有機肥撒播機關鍵部件設計及參數優化

溫翔 牙星歡

摘 要：針對一種有機肥撒播機械的施撒錐盤進行了結構設計和參數優化。

關鍵詞：農業機械;EDEM;施撒錐盤

中圖分類號：S224.2 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.012

現階段我國在有機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，最佳解決途徑是實現機械化撒施。目前，國外大多采用圓盤式撒肥機進行撒肥作業。查閱相關文獻，錐角形圓盤的撒播幅寬及撒播均勻度要優于傳統的水平圓盤。本文對施撒錐盤進行結構設計并利用EDEM進行仿真分析，得到其最優結構參數。

1 施撒錐盤的結構設計

撒肥錐盤直徑大小不同，肥料顆粒落在地面上位置不同。參考文獻資料和實踐應用表明，撒肥錐盤的直徑范圍應為500～600 mm，厚度取5 mm。圓盤結構采用倒錐形，預設錐盤離地800 mm。錐盤上的刮肥板設計成導軌型結構，目的是在錐盤高速作業時，防止有機肥顆粒散落，可以沿著導軌槽進行撒拋。同時刮肥板和撒肥盤均采用1Cr18Ni9Ti材料，以增強施肥部件的耐腐蝕性，增加機具使用壽命。平鍵連接結構簡單、拆裝方便、對中性較好，廣泛應用于各類機械中。故在錐盤中央設計一厚度10 mm的凸臺，其外徑為30 mm，內徑20 mm，并開槽以配合液壓馬達上12×8 mm的平頭平鍵。錐盤直徑以及錐角為錐盤結構的關鍵參數，在運用EDEM進行單變量仿真實驗實現優化設計（如圖1所示）。

2 利用EDEM仿真進行結構參數優化

使用Hertz-MindlinwithJKR模型，參考王晨在車載有機肥撿拾裝置的研究中提供的EDEM虛擬實驗數據，將表面黏附能設定為30 J/m2。簡化施撒裝置，將其保存為 stp 格式導入到 EDEM 中（如圖2所示）。將左右錐盤的動態一欄設置為線性旋轉 ?（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。 創立虛擬工廠為兩個錐盤上方的兩個 200×400 mm 的虛擬平面，動態生成農家肥顆粒，總量為 30 000顆農家肥顆粒，下落量為5000 顆/s。依據美國 ASAE S341.2 圓盤撒肥機靜態試驗方法，用二維矩陣法計算橫向變異系數。運用 EDEM 中 Analyst 的 Selection 模塊設置 Grid Bin Group，出于對幅寬的檢驗要求，將其大小定為 26×16 m，一共劃分為 100 個網格，并在 options 模塊中的編輯器中選 total particle mass，從而將拋撒到各個網格中的有機肥質量顯示出來。將拋撒到每列網格中有機肥顆粒的質量相加，變成10×10 的單行有機肥顆粒的收集矩陣，方便計算橫向幅寬方向撒肥變異系數。

將轉速設置為500 r/min，對直徑和錐角參數進行單因素仿真優化。錐盤直徑分別設置為460 mm、500 mm、540 mm，錐角設置為5°、6°、7°。仿真數據由表1、2所示。

從表中可得，錐盤直徑在500 mm，錐角為5°時，擁有較小的橫向變異系數，故設置此數值為錐盤的結構參數。

參考文獻：

[1] 張睿，王秀，馬偉，等.變量施肥拋撒機拋肥機構研究[J]農機化研究，2013，35（11）：153-155+163.

[2] 王晨.車載有機肥撿拾裝置研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2016.