型孔轮式排种器排种性能的仿真分析_基于离散元法

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基于EDEM的勺轮式葵花排种器离散元仿真研究

第40卷第2期2019年2月Vol.40No.2Feb.2019中国农机化学报Journal of Chinese Agricultural MechanizationDOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2019.02.04基于EDEM的勺轮式葵花排种器离散元仿真研究郭小军，张海东，吴进玲，陈腾(云南农业大学机电工程学院.昆明市,650201)摘要：为研究葵花籽种类、排种盘转速以及排种口角度对勺轮式葵花排种器排种性能的影响.以勺轮式葵花排种器为研究对象•选取大、中、小三种不同尺寸且不同品种的葵花籽粒.四个转速(10rpm,15rpm,20rpm、25rpm)以及两个排种口角度(135°,150°),以排种量、排种均匀性为指标，运用EDEM软件对排种器排种性能进行仿真，结果表明：转速与排种量成正相关，排种口角度和葵花籽粒品种对排种量的影响成负相关；排种均匀性受转速与品种的影响，在一定范围内，排种均匀性随着转速的增加先上升后下降.最佳排种转速为20rpm.且排种均匀性受品种因素影响显著。

相同T.况下.通过台架试验对仿真结果进行验证，试验数据与仿真数据非常接近.偏差较小，试验结果与仿真结果一致。

研究为勺轮式葵花排种器的进一步发展提供理论依据.同时表明.通过离散元方法运用EDEM软件对勺轮式葵花排种器进行动态仿真分析是可行的。

关键词：排种器;EDEM仿真；排种量；排种均匀性；台架试验中图分类号：S223.2文献标识码：A文章编号:2095-5553(2019)02-0019-06郭小军，张海东.吴进玲.陈腾.基于EDEM的勺轮式葵花排种器离散元仿真研究[J].中国农机化学报，2019.40(2)：19-24Guo Xiaojun,Zhang Haidong,Wu Jinling.Chen Teng.Simulation research on spoon-type seed metering device of sunflower seed based on EDEM[J].Journal of Chinese Agricultural Mechanization,2019,40(2):19—240引言勺轮式葵花排种器属于精密排种器，具有结构简单、操作方便、排种均匀、破损率低等优点.被广泛应用于精密播种技术在作业过程中.种子从进种口进入，勺轮舀取种子，伴随着排种轮的转动.种子从排种口排出，排种轮旋转运动与前进运动的配合保证了农艺要求的株距.其中勺轮舀取种子的过程是整个排种过程中最为关键的环节之一，勺轮结构设计的合理性及对种子舀取性能的好坏直接影响着机具的播种质量。

型孔轮式排种器工作过程与性能仿真

型孔轮式排种器工作过程与性能仿真于建群;王刚;心男;付宏【摘要】由型孔轮式大豆排种器的三维CAD模型建立了其三维离散元法分析模型,采用球颗粒建立了大豆种子的分析模型,采用离散元法和自主研发的三维CAE软件对排种器的工作过程及性能进行了仿真分析,并与台架试验进行比较.结果表明,排种性能、投种角、种子运动轨迹与台架试验结果基本一致,证明了采用离散元法分析型孔轮式大豆排种器工作过程及其性能的可行性.%A cell wheel metering device and the soybean seed were researched by using the discrete element method. The 3-D discrete element method analytical model of the seed metering device was built on its 3-D CAD model extracted through the method which was based on graphic elements and the surface mesh, and the 3-D particle model of soybean seeds were established on the spherical particle. The metering performance, the trajectories and dropping angles of the soybean seeds were simulated and analyzed by using self-developed 3-D CAE software. It showed that the metering performance, the dropping angles and trajectories of the seeds were good agree with the experiment results by comparing the analytical results of simulation. This result showed the feasibility of using the discrete element method to analyze the performance of the cell wheel metering device.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2011(042)012【总页数】6页(P83-87,101)【关键词】型孔轮式排种器;大豆种子;离散元法;优化设计【作者】于建群;王刚;心男;付宏【作者单位】吉林大学生物与农业工程学院,长春130025;吉林大学生物与农业工程学院,长春130025;吉林大学生物与农业工程学院,长春130025;吉林大学计算机科学与技术学院,长春130012【正文语种】中文【中图分类】S223.2引言排种器作为精密播种机的核心部件，其性能直接影响播种机的作业质量，而为提高播种机的作业效果，必须对排种器的结构和充、排种机理进行研究。

型孔式排种器的设计与试验

型孔式排种器的设计与试验作者：陆伟安黄世明冯天玉程捷郝文斌王本义来源：《湖北农业科学》2020年第16期摘要：排种器是水稻直播机的核心部件，其性能直接影响水稻直播机的作业效果。

首先，通过对排种器类型简述从而选定合适的排种器类型，并对排种器主要参数进行计算;其次，对排种器在工作过程中产生的受力进行分析;最后，进行台架试验，验证了排种器设计的合理性。

结果表明，该排种器设计符合水稻直播机播种农艺要求。

关键词：水稻直播机;排种器;设计中图分类号：S23 文献标识码：A文章编号：0439-8114（2020） 16-0149-04DOI： 10.14088/ki.issn0439-8114.2020.16.034水稻直播技术省去了育秧、移摘等环节，是一种水稻轻简栽培技术。

水稻精量穴直播播种均匀，实现了秧苗成行成穴有序生长，通风性好、采光性好，同时省工、省力、省时，节省秧田，生产效率高，适用性强，便于推广[1-4]。

排种器是水稻直播机的核心部件[5]，其性能直接决定水稻直播机的播种效果，影响水稻生产效益[6-8]。

为满足水稻机械播种要求，国内外学者对排种器的结构和工作原理进行了广泛的研究[9]。

本研究设计与研究的对象是型孔式排种器，利用Solid-Works软件进行建模，并将三维模型转化为工程图，便于加工制造，通过对排种工作过程进行受力分析以及台架试验，验证排种器设计的合理性，为排种器的结构优化设计提供理论基础。

1排种器类型国内外有关水稻精密排种器理论研究达到了较高的水平，从机械式到气力式和电磁振动式，均都有成功的机型[10]。

在众多的精密排种器中，机械式排种器由于结构简单、制造容易、落种精度高等特点，在实际中应用非常广泛[11]。

本研究设计水稻直播机排种器类型采用机械式排种器型孔式，型孔轮式排种器结构简单、制造成本低、调节方便。

机械式排种器试验模型结构如图1所示。

2排种器关键参数排种器的工作原理是用间距相等的型孔，在种子箱内种子群中周而复始地旋转，掘荦粒种子麸种群中分离并囊出，形成等时距邋均匀种子流[12]。

基于EDEM的双排型孔轮式油菜排种器的排种性能分析

基于EDEM的双排型孔轮式油菜排种器的排种性能分析刘亚夫; 吴志立; 聂也之; 刘扶贫; 吴明亮【期刊名称】《《湖南农业大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(045)005【总页数】6页(P554-559)【关键词】双排型孔轮式油菜排种器; 离散元; 极限转速; 排种量; 排种均匀性变异系数【作者】刘亚夫; 吴志立; 聂也之; 刘扶贫; 吴明亮【作者单位】湖南农业大学工学院湖南长沙 410128; 南方粮油作物协同创新中心湖南长沙 410128; 湖南现代农业装备工程技术研究中心湖南长沙 410128【正文语种】中文【中图分类】S223.2+5油菜播种机采用的型孔轮式排种器是一类机械式排种器，排种时普遍存在排种量波动、排种不均匀现象[1]。

吴明亮等[2]的研究发现，一次播3行的偏心轮型孔轮式排种器单位时间排种量与转速呈线性关系，当转速大于70 r/min时，各行总排种量的一致性变差，并据此得出70 r/min为该排种器的极限转速。

汤楚宙等[3]设计了变容量型孔轮式排种器，该排种器适宜的工作转速为30~50 r/min，极限转速为56 r/min，当转速大于极限转速时，排种量随转速的提高而减少。

杨文敏等[4]通过离散元仿真方法，得出了型孔轮式油菜排种器单位时间排种量与转速的关系曲线，并指出该排种器转速大于80 r/min时，排种量随转速的提高而减少，认为80 r/min为该排种器的极限转速。

张宇文等[5]给出了计算种子充入型孔的极限线速度的经验公式，该公式表明，种子充入型孔的极限线速度与型孔直径、种子直径相关，并且极限线速度等于极限转速乘以2倍圆周率与型孔轮半径。

这些研究都认为，种子充入型孔时，排种器会存在一个极限转速，都是从试验的角度来验证型孔轮式排种器的极限转速，对于极限转速存在的原因，仅作了假设性推理，尚缺乏理论依据。

袁文胜等[6]对排种器型孔布置(包括型孔排数和型孔数)、型孔尺寸、排种轴转速进行正交试验，指出型孔布置是影响排种器排种性能的主要因素。

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证史嵩

第31卷第3期农业工程学报V ol.31 No.3 62 2015年2月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2015基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证史嵩，张东兴※，杨丽，崔涛，李克鸿，殷小伟（中国农业大学工学院，北京 100083）摘要：为研究种群扰动对排种器充种性能的影响，该文基于离散单元法理论，以气压组合孔式排种器为模型，运用EDEM 软件对4种不同型孔结构排种盘的种群运动进行了仿真分析，以种子法向应力跳动量和种子平均法向应力总和作为指标，分析了各排种盘在不同转速条件下的种群内摩擦力的变化，仿真结果表明，种群扰动强度的增大并不能显著减少种子法向应力的总量，但会降低种子瞬态的法向应力即瞬时种子内摩擦力，据此推断出扰动强度最大的排种盘的充种性能较其他排种盘更优。

在排种器试验台上进行了验证试验，选取6种转速，以漏充率为指标，分别对4种排种盘进行试验，结果显示扰种强度最高的排种盘在各转速条件下的漏充率最低。

对比仿真与试验结果发现，增强排种盘对种群的扰动可以在一定程度上提高种子的充种性能。

关键词：农业机械；种子；试验；精量排种器；充种性能；数值模拟doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.03.009中图分类号：S223.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-03-0062-08史嵩，张东兴，杨丽，等. 基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证[J]. 农业工程学报，2015，31(3)：62－69.Shi Song, Zhang Dongxing, Yang Li, et al. Simulation and verification of seed-filling performance of pneumatic-combined holes maize precision seed-metering device based on EDEM[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(3): 62－69. (in Chinese with English abstract)0 引言单粒精量播种已逐渐成为中国玉米种植的主要技术，排种器作为核心部件，其工作性能是影响播种质量的主要因素之一。

基于离散元法的小麦精量排种器性能模拟试验

于佳杨，卢彩云，卫如雪，等．基于离散元法的小麦精量排种器性能模拟试验［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（８）：２２５－２２８．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．０８．０５７基于离散元法的小麦精量排种器性能模拟试验于佳杨１，２，３，卢彩云２，３，卫如雪２，３，付兴兰１，２，３，李　科１，唐兆家１，王凤花１（１．昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明６５０５００；２．国家农业信息化工程技术研究中心，北京１０００９７；３．国家农业智能装备工程技术研究中心，北京１０００９７）摘要：针对小麦精量播种技术缺乏合适的排种器的问题，设计１种窝眼轮式小麦精量排种器。

采用离散元仿真软件ＥＤＥＭ对排种器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验，仿真分析型孔倒角类型、清种刷安装角度和排种轮转速３个因素对排种器排种性能的影响。

仿真试验结果表明，当排种轮转速为５０ｒ／ｍｉｎ，型孔倒角类型为倒边角，清种刷安装角度为３５°时，排种器工作性能最好；当型孔倒角类型为倒边角，清种刷安装角度为３５°时，随着排种轮转速的增加，型孔重复充种数减少，型孔漏充种子数增加，总排种量减少，各排种管排种量的变异系数呈增加趋势。

关键词：窝眼轮式；小麦精量排种器；离散元仿真；结构参数中图分类号：Ｓ２２３．２＋３文献标志码：Ａ文章编号：１００２－１３０２（２０１８）０８－０２２５－０４收稿日期：２０１６－１１－０１基金项目：国家重点研发计划（编号：２０１６ＹＦＤ０２００６０７）；安徽省科技重大专项（编号：１５ＣＺＺ０３１３４）。

作者简介：于佳杨（１９９１—），男，吉林临江人，硕士研究生，主要从事农业机械方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｊｉａｙａｎｇ０３２７＠ｑｑ．ｃｏｍ。

通信作者：王凤花，博士，副教授，主要从事农业机械方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：１５８８７７１７２＠ｑｑ．ｃｏｍ。

小麦精量播种是余松烈院士提出的小麦种植方式，较传统小麦种植方式增产１０％以上。

滑片型孔轮式水稻精量排种器排种性能数值模拟与试验

第34卷第21期农业工程学报V ol.34 No.212018年11月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2018 17 滑片型孔轮式水稻精量排种器排种性能数值模拟与试验朱德泉1，李兰兰1，文世昌1，张顺※1，蒋锐1，武立权2（1. 安徽农业大学工学院，合肥 230036；2. 安徽农业大学农学院，合肥 230036）摘要：针对现有水稻旱直播机排种器适应性差和排种精度低的问题，该文设计了一种滑片型孔轮式排种器。

引用球度表示水稻种子三轴尺寸，利用EDEM软件对3种球度水稻种子在6种排种轮转速下的排种器排种过程进行仿真试验，得到不同球度水稻种子在不同排种轮转速下的排种性能变化规律，分析了排种轮转速和种子球度对排种性能的影响。

仿真结果表明：当排种轮转速在15～40 r/min时，冈优898种子的排种性能优于国丰一号种子和冈优3551种子的排种性能；当排种轮转速在15～30 r/min时，3种球度水稻种子的排种合格率在84.01%～87.91%之间；当排种轮转速大于30 r/min 时，随着排种轮转速增加，排种合格率显著下降。

在此基础上，选用不同球度的5个水稻品种种子为试验材料，选取排种轮转速和种子球度为试验因素，以排种合格率、漏播率和重播率为评价指标，采用二次回归正交旋转组合设计，进行排种器台架试验。

利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果数据进行分析，建立排种性能指标与排种轮转速和种子球度之间的回归方程，得到响应面图，并对仿真结果进行验证。

根据回归方程进行优化，得到最佳工作参数：排种轮转速为27.12 r/min、种子球度为44.61%，此时，排种合格率为83.90%、漏播率为5.43%、重播率为10.67%，排种性能最佳；排种器台架试验结果与仿真结果基本相同，排种性能随排种轮转速和种子球度的变化规律一致。

型孔轮式水稻排种器排种机构的优化设计

型孔轮式水稻排种器排种机构的优化设计王在满;杨文武;蒋恩臣【摘要】绘制了稻种经过护种机构后在排种管内的排种轨迹,结合排种过程高速摄像分析结果,确定在30°落种处的排种轨迹作为排种管结构形状的优化设计依据.为了降低不同型孔的稻种在排种管相遇的几率,排种管总长度设计为100mm;为了实现穴径小于50mm的目的,排种口尺寸设计为20mm×20mm;按照稻种排种轨迹,设计了"斜边+直边"的排种管形状,减少了稻种在排种管内壁碰撞而造成伤种伤芽现象;排种管采用滑道和单螺丝的安装方式,拆装方便.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2010(032)008【总页数】4页(P16-19)【关键词】排种器;排种过程;高速摄像;优化设计【作者】王在满;杨文武;蒋恩臣【作者单位】华南农业大学,南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室,广州,510642;华南农业大学,工程学院,广州,510642;华南农业大学,南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室,广州,510642;华南农业大学,工程学院,广州,510642;华南农业大学,南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室,广州,510642;华南农业大学,工程学院,广州,510642【正文语种】中文【中图分类】S223.2+30 引言排种过程是型孔轮式水稻排种器的最终工作过程。

型孔轮式水稻排种器排种机构的主要元件是排种管(又称输种管)，其作用是让稻种能顺利地落到田面播种沟内。

稻种经过弹性随动护种带机构后从型孔中掉出，并靠稻种自身的重力落下。

为了使大部分稻种均为自由落体，避免与排种管内壁产生碰撞以及沿内表面滑动，排种管的倾斜角应与稻种流动轨迹相适应[1]。

本文根据稻种掉出型孔瞬间的线速度计算稻种的运动轨迹，并结合高速摄像技术对稻种在排种管中的排种过程进行了分析，最后优化设计了排种管的形状与结构。

1 排种轨迹的计算型孔轮式水稻排种器工作示意图如图1所示。

基于离散元的排种器排种室内玉米种群运动规律

０引言
保护性耕作具有改良土壤、增温保墒、保护环境、防止水土流失、提高土地长久经济效益和粮食产量等优势［１。】。保护性耕作有利于中国农业可持续发展，有利于
中国生态文明建设，有利于改善北方高寒干旱地区和农
性差，吸种孔重吸率相对较高；振动较大时，种群运动速度大，吸种孔吸种困难，漏吸率相对较高；适当的振动，能够使吸种孔漏吸率与重吸率都相对较低【１２－１３］。张石平等】对振动气吸式穴盘育苗精量播种装置种子群运动规律进行了理论和试验研究，且分析了种子群产生 “ 沸腾 ”运动的充分必要条件。李耀明等Ｉ】利用离散元法模拟了种群在振动种盘中的三维运动，分析了模拟参数对种子离散程度的影响。陈进等［１６ｊ基于离散元法对气吸式精密播种机振动种盘中水稻种群运动进行了模拟仿真，分析了振动种盘中种群运动情况，找到了振动种盘与吸种盘之间的最佳参数组合。鹿芳媛等【】７】通过对振动匀种装置工作过程的离散元仿真分析，探究了Ｖ．Ｔ型振盘的振动参数对杂交稻种子运动规律的影响。为提高气吸式播种机作业质量，减小种子间摩擦力，提高吸种精度，需找到使种群运动处于较好状态的振动条件和吸种孔易于吸种的种群运动状态。本文以内蒙古农业大学设计的２ＢＭ．５型气吸式免耕播种机为研究对象，应用加速度传感器和数据采集系统采集播种机田间作业时排种器振动信号，并通过Ｍａｔｌａｂ软件分析采集到的振动信号。基于离散元软件，以上述得到的振动主要频率与振动幅值为离散元排种器模型振动参数，模拟了排种器内玉米种群的运动，得到了田间作业振动参数下排种器内玉米种群的运动状态。通过室

基于EDEM的窝眼轮小麦精量排种器排种仿真试验

基于EDEM的窝眼轮小麦精量排种器排种仿真试验
李慧琴;赵戬;刘恩光;刘存祥
【期刊名称】《江苏农业科学》
【年(卷),期】2022(50)10
【摘要】设计一种窝眼轮式小麦精量排种器,确定该排种器的最佳排种性能参数(窝眼轮转速、型孔倒角、毛刷与排种轮的传动比)。

并设计3水平3因素正交试验,对排种器的排种性能进行模拟仿真试验,观察分析小麦种子在排种器中排种、重播、漏播的过程,得出影响排种性能的主次因素,从而确定最优参数,即窝眼轮转速为40 r/min、型孔为30°倒角、毛刷与排种轮的传动比为2∶1,此时排种器的排种性能最优。

通过台架试验,验证了仿真试验结果的准确性,对以后排种器性能参数的优化设计提供了可靠的参考。

【总页数】6页(P188-193)
【作者】李慧琴;赵戬;刘恩光;刘存祥
【作者单位】河南农业大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.99;S223.2
【相关文献】
1.基于离散单元法的高填充率窝眼轮式精密排种器排种仿真试验
2.基于 EDEM 的窝眼轮式油菜排种器排种性能仿真与试验
3.玉米窝眼轮排种器性能影响因素试验
研究——基于EDEM4.宽苗带勾型窝眼轮式小麦精量排种器设计与试验5.宽苗带勾型窝眼轮式小麦精量排种器设计与试验
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图 3 （ a）为 10 000 粒油菜籽装入种子箱时的截图。由图 3（ a）可见：籽粒随机落入种子箱的一个位置，在重力、摩擦力、碰撞力联合作用达到稳定状态；在型孔轮的上表面籽粒随机紧凑分布，测定充填的孔隙率为 4． 19 × 10 －9 ；图 3 （ b）中的点线为型孔的轮廓线，此时最上面的一排 3 个型孔分别有 3、4、5 粒种子冲入型孔，第 2 排型孔有籽粒开始进入型孔；到达图 3 （ c）时，第 1 排型孔中籽粒从种子分离开来；图 3 （ d）显示第 1 排型孔完成充种过程。
1．种量调节板 2．内齿型孔轮 3．清种毛刷
收稿日期： 2014 － 10 － 01 基金项目： “十二五 ”国家科技支撑计划项目（ 2010BAD01B06，
2011BAD20B08）；现代农业产业技术体系建设专项（ CAＲS － 13）；国家农业科技成果转化资金项目（ 2011GB2D200001）；湖南省政府重大专项（湘府阅［2014］35 号）作者简介：杨文敏（ 1986 －），男，湖南慈利人，副教授，（ E － mail） xyh1968@ tom． com。
对离心式排种器和水平圆盘排种器的排种性能进行了仿真分析［4 － 5］。心男基于 EDEM － FLUENT 耦合对气吹式排种器工作过程进行了仿真分析［6］。本文基于离
响播种作业的质量。研究排种器的排种性能一般采散元法对偏心型孔轮式油菜排种器排种过程进行仿
用理论分析和试验方法。油菜种子是生物质材料，个真分析，研究种子箱中活动籽粒的分布规律，测定、考
体间的机械特性呈各向异性，理论分析时一般将油菜查排种均匀性和各行排量一致性等性能参数，探明排
种子视为各向同性刚体，研究的结果存在一定的误种量随型孔轮转速的变化规律，并进行试验验证。
差。试验研究时，需要制造出排种器样机和试验装置，特别是研究结构参数对排种性能的影响时，势必
匀程度，是衡量作物田间分布质量的主要指标。一般用每穴种子数的变异系数来衡量：变异系数越小，表
·36·
2015 年 10 月
农机化研究
第 10 期
示每穴播量越均匀。仿真计算完成后，对每个型孔建
立一个选择集，统计型孔轮在回转 1 圈中每行每穴的
籽粒数目。钢质型孔轮在仿真计算完成后，抽取 1
圈，对每行每穴的排种量进行统计分析，如表 3 所示。
由表 3 可知：排种均匀性变异系数随着型孔轮转速的
4．壳体 5．卸种板 6．转轴图 1 偏心型孔轮式排种器三维实体模型 Fig． 1 3D entity model of eccentric round hole － wheel seedmeter
工作时，转轴经小齿轮带动内齿型孔轮转动，种子箱中的种子在重力、相互挤压力及型孔轮的搅动综合作用下，充到型孔中并随型孔轮一起运转；清种毛
单元组，可以统计出从型孔轮开始转动到仿真结束时，3 个投种口的每个时步的排种量和累计排种量。图 5 为型孔轮以 20rpm 转过后 5． 2s 时 3 排型孔的累
图 6 分层网格单元组 Fig． 6 Stratified binning groups
4． 2 排种均匀性分析排种均匀性是指种子在同一行内纵向分布的均
3 仿真计算及后处理分析
仿真计算分成两步进行：先用 1． 2s 的时间生成 10 000 粒（ 40g）油菜籽粒，添加到种子箱；再在 1． 2 ～
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2015 年 10 月
农机化研究
第 10 期
计排种量，从左至右分别为 81、76、80 粒。
4 结果与分析
图 3 充种过程截图 Fig． 3 Screenshot of a seed in feeding process
图 5 每行的排种量 Fig． 5 Screenshot of seeding amount in each row
图 4 籽粒的排种过程 Fig． 4 Screenshot of a seed motion processes
3． 2 排种量的测定方法在型孔轮 3 排型孔的投种口分别设置一个网格
5 种型孔轮转速下排种器中油菜籽的运动过程进行仿真分析。同时，录制籽粒囊种－清种－护种－投种的运
动轨迹，探究种子箱中活动籽粒的分布规律，研究排种器的排量、排种均匀性、各行排量一致性和型孔轮转速之
表 1 材料的特性参数［9］ Table 1 Properties parameter of meterial
平均粒径千粒质量密度
剪切模量
特性参数
泊松比
/ mm
/g
/ kg·m － 3
/ Pa
油菜籽钢
2． 0
4． 0
680
0． 28
/
/
7 800
0． 3
表 2 材料的接触参数 Table 2 Contact parameters of materials
1． 1 × 107 7． 0 × 107
图 2 离散元仿真模型 Fig． 2 DEM model of the seedmeter
3． 1 籽粒的排种过程分析排种器的排种过程包括囊种、清种、护种、投种等
过程。将型孔轮以点线形式显示，仅截取种子箱局部各关键时刻点的图片，如图 3 所示。
2 排种器的离散元模型的建立
油菜籽是散粒物料，在播种作业中表现出复杂的运动和力学行为，适宜用离散元法来求解。油菜籽粒表面光滑、无粘附力、流动性好，形态为球形，在仿真计算中将其简化为硬球模型。排种作业时，籽粒和籽粒之间、籽粒和实体边界之间有接触和分离两种状态。籽粒之间的物理机械特性呈各向异性，从统计意义上看在特定范围内呈正态分布。籽粒之间、籽粒与壳体和型孔轮之间的接触模型，选用 Hertz － Mindlin 无滑动接触模型。试验用油菜籽为湘杂油 1613 号，其物理特性参数及接触参数如表 1 所示。
接触参数
恢复因数
静摩擦因数动摩擦因数来自籽粒与籽粒0． 6
0． 5
0． 01
籽粒与钢
0． 6
0． 3
0． 01
籽粒与塑料
0． 5
0． 5
0． 01
为减少计算量，对实体模型进行简化。省略与籽粒没有直接接触的零件，因为暂不研究籽粒与外壳、籽粒与卸种板的作用力，将外壳与卸种板联成一体，建立其内腔的表面模型；型孔轮采用实体模型建立。几何模型简化为由型孔轮和壳体两个零件组装而成的装配体，两零件的材料为钢材。将几何模型导入离散元软件 EDEM，设置好物理特性参数、接触参数、运动参数，建立籽粒模型和粒子工厂，生成籽粒并充填，得到离散元仿真模型，如图 2 所示。
为了呈现某粒种子完整的排种过程，将排种器壳体透明显示，选定其中的 1 粒种子，设置以流线方式显示，以不同的颜色代表籽粒的速度；在后处理模块中，录制排种图片和动画。
图 4 为 4770#籽粒经历的囊种—清种—护种—投种的排种过程图。该粒种子在 1． 88s 时，进入第 3 排的型孔；在 2． 24s 通过清种毛刷； 2． 24 ～ 3． 22s 这一时间段在型孔轮和护种环的联合作用下，完成护种过程；在 3． 26s 时从型孔中脱出、投种。逐桢播放动画，可截取囊种、投种等关键时刻点的图片。
2015 年 10 月
农机化研究
第 10 期
型孔轮式排种器排种性能的仿真分析
杨文敏1，2 ，吴明亮1，2 ，何腾飞1，2
—基于离散元法
（ 1．湖南农业大学工学院，长沙 410128； 2．湖南省现代农业装备工程技术研究中心，长沙 410128）
摘要：为探明偏心型孔轮式排种器适宜的工作转速、降低试验成本，建立型孔轮式排种器的离散元模型，对
4． 1 种子箱中种群运动分析籽粒落到种子箱中，稳定状态时是无序地、随机
地分布在种子箱中，如图 3 （ a）所示。随着型孔轮的转动，紧贴型孔轮外表面的籽粒在摩擦力作用下，随着型孔轮运动，种子群逐渐并沿圆周方向排列成行（见图 4））；充入型孔的种子由上面和两边的籽粒补充入行，碰到清种毛刷的籽粒被反向刷回到种子箱内。为了研究种子箱中籽粒的运动情况，将种子箱中的种子沿型孔轮的径向方向，由内向外每隔 4mm 分成 7 层（见图 6 ），统计每层中活动籽粒的数目（见图 7）。由图 7 可知：最内层型孔中的籽粒均随着型孔轮在运动，由内向外，活动的籽粒数目越来越少。第 4 层中活动的籽粒仅占 35% ，并且速度均低于 0． 048m / s。可见，型孔轮搅动的籽粒主要集中在靠近型孔轮表面的内面 3 层，3 层以外被搅动的籽粒很少。
1 型孔轮式排种器的结构和主要参数
要制作一系列的排种器，试验成本较高、周期长。随
型孔轮式排种器的结构如图 1 所示。
着计算机软件技术和硬件水平的提高，近年来有学者