温翔 牙星欢

摘 要：针对一种有机肥撒播机械的施撒锥盘进行了结构设计和参数优化。

关键词：农业机械;EDEM;施撒锥盘

中图分类号：S224.2        文獻标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.012

现阶段我国在有机肥料的使用上还主要停留在人工撒施阶段，撒施效率过低，工作量繁重，最佳解决途径是实现机械化撒施。目前，国外大多采用圆盘式撒肥机进行撒肥作业。查阅相关文献，锥角形圆盘的撒播幅宽及撒播均匀度要优于传统的水平圆盘。本文对施撒锥盘进行结构设计并利用EDEM进行仿真分析，得到其最优结构参数。

1 施撒锥盘的结构设计

撒肥锥盘直径大小不同，肥料颗粒落在地面上位置不同。参考文献资料和实践应用表明，撒肥锥盘的直径范围应为500～600 mm，厚度取5 mm。圆盘结构采用倒锥形，预设锥盘离地800 mm。锥盘上的刮肥板设计成导轨型结构，目的是在锥盘高速作业时，防止有机肥颗粒散落，可以沿着导轨槽进行撒抛。同时刮肥板和撒肥盘均采用1Cr18Ni9Ti材料，以增强施肥部件的耐腐蚀性，增加机具使用寿命。平键连接结构简单、拆装方便、对中性较好，广泛应用于各类机械中。故在锥盘中央设计一厚度10 mm的凸台，其外径为30 mm，内径20 mm，并开槽以配合液压马达上12×8 mm的平头平键。锥盘直径以及锥角为锥盘结构的关键参数，在运用EDEM进行单变量仿真实验实现优化设计（如图1所示）。

2 利用EDEM仿真进行结构参数优化

使用Hertz-MindlinwithJKR模型，参考王晨在车载有机肥捡拾装置的研究中提供的EDEM虚拟实验数据，将表面黏附能设定为30 J/m2。简化施撒装置，将其保存为 stp 格式导入到 EDEM 中（如图2所示）。将左右锥盘的动态一栏设置为线性旋转  （Linear Rotation），定义材料为 steel，其余挡板为固定模型，同样定义材料为 steel。 创立虚拟工厂为两个锥盘上方的两个 200×400 mm 的虚拟平面，动态生成农家肥颗粒，总量为 30 000颗农家肥颗粒，下落量为5000 颗/s。依据美国 ASAE S341.2 圆盘撒肥机静态试验方法，用二维矩阵法计算横向变异系数。运用 EDEM 中 Analyst 的 Selection 模块设置 Grid Bin Group，出于对幅宽的检验要求，将其大小定为 26×16 m，一共划分为 100 个网格，并在 options 模块中的编辑器中选 total particle mass，从而将抛撒到各个网格中的有机肥质量显示出来。将抛撒到每列网格中有机肥颗粒的质量相加，变成10×10 的单行有机肥颗粒的收集矩阵，方便计算横向幅宽方向撒肥变异系数。

将转速设置为500 r/min，对直径和锥角参数进行单因素仿真优化。锥盘直径分别设置为460 mm、500 mm、540 mm，锥角设置为5°、6°、7°。仿真数据由表1、2所示。

从表中可得，锥盘直径在500 mm，锥角为5°时，拥有较小的横向变异系数，故设置此数值为锥盘的结构参数。

参考文献：

[1] 张睿，王秀，马伟，等.变量施肥抛撒机抛肥机构研究[J]农机化研究，2013，35（11）：153-155+163.

[2] 王晨.车载有机肥捡拾装置研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2016.