基于CFD-DEM的秸秆还田机碎秆运动特性分析与试验

摘要

为明确玉米碎秆在粉碎室内运动机理,基于CFD-DEM耦合分析不同粉碎刀轴转速碎秆运动过程和受力变化规律。仿真结果表明,当转速为1900、2000 r/min时,碎秆粉碎室壁面平均相互作用力波动较为剧烈,2300 r/min时稳定在(175.228±19.08)N,且碎秆平均能量大幅增加。当转速为1900、2000、2300 r/min时,碎秆间平均作用力最大分别为10.61、7.78、18.76 N,碎秆粉碎刀轴壁面平均作用力分别稳定在(112.36±8.32)N、(101.15±8.02)N和(107.25±4.97)N,碎秆抛撒均匀度分别为(85.40±4.77)%、(78.52±5.56)%和(75.17±5.32)%。粉碎刀轴转速增大,使得碎秆碎秆及碎秆粉碎室壁面平均相互作用力增大,导致碎秆间及碎秆与粉碎室壁面的碰撞次数增多,加剧了碎秆能量的损耗,过大转速不利于碎秆抛撒均匀度提升。为验证仿真结果,进行田间试验验证。结果表明,当转速为1900、2000、2300 r/min时碎秆抛撒均匀度分别为(82.35±6.57)%、(76.14±7.18)%和(74.22±5.65)%。田间试验和仿真结果表明在碎秆长度达标后,增大粉碎刀轴转速不利于抛撒均匀度提升,且作业功耗上升较大,同时验证了仿真的准确性。该研究可为玉米秸秆还田机设计和优化提供支撑。