胡麻籽粒離散元仿真參數標定與排種試驗驗證

石林榕，馬周泰，趙武云，楊小平，孫步功，張建平

胡麻籽粒離散元仿真參數標定與排種試驗驗證

石林榕1，馬周泰1，趙武云1※，楊小平1，孫步功1，張建平2

（1. 甘肅農業大學機電工程學院，蘭州 730070；2. 甘肅省農科院作物研究所，蘭州 730070）

為借助離散單元法優化胡麻機械化生產裝備提供胡麻基本參數，該文對甘肅省普遍種植的定亞22號、隴亞10號、隴亞13號3種胡麻籽粒通過試驗法測定了胡麻籽粒的基本物理參數（3個方向尺寸、質量密度、體積密度、泊松比、千粒重、含水率、彈性模量）和接觸力學參數（恢復系數、靜摩擦系數）；通過調整胡麻模型的滾動摩擦系數條件下形成的胡麻堆積角逼近胡麻實際堆積角方法，預測胡麻滾動摩擦系數。結果表明：定亞22號胡麻滾動摩擦系數為0.041 5、隴亞10號為0.042 5、隴亞13號為0.042 0。探討了胡麻堆積角形成過程中滾動摩擦系數對胡麻與底板接觸數量、胡麻動能和重力勢能影響變化規律，結果表明：隨著滾動摩擦系數的減少，胡麻與底板的接觸數量增加，胡麻種群的轉動動能呈先增加后減小的變化趨勢；減小胡麻滾動摩擦系數，其轉動動能增加。通過設計的異型窩眼輪排種仿真和大田試驗可知，胡麻平均穴粒數為9.5粒，標準差為1.5粒；大田試驗的平均穴粒數為9粒，標準差為1粒。仿真和試驗結果的穴粒數平均值的相對誤差為5.26%，基本滿足西北旱區胡麻播種機械設計參數優化需求。

農業機械；離散元；標定；胡麻；驗證

0 引 言

胡麻（又稱亞麻，flaxes）主要產于甘肅、山西、新疆、寧夏等地，是食用油的主要原料之一，對保障國家糧食安全方面具有很重要的戰略意義[1-2]。胡麻作為甘肅主要的經濟作物之一，對甘肅經濟具有提升作用[3]。提高胡麻生產效率，機械化精密播種尤為重要[4]。

發達國家精密播種研究已成熟，中國還處于技術完善階段[5]。播種機的核心部件為排種器，其優劣直接影響播種器的性能[6]。排種器排種過程中種子受力復雜，通過試驗法研究種子在排種過程的受力存在欠缺[7]，可借助離散單元法研究分析排種過程中種子受力及運動狀態[8-9]，如油菜[10]、小麥[11]、馬鈴薯[12]、玉米[13]等。通過離散單元法優化排種器工作參數之前需優先確定種子的輸入參數[14-15]，參數又分為基本物理參數、接觸力學參數[16-17]。

本文通過試驗法獲得胡麻密度、體積密度、三軸尺寸、泊松比、彈性模量及種子與接觸材料之間的靜摩擦系數、碰撞恢復系數等。由于胡麻籽粒尺寸比較小，形狀呈扁平狀，其滾動摩擦系數（簡稱動摩擦系數）測定較難，通過改變胡麻之間的滾動摩擦系數后形成的胡麻堆積角逼近實際胡麻堆積角來間接預測胡麻滾動摩擦系數[18]。通過大田試驗驗證標定的胡麻仿真參數，以期為胡麻排種器結構優化提供參考。

1 胡麻仿真參數確定

胡麻籽粒屬于散體物料，可采用Hertz-Mindlin 模型模擬胡麻籽粒的流動特性[19]。根據HMCM仿真要求，需輸入胡麻籽粒基本物理和接觸力學參數等。基本物理參數包括胡麻籽粒形狀尺寸及體積分布、質量密度、彈性模量、泊松比、體積密度和含水率；接觸力學參數包括恢復系數、靜摩擦系數和滾動摩擦系數。本文對收獲后存放7個月的定亞22號、隴亞10號、隴亞13號3個胡麻品種進行參數測定、標定[20]。測得定亞22號、隴亞10號、隴亞13號胡麻籽粒的質量密度分別為1.09、1.05和1.06 g/mL，體積密度分別為0.67、0.66和0.65 g/mL，含水率平均值分別為5.35%、5.13%和5.32%。

1.1 三軸尺寸及體積分布

隨機取3種胡麻籽粒各500粒，采用數顯式游標卡尺（精度0.02 mm）進行三軸尺寸測定。胡麻籽粒的三軸尺寸是指胡麻籽粒的長度（），寬度（），厚度（）（圖1）。統計測量結果表明：定亞22號平均值為4.83 mm，為2.39 mm，為0.85 mm；隴亞10號平均值為4.43 mm，為2.38 mm，為0.95 mm；隴亞13號平均值為5.13 mm，為2.47 mm，為1.02 mm。

圖1 胡麻籽粒的3軸方向

借助胡麻籽粒三維模型建立其離散元模型后，還需設置胡麻籽粒體積分布規律[13]。實際胡麻籽粒體積測量困難，可借助胡麻籽粒3軸尺寸計算分析出胡麻籽粒體積分布的標準差，計算依據三維體積=··。3種胡麻三維體積分布規律如圖2所示。由圖2可知，3種胡麻籽粒三維體積基本均呈正態分布。定亞22三維體積分布標準值和標準差為9.90±1.78，隴亞13三維體積分布標準值和標準差為9.77±1.37，隴亞10三維體積分布標準值和標準差為12.88±1.80。

圖2 胡麻種子體積分布

1.2 泊松比

胡麻籽粒較小，其泊松比測定難度較大。本文通過測量胡麻種子加載前后寬度與厚度方向的變形量計算泊松比[21]。利用電動雙柱拉壓力測試臺（型號：HDV-1K）對胡麻種子進行壓力變形試驗，加載前測量胡麻厚度和寬度尺寸，試驗時以0.5 mm/s速度對胡麻種子進行厚度方向加載，加載2 s后停機。利用電子式游標卡尺測量胡麻種子寬度方向變形量。每個品種20次重復，取其平均值，通過式（1）計算泊松比。3個品種胡麻種子的泊松比測量結果如表1所示。

表1 胡麻泊松比

注：1為胡麻種子加載前的寬度；2為胡麻種子加載后的寬度；2為胡麻種子加載前的厚度；1為胡麻種子加載后的厚度，mm。

Note:1is the width of flaxes before loading.2is the width of flaxes after loading.2is the thickness before loading of flaxes.1is the thickness after loading of flaxes, mm.

1.3 靜摩擦系數

1.3.1 胡麻種子與其他材料之間的靜摩擦系數

影響摩擦系數的因素有很多，如材料的種類、接觸面的粗糙度等[22]。本文采用斜面法測量胡麻種子靜摩擦系數[23]，試驗材料為有機玻璃圓筒、鋁質圓筒（內壁直徑30 cm×高度50 cm）。試驗時將胡麻種子放于管內壁，底端固定，緩慢抬升圓筒另一端，待胡麻籽粒開始下落時停止抬升并對圓筒傾角進行拍照，將圖片導入CAD軟件中，標識管與水平面之間的夾角。每個品種10次重復，根據=tan計算得到各胡麻種子的靜摩擦系數。胡麻種子與其他材料之間的摩擦角測定過程如圖3所示，靜摩擦系數計算結果如表2所示。

圖3 胡麻與其他材料之間的摩擦角測定過程

表2 胡麻與2種材料的靜摩擦系數

1.3.2 胡麻種子之間的靜摩擦系數

胡麻種子之間的靜摩擦系數也采用斜面法測量[23]。測定胡麻種子之間的靜摩擦系數之前，用鑷子將胡麻籽粒分品種整齊排列粘附在塑料板上，盡可能減小籽粒間的空隙，測量板如圖4所示。測量時用鑷子將胡麻籽粒按品種放置于粘好的測量板上的一個胡麻籽粒上，測量板底端固定，緩慢抬升塑料板另一端，待胡麻籽粒開始向下運動時停止抬升測量板，記錄測量板與水平面之間的夾角，按1.3.1節方法計算，每個品種10次重復，每次胡麻放置選擇測量板上不同的胡麻籽粒上，經過計算定亞22號胡麻籽粒間的靜摩擦系數為0.240±0.039，隴亞10號胡麻籽粒間的靜摩擦系數為0.201±0.028，隴亞13號胡麻籽粒間的靜摩擦系數為0.204±0.035。

圖4 胡麻籽粒之間的靜摩擦系數測量

1.4 碰撞恢復系數

1.鋼板尺2.接觸板3.攝像機4.尖嘴鉗5.胡麻籽粒

表3 胡麻籽粒碰撞恢復系數

1.5 彈性模量

胡麻彈性模量由胡麻籽粒的載荷-位移曲線計算得到[26]，該曲線測定試驗設備分別為艾德堡電子式拉力試驗機（樂清市艾德堡有限責任公司）、數顯示推拉力計（Model：HF-500N）和壓力傳感器（DS2-500N60028）。根據胡克定律，在彈性范圍內，材料的伸長應變與其正應力成正比，如式（3）所示。試驗時將胡麻籽粒水平放置在一個錐形凹槽內，使用直徑0.5 mm的圓形壓頭、保持加載速度30 mm/min對胡麻在厚度方向進行壓縮，計算機自動采集載荷-位移數據。由式（4）計算得到胡麻剪切模量，結果如表4所示。

式中為彈性模量，MPa；為胡麻籽粒受到的壓力，N；為接觸面積，mm2，圓形壓頭直徑為0.5 mm，與胡麻籽粒接觸面積為0.785 mm2；為胡麻籽粒加載前的厚度，mm；Δ為胡麻籽粒加載后的厚度，mm。

胡麻籽粒的剪切模量由式（4）計算得到。

式中為胡麻泊松比。

表4 胡麻彈性模量和剪切模量

1.6 滾動摩擦系數標定

胡麻籽粒較小，呈扁平狀，通過試驗法測其滾動摩擦系數存在困難。本文采用仿真逼近預測法標定胡麻滾動摩擦系數[13]。通過胡麻堆積試驗得到胡麻實際堆積角；使用上文已得到的胡麻籽粒參數開展與試驗同等條件下的胡麻仿真堆積角試驗；逐步調整仿真胡麻的滾動摩擦系數使胡麻仿真與實際堆積角基本相等，對應得到不同品種胡麻的滾動摩擦系數。

1.6.1 實際堆積角測定

為了更加準確地確定胡麻籽粒的滾動摩擦系數，分別采用有機玻璃圓筒和鋁質圓筒進行胡麻籽粒堆積試驗。每個品種試驗5次，結果取平均值。試驗時將有機玻璃圓筒（內壁直徑60 mm×高度200 mm）垂直置于水平桌面，管內注入20 g胡麻籽粒，穩定后使用DC12V直流推桿以30 mm/s的速度向上提升圓筒，此時胡麻種群在重力作用下自然下落堆積，形成的圓椎體底角即胡麻籽粒堆積角。如圖6所示，分別沿、方向對胡麻堆積角進行圖像采集，導入AatoCAD2010中，借助直線工具標注圓錐體底角，如圖6所示，胡麻堆積角在軸、軸方向分別有2個值，其平均值為胡麻該方向的堆積角，共進行5次。3種胡麻籽粒實際堆積角測量結果如表5所示。

注：θ1、θ2分別為x軸方向的胡麻籽粒堆積角；θ3、θ4分別為y軸方向的胡麻籽粒堆積角。(°)。

表5 胡麻籽粒實際堆積角

1.6.2 胡麻籽粒模型建立

根據3個品種胡麻籽粒的三軸統計尺寸和形狀，利用SolidWorks軟件對胡麻籽粒進行三維實體建模，并將三維模型導入EDEM軟件，用不等直徑的球體對其進行填充，直到胡麻籽粒三維模型被緊密填充、無可填充空間為止。定亞22號采用37顆半徑為0.28～0.43 mm球狀顆粒填充，長度方向為?2.42～2.42 mm、寬度方向為?1.29～1.29 mm，高度方向為?0.43～0.43 mm；隴亞10號采用29顆半徑為0.28～0.50mm球顆粒填充，長度方向為?2.22～2.42mm、寬度方向為?1.29～1.29 mm，高度方向為?0.47～0.47 mm；隴亞13號采用23顆半徑為0.25～0.48 mm球顆粒填充，長度方向為?2.57～2.57 mm、寬度方向為?1.24～1.24 mm，高度方向為?0.51～0.51 mm。胡麻籽粒的三維模型和離散元模型如圖7所示。設置直徑60 mm、高度200 mm圓筒用于形成胡麻堆積角，材料分別為有機玻璃和鋁，當容器內填充完20 g胡麻籽粒后，以30 mm/min提升，胡麻種群自然下落形成堆積。

注：1為胡麻籽粒三維模型；2為胡麻籽粒離散元模型。

1.6.3 仿真參數設置及結果分析

胡麻籽粒堆積仿真過程時間步長的選取至關重要，過大會導致顆粒發生爆炸式發散，過小會使計算量成倍增加[27-28]。時間步長計算如式（5）所示。胡麻籽粒堆積仿真過程時間步長計算結果如表6所示。

式中Δ為時間步長，s；為胡麻籽粒的球體直徑，mm；s為胡麻籽粒下落過程中的最大速度，mm/s；為胡麻籽粒的密度，kg/mm3；為胡麻籽粒的剪切模量，MPa。

表6 胡麻籽粒堆積仿真過程仿真設置參數

為降低仿真工作量，通過預仿真使仿真胡麻堆積角接近胡麻實際堆積角，并參考相關文獻[17, 29]，縮小胡麻籽粒的滾動摩擦系數取值范圍，區間為0.03～0.05。調整胡麻滾動摩擦系數使堆積角進一步逼近胡麻籽粒實際堆積角，縮小取值范圍為0.041～0.043。在2種容器、3種滾動摩擦系數條件下進行胡麻籽粒堆積仿真試驗，獲得對應的仿真堆積角，并尋找較優值，每個品種3次重復，結果取平均值。仿真胡麻籽粒堆積角如表7所示。

表7 2種容器、3種滾動摩擦系數條件下的胡麻仿真堆積角

圖8為隴亞13號在鋁質圓筒條件下形成的堆積角仿真圖像。

注：x–0.043為當滾動摩擦系數為0.043時、x軸方向的胡麻籽粒堆積角，其他類同。

在有機玻璃圓筒條件下當定亞22號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.041時，形成的堆積角平均值為23.58°，接近其實際堆積角23.64°，兩者相對誤差為0.25%；在鋁質圓筒條件下當定亞22號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.042時，形成的堆積角平均值為23.77°，接近胡麻實際堆積角23.33°，兩者相對誤差為1.85%，綜合考慮，確定定亞22號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.041 5。采用相同方法，確定隴亞10號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.042 5、隴亞13號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.042 0。在鋁制圓筒條件下對確定的3種胡麻籽粒的滾動摩擦系數進行驗證，如圖9所示。

圖9 3種胡麻籽粒仿真驗證試驗

當定亞22號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.041 5，形成仿真堆積角平均值為22.66°。當隴亞10號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.042 5，形成仿真堆積角平均值為22.60°。當隴亞13號胡麻籽粒的滾動摩擦系數為0.042 0，形成仿真堆積角平均值為23.06°。

1.6.4 滾動摩擦系數對堆積角形成過程影響

胡麻滾動摩擦系數對仿真結果影響顯著，為探討滾動摩擦系數對胡麻籽粒堆積角形成影響機理，分析研究不同滾動摩擦系數對胡麻籽粒與底板接觸數量、能量轉化影響規律。

分析當定亞22號胡麻籽粒在兩種容器（有機玻璃圓筒、鋁制圓筒）、3種滾動摩擦系數（0.041，0.042，0.043）條件下，其堆積角形成過程中胡麻籽粒與底板接觸數量變化趨勢，如圖10所示。

圖10 3種滾動摩擦系數條件下胡麻籽粒與底板接觸數量的變化趨勢

當滾動摩擦系數分別為0.041、0.042和0.043時，有機玻璃條件下胡麻堆積后籽粒與底板的接觸數量分別為1 390、1 364、1 362；鋁質圓筒條件下其接觸數量分別為1 407、1 363、1 311，由此可知滾動摩擦系數增加限制堆積角的減小。當胡麻籽粒與底板的接觸數量越多，說明胡麻與底板的相互接觸面積越大，同體積下，錐體底面積增加，高度變小。

胡麻堆積角形成過程中胡麻重力勢能轉化為動能，滾動摩擦影響動能轉化效率。如圖11所示，隨時間變化胡麻籽粒的轉動動能呈先增加后減小變化趨勢，在0.65 s時其轉動動能最大；相同時刻，當滾動摩擦系數變小，其轉動動能增大，表明滾動摩擦系數會限制轉動動能。胡麻籽粒堆積過程中下落速度一定，其轉動速度增加，種群向外圍擴散，相應的形成的堆積角變小。

圖11 不同滾動摩擦系數條件下轉動動能隨時間的變化趨勢

由圖12可知，胡麻堆積仿真過程中胡麻重力勢能在0.4 s前走勢基本水平，在0.25 s后勢能開始驟減。0.25 s前胡麻種群都在設備管內，勢能轉換動能較少；0.25 s后胡麻脫離容器束縛重力勢能迅速轉換為動能。0.8 s時在有機玻璃條件下，當滾動摩擦系數分別為0.041、0.042和0.043時，胡麻的重力勢能分別為2.86×10-7、2.73×10-7和2.65×10-7J；相同時刻，在鋁制圓筒條件下胡麻的重力勢能分別為2.79×10-7、2.78×10-7和2.75×10-7J，說明滾動摩擦系數限制重力勢能增加。

圖12 不同滾動摩擦系數條件下重力勢能隨時間的變化

2 仿真排種及試驗驗證

為檢驗標定的胡麻籽粒仿真參數的可靠性，開展異型窩眼外槽輪排種仿真試驗，并通過對比仿真和試驗結果穴粒數的相對誤差，驗證上文標定的胡麻參數。

2.1 排種仿真參數設置

排種器異型窩眼排種輪直徑為55 mm，長為50 mm。排種輪軸向有4排、徑向有4個異型窩眼，其主體型狀為三棱柱形，外部邊緣倒圓角半徑為1 mm，內測邊緣倒圓角半徑為2 mm。西北旱區胡麻種植農藝要求每穴胡麻數區間為8～12粒，以10粒作為設計參數[4]。排種仿真過程中與胡麻籽粒發生接觸的主要有3個部件，分別為異型窩眼輪、種刷和排種器，材料分別為防靜電POM塑料、牛皮筋和304不銹鋼[30-31]。排種器的排種輪由播種機的覆土滾筒帶動，為與田間播種機試驗穴粒數對比，計算確定窩眼輪角速度為57 r/min。胡麻籽粒生成數量為3 300個，仿真總時間為10 s。異型窩眼輪排種器及窩眼輪結構如圖13所示。通過查閱文獻和試驗方法得到排種過程中與胡麻籽粒接觸材料相關參數，如表8所示。

1.排種器殼體2.排肥器殼體3.異型窩眼輪4.導向輪5.隔種板6.種刷

1.Seed metering device shell 2.Fertilizer metering device shell 3.Heterosexual socket eye wheel 4.Guiding wheel 5.Seed separator 6.Seed brush

圖13 異型窩眼排種器結構示意圖

Fig.13 Structural schematic diagram of heterosexual socket-eye metering device

表8 排種器組成材料參數

2.2 排種過程及結果

胡麻異型窩眼輪排種器排種過程仿真如圖14所示。由圖可知，當排種輪逆時針旋轉時，胡麻籽粒在重力作用下填充暴露在胡麻種群的窩眼中（圖14a）；當窩眼到達種刷位置時，種刷清理窩眼孔以外的胡麻籽粒（圖14b）；當排種輪窩眼轉離種群后，在胡麻籽粒在重力作用下掉落（圖14c）；2個窩眼可有效降低穴粒數的變異系數（圖14d）。

對胡麻籽粒排種仿真的76個穴粒數統計發現，仿真排種穴粒數范圍為8～11粒，平均穴粒數為9.5粒，標準差為0.5粒，處于胡麻播種農藝要求的8～12粒區間內。仿真和農藝要求穴粒數平均值相對誤差為5%。

2.3 田間驗證

課題組于2019年3月29日在甘肅省榆中縣胡麻試驗基地對胡麻聯合播種機進行了田間試驗。采用的胡麻聯合播種機集平地、施肥、鋪膜、膜側壓土、膜上穴播、膜上定點覆土和鎮壓等作業環節，6行播種，穴距145 mm，行距170 mm。試驗地為壤土，試驗前1周進行旋耕、平整作業，牽引拖拉機為東方紅-250，牽引速度為0.6 m/s，胡麻品種為隴亞10號，采用自研的外槽輪式異型窩眼排種器，排種輪直徑為55 mm，長為50 mm，其軸向有4排、徑向有4個異型窩眼（圖13）。使用白色0.01 mm地膜，異型窩眼輪材料為POM塑料、種刷為牛皮筋。胡麻穴粒數采集區選擇1膜6行前后各排除10 m中間3行區域測定。

圖14 胡麻籽粒異型窩眼輪排種器排種仿真過程

播種完成后，對測試區81穴胡麻穴粒數進行統計，結果如表9所示。由表9可知第1、2、3行胡麻穴粒數在8～12之間，平均值為9，標準差為1。仿真和試驗穴粒數平均值相對誤差為5.26%，兩者平均值相差不超過0.5，說明本文標定的胡麻參數具有可靠性。胡麻籽粒較小，胡麻挖掘統計過程中有漏數的情況。播后5月13日對胡麻出苗率進行了統計，選擇1膜6行5 m長行區域進行出苗統計，出苗率達到87%。

表9 穴粒數試驗結果

續表

3 結 論

1）通過試驗法對3種胡麻品種進行了基本物理力學參數測定。定亞22號、隴亞10號和隴亞13號胡麻籽粒三維體積基本均呈正態分布，泊松比分別為0.403、0.410、0.409，胡麻之間的靜摩擦系數分別為0.240、0.201、0.204，胡麻之間的碰撞恢復系數分別為0.433、0.389、0.430，彈性模量分別為370.16、558.28、370.18 MPa；采用仿真逼近預測法標定的3種胡麻滾動摩擦系數分別為0.041 5、0.042 5、0.042 0。分析研究了滾動摩擦系數對胡麻籽粒堆積形成過程的影響。隨著滾動摩擦系數的減少，胡麻與底板的接觸數量增加；堆積過程中胡麻種群的轉動動能呈先增加后減小的變化趨勢；在相同時間點，胡麻滾動摩擦系數的減小，轉動動能增加。

2）基于標定的胡麻籽粒仿真參數，進行了異型窩眼排種器胡麻籽粒排種仿真試驗。仿真結果表明：穴粒數為8～11，平均穴粒數為9.5，標準差為0.5。田間驗證試驗結果表明：胡麻穴粒數在8～12之間，平均值為9，標準差為1，仿真和試驗相對誤差為5.26%。播后出苗率達到87%。本文標定的胡麻仿真參數對于優化胡麻作業機具工作性能參數具有一定的指導意義。

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Calibration of simulation parameters of flaxed seeds using discrete element method and verification of seed-metering test

Shi Linrong1, Ma Zhoutai1, Zhao Wuyun1※, Yang Xiaoping1, Sun Bugong1, Zhang Jianping2

(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Crop Science, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China)

In order to optimize the mechanized production equipment of flax seeds by means of discrete element method to provide the basic parameters of flax seeds, the basic physical parameters and partial contact mechanical parameters of flax seeds were determined by the experimental method for 3 kinds of flax seeds, Dingya 22, Longya 10 and Longya 13, which are widely planted in Gansu Province of China. The basic physical parameters include three directions of size, mass density, bulk density, Poisson's ratio, 1,000-kernel weight, seed moisture content, and elastic modulus of flax seeds. Three kinds of flax seeds were randomly selected from 500 flax seeds, and the triaxial size of the flax was measured by Vernier calipers. The statistical results showed that the long average of Dingya 22 was 4.83 mm, the width was 2.39 mm, and the thickness was 0.85 mm. The average length was 4.43 mm, the width was 2.38 mm, and the thickness was 0.95 mm. The average length of Longya 13 was 5.13 mm, the width was 2.47 mm, and the thickness was 1.02 mm. The volume of the flax seed was calculated by the 3-axis size. Distribution of 3-dimensional volume of 3 kinds of flax seeds were basically normal distribution. With the pressure deformation experiment of flax seeds was carried out by electric double column tension test bench, and the Poisson's ratio was calculated by measuring the deformation amount of width and thickness before and after loading flax seeds, and Poisson's ratio of flax seed was 0.403, 0.410 and 0.409, respectively. The coefficient of static friction of flax seed was measured by the bevel method, and the coefficient of static friction between flax seeds were 0.240, 0.201 and 0.204, respectively. The collision recovery coefficient between flax seeds was determined by free fall experiment, and the collision recovery coefficient was 0.433, 0.389, 0.430, respectively. The elastic modulus of the load-displacement curve of the flax seeds obtained by the flax pressure experiment was 370.16, 558.28, 370.18 MPa. By the simulation repose angle of flax models under the different coefficient of rolling friction of flax seeds that were put to the actual repose angle of flax seeds, the coefficient of rolling friction of flax seeds was predicted, and the result was that the coefficient of rolling friction of flax seeds was 0.0415, 0.0425 and 0.042 0 for Dingya 22, Longya 10, and Longya 13, respectively. The influence of the coefficient of rolling friction on the repose process of flax seeds was analyzed. With the decrease of the coefficient of rolling friction, the contact quantity of flax seeds and bottom plate increased. The rotational kinetic energy of flax seed population increased first, and then decreased during the accumulation process. At the same time point, the coefficient of rolling friction of flax seeds decreased and the rotational kinetic energy increased. Based on the calibration parameters of flax seeds, the arrangement of heterosexous hole seeding device with flax seeds was carried out. The simulation results showed that the number of granules was 8-11, the average number of granules was 9.5, and the standard deviation was 0.5. Through the field trial experiment of flax combined planter, the number of seeds in the hole of the 81 hole in the collection area was counted. The results showed that the number of seeds in the first, second and third rows of seedlings fluctuated between 8 and 12, with an average of 9, standard deviation of 1. The average value of the simulated and experimental granules was 0.5, and the relative error was 5.26%. The flax seeds were small, and the number of leaks in the process of flax mining statistics occurred, resulting in certain errors in the experiment and simulation results. The flax simulation parameters calibrated in this paper have certain significance in guiding optimizing the seeding working parameters of the flax seeder.

agricultural machinery; discrete element; calibration; flaxes; verification

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.004

S223.23

A

1002-6819(2019)-20-0025-09

石林榕，馬周泰，趙武云，楊小平，孫步功，張建平. 胡麻籽粒離散元仿真參數標定與排種試驗驗證[J]. 農業工程學報，2019，35(20)：25－33.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.004 http://www.tcsae.org

Shi Linrong, Ma Zhoutai, Zhao Wuyun, Yang Xiaoping, Sun Bugong, Zhang Jianping. Calibration of simulation parameters of flaxed seeds using discrete element method and verification of seed-metering test[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(20): 25－33. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.004 http://www.tcsae.org

2019-06-22

2019-09-17

國家現代農業產業技術體系（CARS-14-1-28）；甘肅農業大學農業工程學科建設開放基金（GAU-XKJS-2018-193）

石林榕，博士生，實驗師，主要從事西北地區精密播種關鍵技術與裝備研究。Email：shilr@gsau.edu.cn

趙武云，教授，博士生導師，主要從事農業工程技術與裝備研究。Email：zhaowy@gsau.edu.cn

中國農業工程學會高級會員：石林榕（E041200842S）