摘要：本研究設計一臺雙鎮壓輥結構花生播種單體，并采用基于DEM-MBD耦合的方法建立了幾組作業過程的仿真動力學模型。通過參數化方法選用合理的力學模型。獲取仿真所需參數和設置仿真參數等一系列操作完成了耦合模型的建立。研究表明，基于DEM-MBD耦合的方法為花生播種單體作業性能評價和機具設計提供了一種新研究方法。

關鍵詞：花生播種，離散元，多體動力學，耦合仿真

一、研究背景及目的

花生，原名落花生，是我國產量豐富、食用廣泛的一種堅果，也是世界上最主要的經濟作物與油料作物之一。我國的花生種植面積非常廣泛，由圖1可以看出全國各地基本均有種植地區。但由于近年來氣候變化等自然和人為原因導致花生產量銳減。因此，我們在人為原因造成的花生減產方面進行控制。如圖2所示為2023年某教授團隊研究了一款2BMF-48花生覆膜播種機，這是國內目前較為先進的花生播種機。該款花生播種機適用于有覆膜要求的花生播種方法，能一次性完成花生的播種及覆膜過程。但是，目前花生播種單體起壟質量大多都是能夠滿足現在生產要求，但是效果不理想。為了研究提高花生播種單體起壟質量，本研究采用DEM-MBD耦合的方法設計花生播種單體，并對其進行驗證，確保其準確性。

二、建模過程

本研究設計的機具主要由施肥開溝器、圓盤回填器、起壟鏟、牽引裝置、肥箱、變速箱、種箱、排種器、傳動裝置、主機架、及鎮壓裝置等組成，如圖3所示。

接觸的土壤部分選用Hertz-JKR模型，土壤顆粒模型分為1球、3球、3球，如圖4所示。土槽模型的長寬高分別為4000mm、1200mm、300mm，如圖5所示。

花生品種挑選“豫花22”，隨機挑選1000粒，想對花生進行建模，需要先對實際的花生種子其進行分類、三軸尺寸測量，如表1與表2所示，根據數理統計結果建立花生模型，如圖6所示。

在建立花生模型時，需要對其進行參數的標定，本研究測定的參數有泊松比、摩擦系數、碰撞恢復系數，如圖7所示。參數標定結果如表3、表4、表5所示。

種子模型建立完成之后，需要進行驗證。采用堆積實驗，按照比例放入花生種子，最終測得實際堆積角29.3°，仿真堆積角為28.9°，驗證了花生種子模型的準確性，如圖8所示。

三、試驗工況設計及試驗結果

進行DEM-MBD耦合試驗時，離散元的參數設置如表6所示，RecurDyn中的建立的約束關系如圖9所示。

仿真分析結果如圖10所示，壟高149.04mm，壟面寬259.2mm，壟底寬為751.68mm，當地要求花生種植壟高一般在100mm-200mm之間，壟面底部寬度在500-600mm之間，壟底寬度在700mm-1000mm之間，壟高和壟底均滿足當地種植要求。

研究發現設計的花生播種單體的前鎮壓輥在運動過程中應力集中在軸承處如圖11所示，制造時應加強對此處剛度的控制，降低機器故障率。

整機和排種器的運動曲線如圖12、13所示，機器在運動過程中并未出現較大的突變，證明設計研究的樣機在運動過程中十分的穩定。

四、結論

本文通過DEM-MBD的方法對設計研究的樣機進行分析，最終確定樣機符合實際生產要求，仿真的結果和實測數據相符，也進一步驗證了建立模型的準確性。采用DEM-MBD的方法極大地減少了制造時間和成本，可以發現所設計的機器前期不足的地方，提高了花生播種機的工作效率與強度，提高產能，減少故障率。

作者：范靖