摘要:針對預切種木薯種植機排種器排種仿真缺乏種莖離散元模型問題，通過Creo建立了木薯種莖的三維模型，根據三維模型在EDEM軟件中構建木薯莖稈的離散元模型，通過物理試驗測量了種莖的接觸參數，對測得的參數進行EDEM軟件標定，以堆積角度數作為評價指標得到標定的最佳結果，并對標定的參數進行驗證。結果表明:標定的木薯種莖接觸參數結果和實際結果相差較小，所構建的木薯種莖離散元模型能夠用于預切種木薯種植機排種仿真，可為排種器仿真優化設計提供參考。

　　關鍵詞:木薯種莖;離散元仿真;接觸參數;仿真標定;排種

　　0引言木薯是世界三大薯類之一，是重要的淀粉原料。現有的實時切種式種植機在作業過程中仍需要較多人力，無法大面積推廣應用，種植方式仍以人工為主，勞動強度大、種植效率低，嚴重制約了木薯的產業發展;而預切種木薯種植機可有效減小勞動強度、更好地配合拖拉機作業實現機械化作業，成為目前木薯種植機研究的新方向。預切種式種植機的關鍵部件是排種器，因此采用先進仿真技術對排種器進行仿真設計研究具有重要意義。

　　農作物論文范例：不同食用木薯品種(系)薯片加工適宜性研究

　　近年來，離散元法在馬鈴薯、大豆、玉米等排種器設計上有較多應用[1-3]，為使仿真計算更符合實際情況，對接觸參數的標定是決定仿真結果的關鍵[4]。已有較多學者在農業物料的仿真參數標定上進行研究:劉凡一[5]、劉磊[6]構建了小麥植株離散元模型;于亞軍[7]、王云霞[3]等建立玉米種子離散元模型，標定并驗證仿真的接觸參數;鹿方媛[8]等建立水稻芽種的離散元模型;劉文政[9]等在EDEM中建立微型馬鈴薯模型，標定并驗證了微型薯顆粒的仿真接觸參數。目前對木薯種莖的研究仍為空白，因此筆者建立了木薯種莖幾何模型，通過試驗測量木薯種莖接觸參數，并在EDEM軟件中建立種莖離散元模型，對測量所得的 接觸參數進行標定和驗證。

　　1材料和方法

　　1.1木薯種莖本征參數測定

　　測定的木薯種莖為廣西壯族自治區亞熱帶作物研究所木薯研究所選育的GR911品種，所測量的全部木薯種莖均采自同一時期收獲的種莖。木薯種莖橫截面近似圓，表面分布有凸節。用游標卡尺對50只木薯種莖測量上中下3個部分的直徑，參照農藝要求取平均值24mm和長150mm建立木薯種莖的三維模型。同時，用天平和排水測體積法求得木薯種莖的密度為435kg/m3。

　　1.2木薯種莖接觸參數測量

　　接觸參數指滾動摩擦因數和滑動摩擦因數�；瑒幽Σ烈驍蛋�括木薯種莖與鋼板間的摩擦因數和木薯種莖間的滑動摩擦因數;滾動摩擦因數由木薯種莖間的滾動摩擦因數和木薯與鋼板間的滾動摩擦因數組成。試驗采用斜面滑動法，被測量種莖恰好發生相應的運動時所對應的角度的正切值極為木薯種莖不同接觸參數所對應的值。

　　1.3碰撞恢復系數測量試驗

　　1.3.1木薯莖稈-鋼板碰撞恢復系數的測量

　　試驗時，木薯莖稈顆粒與鋼板碰撞后顆粒彈起的速度由木薯顆粒在碰撞過程中所受到的接觸力大小來決定。在不考慮阻尼的情況下，兩者之間的碰撞可視為彈性碰撞，且碰撞過程中沒有能量的損失[10]，即木薯顆粒的速度大小在與鋼板碰撞前后保持不變，但方向相反，所以恢復系數為1。但是，在實際碰撞過程中不可避免地會有能量的損失，接觸力中的阻尼部分也會消耗顆粒的動能。

　　1.4堆積角測量試驗

　　堆積角試驗是離散元仿真過程中的關鍵一步，材料接觸參數的標定很多都是通過堆積角試驗完成的[14-15]，在此采用箱體抽板法對木薯種莖桿段在鋼制箱子中的堆積角進行測量。試驗選用的鋼制箱子容器的長寬高分別為500mm×200mm×300mm，隔板采用邊長為300mm的正方形鋼板，截取長150mm的木薯莖稈段30根。將木薯莖稈段整齊碼放在鋼制箱子右側，用正方形鋼制隔板阻擋。試驗開始時，雙手抓住鋼板并沿著箱子內側垂直方向鋼制迅速抽出隔板，讓木薯莖稈段自由滾落形成堆積角。

　　2結果與分析

　　2.1物理試驗結果

　　2.1.1木薯種莖物理參數試驗結果

　　建立木薯種莖離散元仿真模型時需要對木薯材料的物理參數進行測量，通過試驗測量和文獻查閱，得出對木薯種莖稈段的物理參數。接觸參數對木薯種莖堆積角仿真結果準確性的影響順序為木薯莖稈-莖稈恢復系數D、木薯莖稈-莖稈滑動摩擦因數E、木薯莖稈-鋼板恢復因數A、木薯莖稈-鋼板滾動摩擦系數C、木薯莖稈-鋼板滑動摩擦系數B、木薯莖稈-鋼板恢復系數F。由K值得出最優方案為D1E5A1C2B3F3，即與物理試驗誤差最小的仿真參數值為:木薯種莖間碰撞恢復系數0.044，滑動摩擦因數為0.612，滾動摩擦因數為0.103;木薯種莖與鋼板的碰撞恢復系數為0.069，滾動摩擦因數為0.090，滑動摩擦因數為0.278。

　　3標定結果驗證

　　利用上述得出最優方案，在EDEM中重新設置接觸參數和恢復系數，進行堆積角仿真試驗，比較此方法下標定所得的結果與試驗結果的偏差，以此驗證木薯莖稈所形成的堆積角是否準確。

　　4結論

　　1)以木薯種莖為研究對象，測量莖稈結構的基本參數，建立了木薯種莖的三維模型，根據三維模型在EDEM軟件中構建木薯莖稈的離散元模型。

　　2)通過物理試驗測得木薯種莖的接觸參數:木薯種莖與鋼板之間的滑動摩擦因數為0.4634，滾動摩擦因數為0.2241，碰撞恢復系數為0.350;木薯種莖間的滑動摩擦因數為0.6128，滾動摩擦因數為0.1715，碰撞恢復系數為0.220。

　　3)對測得的參數進行EDEM軟件標定，運用抽掉擋板監測堆積角大小的方法，得到最優的EDEM軟件接觸參數為:木薯種莖與鋼板間的滑動摩擦因數為0.278，滾動摩擦因數為0.090，碰撞恢復系數為0.069;木薯種莖間的滑動摩擦因數為0.612，滾動摩擦因數為0.103，碰撞恢復系數0.044。

　　參考文獻:

　　[1]孫裕晶，馬成林，牛序堂，等.基于離散元的大豆精密排種過程分析與動態模擬[J].農業機械學報，2006(11):45-48.

　　[2]�？�.馬鈴薯整薯精密播種關鍵技術研究[D].北京:中國農業大學，2017.

　　[3]王云霞，梁志杰，張東興，等.基于離散元的玉米種子顆粒模型種間接觸參數標定[J].農業工程學報，2016，32(22):36-42.

　　作者：楊佳敏，楊望，楊堅