西北旱区滚勺式胡麻联合播种机的设计与试验

针对西北旱区胡麻精密种植效率低下的问题，设计一种集施肥、滴灌、覆膜、覆土和穴播联合作业为一体的胡麻播种机。根据农艺种植要求，对整机关键部件作业分析和理论计算，确定播种装置、覆膜覆土装置的部分结构和作业参数。为提高滚轮式穴播器取种的精量与稳定性，以引种槽长度、穴播器转速、取种勺截面高为影响因素，以排量一致性变异系数和穴粒数合格指数为试验指标，进行三因素三水平胡麻播种台架试验，并进行田间验证试验。台架试验结果表明:当引种槽长度为31 mm，穴播器转速为25 r/min，取种勺截面高为5 mm时，穴播器排量一致性变异系数和穴粒数合格指数分别为1.57%和97.54%；田间验证试验结果表明:在相同条件下，胡麻联合播种机的各行排量一致性变异系数和穴粒数合格指数分别为3.85 %和93.33%，与台架试验结果接近，满足西北旱区胡麻种植农艺要求。     

内充式三七精密排种器的设计

【目的】设计一种内充式三七精密排种器,为实现三七播种机械化提供支持。【方法】利用冲突解决原理对排种器关键部件进行设计,通过对排种器运动过程分析、理论计算和数值模拟,确定主要结构参数;利用EDEM离散元仿真软件,对排种器转速、导种槽倾角、凸包分布和种层高度进行单因素仿真试验,进一步确定各因素取值范围;以排种盘转速、导种槽倾角和种层高度为因素,以单粒率、漏充率和重充率为指标,进行二次回归正交旋转组合仿真试验,对排种器工作性能进行优化,并通过台架试验进行验证。【结果】影响单粒率的主次顺序为排种盘转速、种层高度和导种槽倾角;当排种盘转速为31.1~37.8 r/min,种层高度为46.6~58.2 mm,导种槽倾角为43.0°时,单粒率大于96.00%,漏充率小于2.50%;3组9次台架验证试验表明,排种器的充种单粒率平均值分别为96.67%,96.67%和96.33%,漏充率平均值分别为2.00%,2.33%和2.33%,重充率平均值分别为1.33%,1.00%和1.33%,台架验证试验结果与仿真试验结果一致。【结论】设计了内充式三七精密排种器,该排种器能满足三七播种的农艺要求。     

基于EDEM的窝眼轮小麦精量排种器排种仿真试验

设计一种窝眼轮式小麦精量排种器，确定该排种器的最佳排种性能参数(窝眼轮转速、型孔倒角、毛刷与排种轮的传动比)。并设计3水平3因素正交试验，对排种器的排种性能进行模拟仿真试验，观察分析小麦种子在排种器中排种、重播、漏播的过程，得出影响排种性能的主次因素，从而确定最优参数，即窝眼轮转速为40 r/min、型孔为30°倒角、毛刷与排种轮的传动比为2∶1,此时排种器的排种性能最优。通过台架试验，验证了仿真试验结果的准确性，对以后排种器性能参数的优化设计提供了可靠的参考。     

油菜气力滚花滚筒式精量集排器充种性能仿真分析与试验

为提高油菜气力滚筒式精量集排器的充种性能,设计1种滚花排种滚筒,确定了滚花排种滚筒的结构参数,构建了充种区强制带动层种子的力学模型。EDEM仿真分析滚花结构、排种滚筒转速和充填高度对种群充填角、拖带角和动力学特性的影响。结果表明:滚花排种滚筒拖带角随排种滚筒转速增大而增大,且大于无滚花排种滚筒;种群充填角随排种滚筒与种群间的摩擦力增加而增加。同时,随排种滚筒转速的增加,种群所受合力、法向力和切向力以及种群速度线性增加;随充填高度的增加,种群所受合力和种群速度线性增加,且排种滚筒转速或充填高度一定时,滚花排种滚筒的种群动力学特性优于无滚花排种滚筒。台架试验表明:当排种器负压为-2 500Pa、正压为500Pa、充填高度为-5mm、排种滚筒转速为30r/min时,合格指数90.10%,漏播指数1.56%;当排种滚筒转速在15~50r/min范围内时,各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数分别低于5.5%和2.0%,种子破损率低于0.2%。田间试验结果表明,以滚花排种滚筒为关键部件的集排器能满足油菜播种机技术要求。     

小型山地苜蓿精量条播机的设计与试验

为了解决现有谷物播种机播种苜蓿时精度低、浪费种子严重等问题,研制了一种苜蓿精量条播机.该条播机排种器采用螺旋外槽轮式,通过变换使用排种轴上的三联链轮及配合旋动排种手轮调节排种轮有效工作长度,可根据土壤类别和农艺要求,大范围精确调节播量(7.5~52.5kg/hm2).试验结果表明:该机在规定排量情况下,性能指标达到了豆科牧草播种机性能要求,在不同工况条件下各行排量一致性变异系数最大值为8.18%,总排量稳定性变异系数最大值为2.54%.     

基于离散元法的窝眼式排种器结构优化仿真

单粒精量播种是当今播种作业的发展方向,排种器是精密播种机上的关键部件,其性能好坏直接影响播种机的工作性能和播种质量。针对机械排种器刮种过程中伤种率较高的问题,提出了一种重力自动出种的新型倾斜圆盘窝眼式排种器。为研究不同排种器参数对排种性能的影响,基于离散单元法理论,以所提出的新型倾斜圆盘窝眼式排种器为对象,运用EDEM软件对不同设计参数下的种子运动进行了仿真分析。通过对3种排种器设计参数的正交仿真试验,以排种器的单播率、漏播率和重播率为指标,分析了排种器在不同参数组合下的精量播种性能,得出排种器最优参数组合。仿真结果表明:影响排种器性能的主要因素是取种圆盘转速,其次是排种器窝眼与种子的直径比,再次是种箱中的充种区域角。采用离散元法的排种器仿真试验,能在排种器设计初期进行工作过程动态模拟,为排种器结构参数设计提供参考。     

转速对偏心轮型孔轮式排种器排种性能的影响

针对目前播种高速作业的要求,通过实验室台架试验研究偏心轮型孔轮式排种器排种速度对排种质量的影响.结果表明:排种器转速为18～45 r/min时,其各项排种性能较为稳定,排种质量较好.通过对排种器转速与播量、排种均匀性和破碎率之间的关系曲线及其各行排量一致性和总排量稳定性变化情况的分析,验证了排种器结构的合理性和该类型排种器用于高速作业的可行性.     

自扰动内充种式大豆精量排种器的设计与试验

为提高大豆种子在排种器的活跃度和充种性能，改善大豆播种过程中机械式排种器的工作性能，设计一种自扰动内充种式大豆精量排种器。阐述排种器的结构和工作原理，依据大豆种子的外形特征及主要物理参数，对单粒种子在型孔内的3种主要不同姿态进行分析，确定了排种盘直径为140 mm、宽度为23 mm,型孔长度为7～11 mm、宽度和深度均为8 mm;根据工作原理与结构，分析排种器在充种、清种过程中种子受到扰种片的主要作用以及对排种性能的影响，并与传统结构形式的排种盘进行对比分析。为确定排种器的最佳结构参数与转速，运用EDEM仿真软件，以排种器转速、型孔长度和扰种片长度为研究对象、以排种合格率为试验指标进行正交试验。试验结果表明，影响排种质量的因素大小依次为排种器转速、型孔长度、扰种片长度；排种器最佳结构与工作参数为转速33.8 r/min,型孔长度7.3 mm,扰种片长度7.7 mm,排种合格率为95.3%。台架试验结果表明，最优参数组合下排种合格率为94.8%,与预测值基本一致，相对误差较小仅为0.5百分点，能够满足大豆单粒播种农艺需求。     

油菜正负气压组合式穴播器设计与试验

针对实际生产中油菜机械铺膜穴播缺乏穴粒数精确可控排种器的问题,设计了一种采用负压吸种、正压卸种、鸭嘴成穴、二次投种的油菜正负气压组合式穴播器,实现油菜机械铺膜穴播1～3粒的作业要求。建立吸种、携种和卸种过程种子的力学模型并结合FLUENT仿真分析,分析确定了油菜正负气压组合式穴播器结构及其参数;选取影响穴播器排种性能的负压、种层高度、排种轮主轴转速和正压开展了以穴粒数合格率、空穴率为试验指标的穴播器排种性能单因素试验,并按照响应曲面法的二次正交旋转中心组合试验开展了工作参数的优化和验证。试验结果表明:影响穴播器穴粒数合格率的因素主次顺序为负压、排种轮主轴转速、正压,穴播器最佳排种性能工作参数组合为排种轮主轴转速7.5 r/min、负压-2 000 Pa、正压850 Pa。台架验证试验结果表明,穴播器的穴粒数合格率(1～3粒)为88.15%,空穴率为4.43%,满足油菜机械铺膜穴播的要求。     

基于压力传感器的油菜排种量控制系统的设计与试验

对2BYD–6型油菜浅耕直播施肥联合播种机上采用的偏心轮型孔轮式排种器,设计制作了变量播种控制系统。该控制系统主要由排量检测系统和排量调控系统两部分组成。排量检测系统借助压力传感器直接检测排种箱的质量变化,实现油菜排种量的检测;排量调控系统依据检测系统的检测结果转变为电信号,由单片机控制驱动排种轴电机转速来实现排量调控,达到所需的排种量。台架试验表明:控制系统能够精确检测排种器单位时间的排种量,实现变量播种;对油菜排种量检测每分钟积累误差可控制在3.5%以下,排种均匀性变异系数低于7%。     

气力式谷子精量排种器结构设计及性能试验

针对现有气力式排种器对谷子等小粒径种子难以实现精量播种问题,根据谷子形状等物理特性,通过优化排种器结构,设计一种舀勺-气吸组合式谷子精量排种器,研究排种器关键部件结构与参数对谷子精量排种性能的影响。应用JPS-12排种器性能检测试验台,以排种轴转速、舀种勺位置夹角和舀种勺圆心角为试验因素,以穴粒数合格指数、穴距合格指数、空穴指数及穴距变异系数为试验指标,进行三因素三水平正交试验,分析各试验因素对于性能指标影响的显著性。结果表明:排种器较优的工作参数为,舀种勺圆心角45°、舀种勺位置夹角-15°、排种轴转速10 r/min;优化定型后舀勺-气吸组合式谷子精量排种器综合性能试验指标为,穴粒数合格指数88.7%,穴距合格指数87.7%,空穴指数1.3%,穴距变异系数12.3%。该排种器作业性能满足小粒径作物精量播种和农艺要求。     

白萝卜种子颗粒模型离散元接触参数标定与试验

在利用EDEM与FLUENT耦合模拟白萝卜排种器排种过程时,白萝卜种子颗粒参数设置以及模型的选择直接影响仿真结果的可靠性。结合白萝卜种子真实颗粒和仿真堆积试验,标定了不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的2个主要接触参数：白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。采用自动填充方式创建了不同填充球颗粒半径白萝卜种子的离散元模型。利用Plackett-Burman试验对物料特性影响参数进行分析,发现白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数、白萝卜种间静摩擦系数对堆积角的影响极显著。结合台架与仿真堆积试验,建立了2个主要接触参数与堆积角的二元回归模型,以白萝卜种子实际堆积角为目标对参数进行寻优,得到不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。结合堆积角相对误差率与仿真时间分析最佳球颗粒填充半径,当白萝卜种子离散元填充颗粒半径为0.25 mm时,其仿真精度和仿真时间最优。得到的最佳填充球颗粒模型以及标定的接触参数,为白萝卜种子排种器研究提供一定的参考。     

基于EDEM的水稻槽轮排种器排种仿真与试验研究

为适应水稻穴直播的种植要求,设计了4种不同结构槽轮排种器。借助离散元分析软件EDEM对4种不同结构的槽轮排种器进行仿真分析,并进行试验验证。台架试验结果表明：当排种轮槽孔形状为钩勺型槽孔、槽孔螺旋角为14.01°、排种轮工作转速为21.09 r/min时,得到最佳穴径合格率和穴粒数合格率分别为96.42%、95.23%。用EDEM仿真与台架试验结果基本相同,表明用离散元法对槽轮排种器进行仿真分析具有可行性。     

Neural network prediction of performance parameters of an inclined plate seed metering device and its reverse mapping for the determination of optimum design and operational parameters

Seed planting equipment with inclined plate seed metering devices is the most commonly used equipment for planting of peanut crop in India. For obtaining the high yield, it is very essential to drop the peanut seeds in rows maintaining accurate seed rate and seed spacing with minimum damage to seeds during metering. This mainly depends on forward speed of the planting equipment, rotary speed of the metering plate and area of cells on the plate. The relationship between these factors and the performance parameters viz., seed rate, seed spacing and percent seed damage can be established using regression analysis. But they may not be very accurate and may pose difficulty in the determination of inputs for a set of desired outputs (reverse mapping). Hence, an attempt has been made in this paper to develop the feed forward artificial neural network (ANN) models for the prediction of the performance parameters of an inclined plate seed metering device. The data were generated in the laboratory by conducting experiments on a sticky belt test stand provided with a seed metering device and an opto-electronic seed counter. The generated data was used to develop both statistical and neural network models. The performance of the developed models was compared among themselves for 4 randomly generated test cases. The results show that the ANN model predicted the performance parameters of the seed metering device better than the statistical models. In order to determine the optimum forward speed of the planting equipment, peripheral speed of the metering plate and the area of cells on the plate to obtain the recommended seed rate of 33.33 seeds/m², seed spacing of 100 mm and percent seed damage of 0.2% with 100% fill of the cells, a novel technique of reverse mapping using ANN model was followed. It was observed that the optimum forward speed of the planting equipment and optimum area of cells on the metering plate had good correlation with size of seed. Linear regression equations were developed to predict the optimum forward speed of the planting equipment and optimum area of cells on the metering plate using the size of seeds as independent parameter. The peripheral speed of the metering plate of 0.237 m/s was found to be optimum for the size of seeds in the range of 95.42-123.01 mm². However, the results need to be verified by conducting planting operation under actual field conditions.     

气吸式小粒蔬菜种子精量穴播排种器优化设计与试验

目的 小粒种子具有尺寸小、质量轻、形状不规则的特征,采用传统排种器作业时常发生吸种孔堵塞、种子损伤、播种均匀性差的问题;因此本研究在种子丸粒化技术的基础上设计了一种气吸式小粒种精量穴播排种器。方法 通过测量种子的尺寸大小和摩擦角等相关参数,采用Rocky离散元仿真软件对进种过程进行仿真模拟。为获得该排种器的最佳性能因素组合,进行了二次回归旋转正交试验,应用多目标优化方法对排种器性能影响因素进行优化。结果 通过回归系数的检验得知,影响排种器单粒率与空穴率的因素主次顺序为气压、排种器转速。当转速一定时,随着负压的增加,单粒率随之增加,空穴率随之降低,当负压一定时,随着转速的增加,单粒率随之降低,空穴率随之增加,当负压大于?2 800 Pa时,转速在5~30 r/min的范围内对排种器单粒率和空穴率影响不明显,且此时单粒率均在90%以上、空穴率均在10%以下。结论 通过优化求解,最优工作参数组合为转速15 r/min、负压?2 300 Pa、正压500 Pa。经试验验证,在此条件下该排种器的性能指标为单粒率合格指数平均值96%、漏播指数平均值3.37%、重播指数平均值0.267%,符合国家标准要求。     

棉花精量排种器排种性能试验研究

为实现南方棉花种子的精量播种,设计一种满足南方棉花种子"一穴两粒"农艺要求的机械式精量穴播棉花排种器,将该排种器安装在JPS-12型全自动排种器性能检测台上进行棉花种子排种性能试验。分别以合格指数、漏播指数和重播指数为评价该排种器排种性能指标,以适用于南方的棉花种子(湘杂棉3号、湘杂棉8号和慈抗杂3号)为试验对象,对排种器转速、勺孔直径和种室曲面曲率半径3个因素进行单因素试验,得出各因素作业时的最优范围。正交试验结果得到排种性能各因素的最优组合为:排种器转速100rad/s,勺孔直径9mm,种室曲面曲率半径25mm;该组合下,棉花种子精量排种效果较好,穴粒数合格指数为93.62%,重播指数3.87%,漏播指数2.51%。该机械式精量穴播棉花排种器满足国家标准对棉花种子的播种要求。     

风送式集中排肥系统的设计与试验

针对外槽轮排肥装置施肥作业均匀性不高的问题，设计一种风送式集中排肥装置及同步施肥控制系统。通过台架试验比较直槽、交错槽和螺旋槽3种排肥轮结构的排肥性能，并建立排肥轮转速与排肥速率的线性回归方程；基于北斗+GPS系统和限幅平均滤波算法提高行驶速度的监测精度，并据此开发施肥控制系统。结果表明：1)排肥轮转速为10～60 r/min时，螺旋槽结构排肥轮具有较好的排肥性能，排肥量稳定性变异系数和各行排肥量一致性变异系数分别为0.15%和1.57%,排肥量均匀性变异系数<4%。2)排肥轮转速<60 r/min时，施肥控制系统的施肥调整响应时间<0.85 s;当理论施肥量和平均作业速度分别为300～600 kg/hm²和5.22 km/h时，施肥准确率>95%。该风送式集中排肥装置及施肥控制系统可以实现同步、精量和均匀施肥作业。     

大豆种子与排种器接触物理参数的测定与离散元仿真标定

研究大豆排种过程的离散元仿真参数设置。对大豆种子的本征参数、大豆种子与排种器的接触参数进行标定;测定大豆种子长、宽、高三轴尺寸,自然休止角,千粒重和密度的本征物理参数,测定大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃接触的最大静摩擦因数、碰撞恢复系数。以平均误差值为评价指标,应用离散元软件正交试验仿真标定。结果表明,离散元仿真标定的参数设置为:大豆种子三轴尺寸的长、宽、高分别为6.884、6.833、6.292mm,密度为1 272.15kg/m~3;大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃的最大静摩擦因数分别为0.449、0.408、0.474,碰撞恢复系数分别为0.561、0.518、0.472,离散元仿真的平均误差值为2.044%。     

舀勺型孔轮式水稻精量排种器设计与试验

针对现有水稻排种器采用被动充种存在充种性能差、高速排种精度低的问题,设计了一种舀勺型孔轮式水稻精量排种器。阐述了该排种器的基本结构和工作原理,确定了排种轮、舀勺、型孔、护种板等关键零部件的结构参数,建立了排种器充种过程的力学模型。以冈优898 种子为试验材料,利用离散元法,选取排种轮转速、型孔倾角为试验因素,以排种合格率、重播率和漏播率为评价指标,进行单因素试验、对比试验和二因素五水平正交旋转组合试验,建立排种性能指标与试验因素之间的回归模型,利用响应面法分析了各试验因素对排种性能的影响规律,并采用多目标优化方法,确定了最佳参数组合。优化结果表明:排种轮转速为25.94 r·min ^-1、型孔倾角为34.75°时,排种器的排种性能最佳,排种合格率、重播率、漏播率分别为87.55%、9.79%、2.66%。为验证仿真结果的可靠性和排种器的适应性,以丰两优3948、冈优898、冈优3551 3个水稻品种种子为试验材料,对排种器进行台架性能试验和田间播种试验。试验结果表明:台架试验与仿真结果基本一致,丰两优3948、冈优898、冈优3551种子的排种合格率分别为84.40%、84.53%、83.74%;田间播种合格率分别为81.34%、82.13%、80.67%,3个水稻品种种子排种性能皆满足水稻精量播种要求。研究结果可为舀勺型孔轮式水稻精量排种器的结构优化和性能提升提供参考。     

油菜精量集中排种器电驱控制系统设计与试验

为适应丘陵区油菜机械化精量播种要求,针对地轮驱动致使传动系统复杂或滑移影响播种精度的问题,设计了一种油菜电驱排种控制系统。该系统集成无线蓝牙传输模块、单片机模块和Android终端平台开发,采用优化PID算法,实现集排器转速随作业速度的同步控制和自动调节播种穴距。台架试验研究了油菜电驱排种控制系统的控制精度和排种性能,当集排器转速为10～55 r·min~(-1)时,实际转速与理论转速的平均偏差均小于1.5%,且转速的变异系数均小于2.0%,稳定性较好;当穴距和作业速度分别为60～180 mm和1.6～3.2 km·h~(-1)时,穴距均匀性变异系数均低于15.0%。该系统实现了集排器电驱条件下播种穴距的同步调节,为油菜轻简化精量播种机的排种控制系统设计提供了参考。