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为了适应精确农业的要求,本文基于离散元方法开发了一种高精度的谷物流量测量装置,并经过试验检验。主要研究工作包括以下三方面:
(1)谷物籽粒流对承载板的冲击过程离散元分析
建立了谷物籽粒与升运器的离散元模型,完成了谷物籽粒流对承载板碰撞过程的离散元仿真研究。通过离散元模拟分析了谷物质量与承载板所受的平均法向冲击力的关系。得出结论:减小水稻籽粒在承载板上的滑落时间,可以提高水稻质量与平均法向力的线性相关系数,因此在设计冲量式谷物质量流量装置时,应考虑如何减少水稻籽粒与承载板的滑落时间;适当提高升运器的线速度v可以提高水稻质量与平均法向力的线性关系;在升运器线速度一定的情况下,如果测量的谷物质量流量过大,则会造成所测流量位于线性饱和区,造成测量不准确。
(2)冲量式谷物质量流量测量装置的设计
根据离散元模拟的结论,设计了谷物流量测量装置。主要有两方面改进:将承载板由目前的平直的设计成曲率半径为250mm的曲面,这样更有利于谷物流的扩散,减少谷物籽粒在承载板上的滑落时间和碰撞造成的能量损失;另一方面,将橡胶减震器安装在联合收割机与弹性元件之间,来减弱联合收割机振动对测量结果的影响。
(3)人工喂入标定试验
设计了两种量程的弹性元件和两种几何参数的承载板的对比试验,并在联合收割机上做了人工喂入标定试验。试验结果表明:使用量程为5kg的弹性元件的测量精度明显提高;曲率半径为250mm的承载板的测量精度较直板的提高25.64%以上。