胡麻籽粒离散元仿真参数标定与排种试验验证

石林榕，马周泰，赵武云，杨小平，孙步功，张建平

胡麻籽粒离散元仿真参数标定与排种试验验证

石林榕1，马周泰1，赵武云1※，杨小平1，孙步功1，张建平2

（1. 甘肃农业大学机电工程学院，兰州 730070；2. 甘肃省农科院作物研究所，兰州 730070）

为借助离散单元法优化胡麻机械化生产装备提供胡麻基本参数，该文对甘肃省普遍种植的定亚22号、陇亚10号、陇亚13号3种胡麻籽粒通过试验法测定了胡麻籽粒的基本物理参数（3个方向尺寸、质量密度、体积密度、泊松比、千粒重、含水率、弹性模量）和接触力学参数（恢复系数、静摩擦系数）；通过调整胡麻模型的滚动摩擦系数条件下形成的胡麻堆积角逼近胡麻实际堆积角方法，预测胡麻滚动摩擦系数。结果表明：定亚22号胡麻滚动摩擦系数为0.041 5、陇亚10号为0.042 5、陇亚13号为0.042 0。探讨了胡麻堆积角形成过程中滚动摩擦系数对胡麻与底板接触数量、胡麻动能和重力势能影响变化规律，结果表明：随着滚动摩擦系数的减少，胡麻与底板的接触数量增加，胡麻种群的转动动能呈先增加后减小的变化趋势；减小胡麻滚动摩擦系数，其转动动能增加。通过设计的异型窝眼轮排种仿真和大田试验可知，胡麻平均穴粒数为9.5粒，标准差为1.5粒；大田试验的平均穴粒数为9粒，标准差为1粒。仿真和试验结果的穴粒数平均值的相对误差为5.26%，基本满足西北旱区胡麻播种机械设计参数优化需求。

农业机械；离散元；标定；胡麻；验证

0 引 言

胡麻（又称亚麻，flaxes）主要产于甘肃、山西、新疆、宁夏等地，是食用油的主要原料之一，对保障国家粮食安全方面具有很重要的战略意义[1-2]。胡麻作为甘肃主要的经济作物之一，对甘肃经济具有提升作用[3]。提高胡麻生产效率，机械化精密播种尤为重要[4]。

发达国家精密播种研究已成熟，中国还处于技术完善阶段[5]。播种机的核心部件为排种器，其优劣直接影响播种器的性能[6]。排种器排种过程中种子受力复杂，通过试验法研究种子在排种过程的受力存在欠缺[7]，可借助离散单元法研究分析排种过程中种子受力及运动状态[8-9]，如油菜[10]、小麦[11]、马铃薯[12]、玉米[13]等。通过离散单元法优化排种器工作参数之前需优先确定种子的输入参数[14-15]，参数又分为基本物理参数、接触力学参数[16-17]。

本文通过试验法获得胡麻密度、体积密度、三轴尺寸、泊松比、弹性模量及种子与接触材料之间的静摩擦系数、碰撞恢复系数等。由于胡麻籽粒尺寸比较小，形状呈扁平状，其滚动摩擦系数（简称动摩擦系数）测定较难，通过改变胡麻之间的滚动摩擦系数后形成的胡麻堆积角逼近实际胡麻堆积角来间接预测胡麻滚动摩擦系数[18]。通过大田试验验证标定的胡麻仿真参数，以期为胡麻排种器结构优化提供参考。

1 胡麻仿真参数确定

胡麻籽粒属于散体物料，可采用Hertz-Mindlin 模型模拟胡麻籽粒的流动特性[19]。根据HMCM仿真要求，需输入胡麻籽粒基本物理和接触力学参数等。基本物理参数包括胡麻籽粒形状尺寸及体积分布、质量密度、弹性模量、泊松比、体积密度和含水率；接触力学参数包括恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数。本文对收获后存放7个月的定亚22号、陇亚10号、陇亚13号3个胡麻品种进行参数测定、标定[20]。测得定亚22号、陇亚10号、陇亚13号胡麻籽粒的质量密度分别为1.09、1.05和1.06 g/mL，体积密度分别为0.67、0.66和0.65 g/mL，含水率平均值分别为5.35%、5.13%和5.32%。

1.1 三轴尺寸及体积分布

随机取3种胡麻籽粒各500粒，采用数显式游标卡尺（精度0.02 mm）进行三轴尺寸测定。胡麻籽粒的三轴尺寸是指胡麻籽粒的长度（），宽度（），厚度（）（图1）。统计测量结果表明：定亚22号平均值为4.83 mm，为2.39 mm，为0.85 mm；陇亚10号平均值为4.43 mm，为2.38 mm，为0.95 mm；陇亚13号平均值为5.13 mm，为2.47 mm，为1.02 mm。

图1 胡麻籽粒的3轴方向

借助胡麻籽粒三维模型建立其离散元模型后，还需设置胡麻籽粒体积分布规律[13]。实际胡麻籽粒体积测量困难，可借助胡麻籽粒3轴尺寸计算分析出胡麻籽粒体积分布的标准差，计算依据三维体积=··。3种胡麻三维体积分布规律如图2所示。由图2可知，3种胡麻籽粒三维体积基本均呈正态分布。定亚22三维体积分布标准值和标准差为9.90±1.78，陇亚13三维体积分布标准值和标准差为9.77±1.37，陇亚10三维体积分布标准值和标准差为12.88±1.80。

图2 胡麻种子体积分布

1.2 泊松比

胡麻籽粒较小，其泊松比测定难度较大。本文通过测量胡麻种子加载前后宽度与厚度方向的变形量计算泊松比[21]。利用电动双柱拉压力测试台（型号：HDV-1K）对胡麻种子进行压力变形试验，加载前测量胡麻厚度和宽度尺寸，试验时以0.5 mm/s速度对胡麻种子进行厚度方向加载，加载2 s后停机。利用电子式游标卡尺测量胡麻种子宽度方向变形量。每个品种20次重复，取其平均值，通过式（1）计算泊松比。3个品种胡麻种子的泊松比测量结果如表1所示。

表1 胡麻泊松比

注：1为胡麻种子加载前的宽度；2为胡麻种子加载后的宽度；2为胡麻种子加载前的厚度；1为胡麻种子加载后的厚度，mm。

Note:1is the width of flaxes before loading.2is the width of flaxes after loading.2is the thickness before loading of flaxes.1is the thickness after loading of flaxes, mm.

1.3 静摩擦系数

1.3.1 胡麻种子与其他材料之间的静摩擦系数

影响摩擦系数的因素有很多，如材料的种类、接触面的粗糙度等[22]。本文采用斜面法测量胡麻种子静摩擦系数[23]，试验材料为有机玻璃圆筒、铝质圆筒（内壁直径30 cm×高度50 cm）。试验时将胡麻种子放于管内壁，底端固定，缓慢抬升圆筒另一端，待胡麻籽粒开始下落时停止抬升并对圆筒倾角进行拍照，将图片导入CAD软件中，标识管与水平面之间的夹角。每个品种10次重复，根据=tan计算得到各胡麻种子的静摩擦系数。胡麻种子与其他材料之间的摩擦角测定过程如图3所示，静摩擦系数计算结果如表2所示。

图3 胡麻与其他材料之间的摩擦角测定过程

表2 胡麻与2种材料的静摩擦系数

1.3.2 胡麻种子之间的静摩擦系数

胡麻种子之间的静摩擦系数也采用斜面法测量[23]。测定胡麻种子之间的静摩擦系数之前，用镊子将胡麻籽粒分品种整齐排列粘附在塑料板上，尽可能减小籽粒间的空隙，测量板如图4所示。测量时用镊子将胡麻籽粒按品种放置于粘好的测量板上的一个胡麻籽粒上，测量板底端固定，缓慢抬升塑料板另一端，待胡麻籽粒开始向下运动时停止抬升测量板，记录测量板与水平面之间的夹角，按1.3.1节方法计算，每个品种10次重复，每次胡麻放置选择测量板上不同的胡麻籽粒上，经过计算定亚22号胡麻籽粒间的静摩擦系数为0.240±0.039，陇亚10号胡麻籽粒间的静摩擦系数为0.201±0.028，陇亚13号胡麻籽粒间的静摩擦系数为0.204±0.035。

图4 胡麻籽粒之间的静摩擦系数测量

1.4 碰撞恢复系数

1.钢板尺2.接触板3.摄像机4.尖嘴钳5.胡麻籽粒

表3 胡麻籽粒碰撞恢复系数

1.5 弹性模量

胡麻弹性模量由胡麻籽粒的载荷-位移曲线计算得到[26]，该曲线测定试验设备分别为艾德堡电子式拉力试验机（乐清市艾德堡有限责任公司）、数显示推拉力计（Model：HF-500N）和压力传感器（DS2-500N60028）。根据胡克定律，在弹性范围内，材料的伸长应变与其正应力成正比，如式（3）所示。试验时将胡麻籽粒水平放置在一个锥形凹槽内，使用直径0.5 mm的圆形压头、保持加载速度30 mm/min对胡麻在厚度方向进行压缩，计算机自动采集载荷-位移数据。由式（4）计算得到胡麻剪切模量，结果如表4所示。

式中为弹性模量，MPa；为胡麻籽粒受到的压力，N；为接触面积，mm2，圆形压头直径为0.5 mm，与胡麻籽粒接触面积为0.785 mm2；为胡麻籽粒加载前的厚度，mm；Δ为胡麻籽粒加载后的厚度，mm。

胡麻籽粒的剪切模量由式（4）计算得到。

式中为胡麻泊松比。

表4 胡麻弹性模量和剪切模量

1.6 滚动摩擦系数标定

胡麻籽粒较小，呈扁平状，通过试验法测其滚动摩擦系数存在困难。本文采用仿真逼近预测法标定胡麻滚动摩擦系数[13]。通过胡麻堆积试验得到胡麻实际堆积角；使用上文已得到的胡麻籽粒参数开展与试验同等条件下的胡麻仿真堆积角试验；逐步调整仿真胡麻的滚动摩擦系数使胡麻仿真与实际堆积角基本相等，对应得到不同品种胡麻的滚动摩擦系数。

1.6.1 实际堆积角测定

为了更加准确地确定胡麻籽粒的滚动摩擦系数，分别采用有机玻璃圆筒和铝质圆筒进行胡麻籽粒堆积试验。每个品种试验5次，结果取平均值。试验时将有机玻璃圆筒（内壁直径60 mm×高度200 mm）垂直置于水平桌面，管内注入20 g胡麻籽粒，稳定后使用DC12V直流推杆以30 mm/s的速度向上提升圆筒，此时胡麻种群在重力作用下自然下落堆积，形成的圆椎体底角即胡麻籽粒堆积角。如图6所示，分别沿、方向对胡麻堆积角进行图像采集，导入AatoCAD2010中，借助直线工具标注圆锥体底角，如图6所示，胡麻堆积角在轴、轴方向分别有2个值，其平均值为胡麻该方向的堆积角，共进行5次。3种胡麻籽粒实际堆积角测量结果如表5所示。

注：θ1、θ2分别为x轴方向的胡麻籽粒堆积角；θ3、θ4分别为y轴方向的胡麻籽粒堆积角。(°)。

表5 胡麻籽粒实际堆积角

1.6.2 胡麻籽粒模型建立

根据3个品种胡麻籽粒的三轴统计尺寸和形状，利用SolidWorks软件对胡麻籽粒进行三维实体建模，并将三维模型导入EDEM软件，用不等直径的球体对其进行填充，直到胡麻籽粒三维模型被紧密填充、无可填充空间为止。定亚22号采用37颗半径为0.28～0.43 mm球状颗粒填充，长度方向为−2.42～2.42 mm、宽度方向为−1.29～1.29 mm，高度方向为−0.43～0.43 mm；陇亚10号采用29颗半径为0.28～0.50mm球颗粒填充，长度方向为−2.22～2.42mm、宽度方向为−1.29～1.29 mm，高度方向为−0.47～0.47 mm；陇亚13号采用23颗半径为0.25～0.48 mm球颗粒填充，长度方向为−2.57～2.57 mm、宽度方向为−1.24～1.24 mm，高度方向为−0.51～0.51 mm。胡麻籽粒的三维模型和离散元模型如图7所示。设置直径60 mm、高度200 mm圆筒用于形成胡麻堆积角，材料分别为有机玻璃和铝，当容器内填充完20 g胡麻籽粒后，以30 mm/min提升，胡麻种群自然下落形成堆积。

注：1为胡麻籽粒三维模型；2为胡麻籽粒离散元模型。

1.6.3 仿真参数设置及结果分析

胡麻籽粒堆积仿真过程时间步长的选取至关重要，过大会导致颗粒发生爆炸式发散，过小会使计算量成倍增加[27-28]。时间步长计算如式（5）所示。胡麻籽粒堆积仿真过程时间步长计算结果如表6所示。

式中Δ为时间步长，s；为胡麻籽粒的球体直径，mm；s为胡麻籽粒下落过程中的最大速度，mm/s；为胡麻籽粒的密度，kg/mm3；为胡麻籽粒的剪切模量，MPa。

表6 胡麻籽粒堆积仿真过程仿真设置参数

为降低仿真工作量，通过预仿真使仿真胡麻堆积角接近胡麻实际堆积角，并参考相关文献[17, 29]，缩小胡麻籽粒的滚动摩擦系数取值范围，区间为0.03～0.05。调整胡麻滚动摩擦系数使堆积角进一步逼近胡麻籽粒实际堆积角，缩小取值范围为0.041～0.043。在2种容器、3种滚动摩擦系数条件下进行胡麻籽粒堆积仿真试验，获得对应的仿真堆积角，并寻找较优值，每个品种3次重复，结果取平均值。仿真胡麻籽粒堆积角如表7所示。

表7 2种容器、3种滚动摩擦系数条件下的胡麻仿真堆积角

图8为陇亚13号在铝质圆筒条件下形成的堆积角仿真图像。

注：x–0.043为当滚动摩擦系数为0.043时、x轴方向的胡麻籽粒堆积角，其他类同。

在有机玻璃圆筒条件下当定亚22号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.041时，形成的堆积角平均值为23.58°，接近其实际堆积角23.64°，两者相对误差为0.25%；在铝质圆筒条件下当定亚22号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.042时，形成的堆积角平均值为23.77°，接近胡麻实际堆积角23.33°，两者相对误差为1.85%，综合考虑，确定定亚22号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.041 5。采用相同方法，确定陇亚10号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.042 5、陇亚13号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.042 0。在铝制圆筒条件下对确定的3种胡麻籽粒的滚动摩擦系数进行验证，如图9所示。

图9 3种胡麻籽粒仿真验证试验

当定亚22号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.041 5，形成仿真堆积角平均值为22.66°。当陇亚10号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.042 5，形成仿真堆积角平均值为22.60°。当陇亚13号胡麻籽粒的滚动摩擦系数为0.042 0，形成仿真堆积角平均值为23.06°。

1.6.4 滚动摩擦系数对堆积角形成过程影响

胡麻滚动摩擦系数对仿真结果影响显著，为探讨滚动摩擦系数对胡麻籽粒堆积角形成影响机理，分析研究不同滚动摩擦系数对胡麻籽粒与底板接触数量、能量转化影响规律。

分析当定亚22号胡麻籽粒在两种容器（有机玻璃圆筒、铝制圆筒）、3种滚动摩擦系数（0.041，0.042，0.043）条件下，其堆积角形成过程中胡麻籽粒与底板接触数量变化趋势，如图10所示。

图10 3种滚动摩擦系数条件下胡麻籽粒与底板接触数量的变化趋势

当滚动摩擦系数分别为0.041、0.042和0.043时，有机玻璃条件下胡麻堆积后籽粒与底板的接触数量分别为1 390、1 364、1 362；铝质圆筒条件下其接触数量分别为1 407、1 363、1 311，由此可知滚动摩擦系数增加限制堆积角的减小。当胡麻籽粒与底板的接触数量越多，说明胡麻与底板的相互接触面积越大，同体积下，锥体底面积增加，高度变小。

胡麻堆积角形成过程中胡麻重力势能转化为动能，滚动摩擦影响动能转化效率。如图11所示，随时间变化胡麻籽粒的转动动能呈先增加后减小变化趋势，在0.65 s时其转动动能最大；相同时刻，当滚动摩擦系数变小，其转动动能增大，表明滚动摩擦系数会限制转动动能。胡麻籽粒堆积过程中下落速度一定，其转动速度增加，种群向外围扩散，相应的形成的堆积角变小。

图11 不同滚动摩擦系数条件下转动动能随时间的变化趋势

由图12可知，胡麻堆积仿真过程中胡麻重力势能在0.4 s前走势基本水平，在0.25 s后势能开始骤减。0.25 s前胡麻种群都在设备管内，势能转换动能较少；0.25 s后胡麻脱离容器束缚重力势能迅速转换为动能。0.8 s时在有机玻璃条件下，当滚动摩擦系数分别为0.041、0.042和0.043时，胡麻的重力势能分别为2.86×10-7、2.73×10-7和2.65×10-7J；相同时刻，在铝制圆筒条件下胡麻的重力势能分别为2.79×10-7、2.78×10-7和2.75×10-7J，说明滚动摩擦系数限制重力势能增加。

图12 不同滚动摩擦系数条件下重力势能随时间的变化

2 仿真排种及试验验证

为检验标定的胡麻籽粒仿真参数的可靠性，开展异型窝眼外槽轮排种仿真试验，并通过对比仿真和试验结果穴粒数的相对误差，验证上文标定的胡麻参数。

2.1 排种仿真参数设置

排种器异型窝眼排种轮直径为55 mm，长为50 mm。排种轮轴向有4排、径向有4个异型窝眼，其主体型状为三棱柱形，外部边缘倒圆角半径为1 mm，内测边缘倒圆角半径为2 mm。西北旱区胡麻种植农艺要求每穴胡麻数区间为8～12粒，以10粒作为设计参数[4]。排种仿真过程中与胡麻籽粒发生接触的主要有3个部件，分别为异型窝眼轮、种刷和排种器，材料分别为防静电POM塑料、牛皮筋和304不锈钢[30-31]。排种器的排种轮由播种机的覆土滚筒带动，为与田间播种机试验穴粒数对比，计算确定窝眼轮角速度为57 r/min。胡麻籽粒生成数量为3 300个，仿真总时间为10 s。异型窝眼轮排种器及窝眼轮结构如图13所示。通过查阅文献和试验方法得到排种过程中与胡麻籽粒接触材料相关参数，如表8所示。

1.排种器壳体2.排肥器壳体3.异型窝眼轮4.导向轮5.隔种板6.种刷

1.Seed metering device shell 2.Fertilizer metering device shell 3.Heterosexual socket eye wheel 4.Guiding wheel 5.Seed separator 6.Seed brush

图13 异型窝眼排种器结构示意图

Fig.13 Structural schematic diagram of heterosexual socket-eye metering device

表8 排种器组成材料参数

2.2 排种过程及结果

胡麻异型窝眼轮排种器排种过程仿真如图14所示。由图可知，当排种轮逆时针旋转时，胡麻籽粒在重力作用下填充暴露在胡麻种群的窝眼中（图14a）；当窝眼到达种刷位置时，种刷清理窝眼孔以外的胡麻籽粒（图14b）；当排种轮窝眼转离种群后，在胡麻籽粒在重力作用下掉落（图14c）；2个窝眼可有效降低穴粒数的变异系数（图14d）。

对胡麻籽粒排种仿真的76个穴粒数统计发现，仿真排种穴粒数范围为8～11粒，平均穴粒数为9.5粒，标准差为0.5粒，处于胡麻播种农艺要求的8～12粒区间内。仿真和农艺要求穴粒数平均值相对误差为5%。

2.3 田间验证

课题组于2019年3月29日在甘肃省榆中县胡麻试验基地对胡麻联合播种机进行了田间试验。采用的胡麻联合播种机集平地、施肥、铺膜、膜侧压土、膜上穴播、膜上定点覆土和镇压等作业环节，6行播种，穴距145 mm，行距170 mm。试验地为壤土，试验前1周进行旋耕、平整作业，牵引拖拉机为东方红-250，牵引速度为0.6 m/s，胡麻品种为陇亚10号，采用自研的外槽轮式异型窝眼排种器，排种轮直径为55 mm，长为50 mm，其轴向有4排、径向有4个异型窝眼（图13）。使用白色0.01 mm地膜，异型窝眼轮材料为POM塑料、种刷为牛皮筋。胡麻穴粒数采集区选择1膜6行前后各排除10 m中间3行区域测定。

图14 胡麻籽粒异型窝眼轮排种器排种仿真过程

播种完成后，对测试区81穴胡麻穴粒数进行统计，结果如表9所示。由表9可知第1、2、3行胡麻穴粒数在8～12之间，平均值为9，标准差为1。仿真和试验穴粒数平均值相对误差为5.26%，两者平均值相差不超过0.5，说明本文标定的胡麻参数具有可靠性。胡麻籽粒较小，胡麻挖掘统计过程中有漏数的情况。播后5月13日对胡麻出苗率进行了统计，选择1膜6行5 m长行区域进行出苗统计，出苗率达到87%。

表9 穴粒数试验结果

续表

3 结 论

1）通过试验法对3种胡麻品种进行了基本物理力学参数测定。定亚22号、陇亚10号和陇亚13号胡麻籽粒三维体积基本均呈正态分布，泊松比分别为0.403、0.410、0.409，胡麻之间的静摩擦系数分别为0.240、0.201、0.204，胡麻之间的碰撞恢复系数分别为0.433、0.389、0.430，弹性模量分别为370.16、558.28、370.18 MPa；采用仿真逼近预测法标定的3种胡麻滚动摩擦系数分别为0.041 5、0.042 5、0.042 0。分析研究了滚动摩擦系数对胡麻籽粒堆积形成过程的影响。随着滚动摩擦系数的减少，胡麻与底板的接触数量增加；堆积过程中胡麻种群的转动动能呈先增加后减小的变化趋势；在相同时间点，胡麻滚动摩擦系数的减小，转动动能增加。

2）基于标定的胡麻籽粒仿真参数，进行了异型窝眼排种器胡麻籽粒排种仿真试验。仿真结果表明：穴粒数为8～11，平均穴粒数为9.5，标准差为0.5。田间验证试验结果表明：胡麻穴粒数在8～12之间，平均值为9，标准差为1，仿真和试验相对误差为5.26%。播后出苗率达到87%。本文标定的胡麻仿真参数对于优化胡麻作业机具工作性能参数具有一定的指导意义。

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Calibration of simulation parameters of flaxed seeds using discrete element method and verification of seed-metering test

Shi Linrong1, Ma Zhoutai1, Zhao Wuyun1※, Yang Xiaoping1, Sun Bugong1, Zhang Jianping2

(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Crop Science, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China)

In order to optimize the mechanized production equipment of flax seeds by means of discrete element method to provide the basic parameters of flax seeds, the basic physical parameters and partial contact mechanical parameters of flax seeds were determined by the experimental method for 3 kinds of flax seeds, Dingya 22, Longya 10 and Longya 13, which are widely planted in Gansu Province of China. The basic physical parameters include three directions of size, mass density, bulk density, Poisson's ratio, 1,000-kernel weight, seed moisture content, and elastic modulus of flax seeds. Three kinds of flax seeds were randomly selected from 500 flax seeds, and the triaxial size of the flax was measured by Vernier calipers. The statistical results showed that the long average of Dingya 22 was 4.83 mm, the width was 2.39 mm, and the thickness was 0.85 mm. The average length was 4.43 mm, the width was 2.38 mm, and the thickness was 0.95 mm. The average length of Longya 13 was 5.13 mm, the width was 2.47 mm, and the thickness was 1.02 mm. The volume of the flax seed was calculated by the 3-axis size. Distribution of 3-dimensional volume of 3 kinds of flax seeds were basically normal distribution. With the pressure deformation experiment of flax seeds was carried out by electric double column tension test bench, and the Poisson's ratio was calculated by measuring the deformation amount of width and thickness before and after loading flax seeds, and Poisson's ratio of flax seed was 0.403, 0.410 and 0.409, respectively. The coefficient of static friction of flax seed was measured by the bevel method, and the coefficient of static friction between flax seeds were 0.240, 0.201 and 0.204, respectively. The collision recovery coefficient between flax seeds was determined by free fall experiment, and the collision recovery coefficient was 0.433, 0.389, 0.430, respectively. The elastic modulus of the load-displacement curve of the flax seeds obtained by the flax pressure experiment was 370.16, 558.28, 370.18 MPa. By the simulation repose angle of flax models under the different coefficient of rolling friction of flax seeds that were put to the actual repose angle of flax seeds, the coefficient of rolling friction of flax seeds was predicted, and the result was that the coefficient of rolling friction of flax seeds was 0.0415, 0.0425 and 0.042 0 for Dingya 22, Longya 10, and Longya 13, respectively. The influence of the coefficient of rolling friction on the repose process of flax seeds was analyzed. With the decrease of the coefficient of rolling friction, the contact quantity of flax seeds and bottom plate increased. The rotational kinetic energy of flax seed population increased first, and then decreased during the accumulation process. At the same time point, the coefficient of rolling friction of flax seeds decreased and the rotational kinetic energy increased. Based on the calibration parameters of flax seeds, the arrangement of heterosexous hole seeding device with flax seeds was carried out. The simulation results showed that the number of granules was 8-11, the average number of granules was 9.5, and the standard deviation was 0.5. Through the field trial experiment of flax combined planter, the number of seeds in the hole of the 81 hole in the collection area was counted. The results showed that the number of seeds in the first, second and third rows of seedlings fluctuated between 8 and 12, with an average of 9, standard deviation of 1. The average value of the simulated and experimental granules was 0.5, and the relative error was 5.26%. The flax seeds were small, and the number of leaks in the process of flax mining statistics occurred, resulting in certain errors in the experiment and simulation results. The flax simulation parameters calibrated in this paper have certain significance in guiding optimizing the seeding working parameters of the flax seeder.

agricultural machinery; discrete element; calibration; flaxes; verification

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.004

S223.23

A

1002-6819(2019)-20-0025-09

石林榕，马周泰，赵武云，杨小平，孙步功，张建平. 胡麻籽粒离散元仿真参数标定与排种试验验证[J]. 农业工程学报，2019，35(20)：25－33.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.004 http://www.tcsae.org

Shi Linrong, Ma Zhoutai, Zhao Wuyun, Yang Xiaoping, Sun Bugong, Zhang Jianping. Calibration of simulation parameters of flaxed seeds using discrete element method and verification of seed-metering test[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(20): 25－33. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.004 http://www.tcsae.org

2019-06-22

2019-09-17

国家现代农业产业技术体系（CARS-14-1-28）；甘肃农业大学农业工程学科建设开放基金（GAU-XKJS-2018-193）

石林榕，博士生，实验师，主要从事西北地区精密播种关键技术与装备研究。Email：shilr@gsau.edu.cn

赵武云，教授，博士生导师，主要从事农业工程技术与装备研究。Email：zhaowy@gsau.edu.cn

中国农业工程学会高级会员：石林榕（E041200842S）