基于EDEM的卧式绞龙自动投饲机的设计与性能分析

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为了解决水产养殖中人工投料劳动强度大、饲料投放不均匀以及饲料浪费率高等问题,本文结合我国现有自动投饲机的发展现状,设计了一种卧式绞龙自动投饲机。使用颗粒仿真软件EDEM对颗粒饲料离散元仿真参数标定后,通过仿真和实际试验,分析了投饲机的投饲能力和工作性能。本研究的主要内容包括:(1)通过离散元仿真的方法对颗粒饲料离散元参数进行标定。使用漏斗法进行真实和仿真试验得到颗粒饲料的堆积现象,分别应用MATLAB图像处理和EDEM软件自带的量角器功能提取休止角并将其作为响应值,使用响应面优化的方法对颗粒饲料离散元参数进行标定。首先使用Plackett-Burman试验挑选显著性参数,然后根据最陡爬坡试验快速进入参数最优点的附近区域,再使用BoxBehnken试验建立休止角与参数之间的数学模型,最后寻优得到一组最优的显著性参数。(2)设计了一种满足精准投饲要求的卧式绞龙投饲机,对投饲机的整体及关键部位的机械结构进行了阐述,建立了颗粒饲料力学模型并从静力学和运动学两个方面进行了分析;通过介绍卧式绞龙投饲机的工作原理以及使用工况,分析投饲机主要结构和工作参数对其输送性能的影响,最后通过计算确定了投饲机的主要设计参数。(3)根据标定后的离散元参数建立颗粒饲料的离散元模型,并从三维设计软件导入投饲机的三维模型,利用颗粒仿真软件EDEM模拟投饲机的工作过程。在仿真后处理模块中随机选定单个颗粒饲料进行观察,分析其运动轨迹及其速度和受力变化规律;采用组合试验设计方法,对不同水平的螺旋叶片直径、螺距以及排料轴转速进行组合,研究不同的参数对投饲量的显著性影响,并建立投饲量与上述参数的回归模型。(4)使用卧式绞龙投饲机样机进行实际试验,控制试验参数与仿真参数一致,将投饲量的仿真值与实测值进行对比,验证使用离散元法进行仿真的准确性。采用组合试验设计方法,研究螺旋叶片直径、螺距、排料轴转速对投饲稳定性的影响,同时将投饲稳定性变异系数作为唯一评价因素,建立各参数与变异系数的数学模型,最后通过自动寻优得到一组投饲机最优的结构和工作参数组合。
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