)格中有機(jī)肥顆粒的質(zhì)量相加，變成10×10 的單行有機(jī)肥顆粒的收集矩陣，方便計(jì)算橫向幅寬方向撒肥變異系數(shù)。

將轉(zhuǎn)速設(shè)置為500 r/min，對(duì)直徑和錐角參數(shù)進(jìn)行單因素仿真優(yōu)化。錐盤直徑分別設(shè)置為460 mm、500 mm、540 mm，錐角設(shè)置為5°、6°、7°。仿真數(shù)據(jù)由表1、2所示。

從表中可得，錐盤直徑在500 mm，錐角為5°時(shí)，擁有較小的橫向變異系數(shù)，故設(shè)置此數(shù)值為錐盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張睿，王秀，馬偉，等.變量施肥拋撒機(jī)拋肥機(jī)構(gòu)研究[J]農(nóng)機(jī)化研究，2013，35（11）：153-155+163.

[2] 王晨.車載有機(jī)肥撿拾裝置研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.