气吸式玉米高速精量排种器直线投种过程分析与试验

为解决气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下投种过程种子与导种管碰撞异位造成排种粒距合格率下降和排种粒距变异系数增大的问题,该文提出了一种利用推种装置配合种盘吸孔实现直线投种的方法,并对直线投种原理进行分析,阐明直线投种过程中种子与排种器的运动和力学关系,明确种盘吸孔曲线方程,确定了推种装置结构曲线参数方程。选取投种位置和作业速度为主要因素进行全因素试验,对试验结果进行显著性分析,确定了因素与指标的回归方程,以排种粒距合格率、漏播率以及排种粒距变异系数为寻优条件,确定较优的投种位置为直线推种区角度=15°,直线落种角度=21°,并进行验证试验。试验结果表明,作业速度12 km/h时,排种粒距合格率为98.68%,漏播率为0.69%,排种粒距变异系数为15.03%,与理论优化结果基本一致。进行了直线投种方式与原有阻气投种方式的对比试验,结果表明,各个作业速度下排种器性能指标均有所提升,且提升幅度随着作业速度的提高而增大,在作业速度14 km/h时,直线投种较原有阻气投种排种粒距合格率提高4.22个百分点,漏播率降低4.20个百分点,排种粒距变异系数降低4.55个百分点,采用直线投种方式可大大改善播种效果,提高作业速度。     

油菜精量播种导种环节种子流有序性分析

针对油菜精量播种种子运移环节中排种器排出的单粒有序种子流在导种环节被破坏，造成播种均匀性降低的问题，该研究对导种过程种子流有序性进行分析，明确破坏种子流有序状态的主要原因是种子与导种管管壁的随机碰撞，而导致碰撞发生的主要因素是导种管曲线、内径和长度。导种过程离散元仿真试验表明，在相同内径及长度的导种管中，种子通过直线型导种管较S型导种管碰撞次数变异系数平均降低2.1个百分点，时间变异系数平均降低1.8个百分点；较抛物线型导种管平均碰撞次数变异系数降低0.5个百分点，平均时间变异系数降低0.5个百分点；在相同曲线及长度的导种管中，种子通过32 mm内径导种管较25 mm碰撞次数变异系数降低7.2个百分点，时间变异系数降低2.6个百分点；在相同曲线及内径的导种管中，无论缩短导种管的哪一部分长度均能降低碰撞次数及碰撞次数变异系数。种子流通过某一导种管的碰撞次数变异系数越大，时间变异系数越大，种子流下落轨迹越离散，种子流有序性越差，导种管曲线对种子流有序性的影响小于内径及长度。台架试验结果表明，采用直线型导种管较S型导种管粒距合格指数平均提高3.2个百分点，漏播指数和重播指数平均降低2.0和1.2个百分点；较抛物线型导种管粒距合格指数平均提高2.8个百分点，漏播指数和重播指数平均降低2.0和0.8个百分点；内径38 mm的导种管较25 mm导种管，粒距合格指数提高11.4个百分点，漏播指数和重播指数分别降低4.6和6.8个百分点；长度20 cm的导种管较80 cm导种管，粒距合格指数提高27.6个百分点，漏播指数和重播指数分别降低10.6和17.0个百分点；随导种管长度增加或内径缩小，粒距逐渐从以设定株距为中心的正态分布渐变为重播指数较高的指数分布。为降低导种环节影响，建议油菜精量播种机导种管曲线采用直线型、内径不小于25 mm、长度不超过40 cm。研究结果揭示了导种管结构对种子流有序性的影响机制，可为导种装置设计与优化提供参考。     

气吸滚筒式花生穴播器投种性能分析与试验

针对气吸滚筒式花生穴播器投种过程中种子不能准确落入导种机构而造成漏播、重播的问题,该研究提出了一种通过调整穴播器盖边缘开口位置和导种机构安装角度的方法寻求最佳投种轨迹,对种子脱离穴播器盖进入导种机构阶段建立动力学模型,明确了投种轨迹变化机理,确定了穴播器盖和导种机构的安装参数。借助EDEM仿真软件研究了穴播器盖和导种机构在不同安装角度下的投种性能,得出种子在与分种盘挡片接触状态下脱离穴播器盖边缘的投种性能最佳。选取穴播器盖安装角度、导种机构安装角度和机具前进速度为试验因素,以排种粒距合格率、漏播率、重播率为试验指标,在排种试验台上进行三因素三水平组合试验。结果表明：在穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角为11.18°、机具前进速度为3.85 km/h的条件下投种性能最优,此时排种粒距合格率为95.37%。田间试验结果表明,调节穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角11.18°,机具前进速度在3.05～4.65 km/h范围内,试验结果与台架试验结果基本相符,排种粒距合格率大于89%、漏播率小于7%,重播率小于5%,满足花生单粒精量播种要求。     

气吸式玉米高速精量排种器投种性能分析与结构优化

为解决前期研制的气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下存在投种位置不一致和横向飞种导致播种均匀性差的问题,该研究从力学角度对投种位置不一致和横向飞种现象进行分析,构建了不同吸附姿态和尖端直立深入吸附种子的力学模型以及相邻两粒种子间距的数学模型,明确了投种位置不一致和横向飞种的产生机理及速度和株距对投种均匀性的影响机制,提出一种末端拨离+直线投种方法,确定了末端拨离阻气件的关键参数。利用高速摄像技术和ProAnalyst运动分析软件对投种过程进行对比分析,结果表明,采用末端拨离+直线一致性投种方法,种子在竖直方向匀加速运动,在水平方向速度为0,到达投种位置后脱离种盘,沿竖直方向直线加速进入导种管,可实现均匀一致的直线投种。台架试验结果表明,采用末端拨离+直线投种的气吸式精量排种器在各个作业速度条件下排种性能较改进前均有所改善,在14 km/h时,合格指数提高了1.61个百分点,漏播指数降低了1.00个百分点,株距变异系数降低了1.79个百分点。田间试验结果表明,在作业速度小于等于12 km/h条件下,播种机的播种合格指数均大于94%,漏播指数小于5%,重播指数小于2%,株距变异系数小于20%,采用末端拨离+直线投种方式可大大改善播种效果,提高精量播种机作业速度。研究结果可为气吸式高速精量排种器的研究提供参考。     

气吸式排种器扁平种子吸附姿态调节机构设计与试验

针对气吸式排种器在进行扁平形状种子排种时，充种性能不稳定排种效果不佳的问题，该研究以扁平玉米种子为作业对象，从种子的吸附姿态调节入手，设计一种具有倾斜凸台式取种结构的气吸式排种器。对排种器的倾斜凸台作业过程进行理论分析和设计计算，针对平面盘、凹槽盘和凸台盘三种排种盘的作业过程进行离散元仿真分析，结果表明：凸台盘对种群的扰动能力、离散程度和扭矩高于其他排种盘，倾斜凸台在取种过程中能够改变种子的姿态，实现种子扁平面与吸孔表面间的平行吸附。台架试验结果表明，凸台盘的单粒吸附率优于凹槽盘和平面盘，随着前进速度升高，单粒吸附率先增加大后减小，8 km/h达到最高值91.70%；随着负压增大，单粒吸附率变化趋势相同，3 kPa时达到最高值90.84%；凸台盘的稳定吸附率和平行吸附率随速度增大出现小幅降低，随负压增大逐渐升高并在3 kPa趋于稳定，凸台盘的吸附性能优于其他两种排种盘，同时三种排种盘在取种时的平行吸附率与投种位置的稳定吸附率呈正比。前进速度4～8 km/h时，凸台盘的合格率稳定在97%左右，随后逐渐下降，12 km/h时降至93.18%；田间试验结果表明，排种器作业性能随前进速度升高而降低，12 km/h时，凸台盘的合格率降为90.34%，漏播率升高至6.52%，满足精密播种要求。倾斜凸台式取种结构能够对扁平种子吸附姿态进行有效调节，提高吸附稳定性和排种器作业性能，研究结果可为扁平种子高速精量取种提供技术参考。     

气吸式排种器带式导种装置的设计与试验

针对免耕播种机双圆盘式开沟器投种点高,种子播入土壤中粒距变异系数大,合格指数低的缺陷,该文在对气吸式排种器成穴时间平衡分析的基础上,设计开发了一种与取种盘转速、播种机行走速度相关,且传动与投种机构一体的带式导种装置,并确定了该气吸式排种器带式导种装置的主要结构参数。在综合试验因素对株距合格率,重播率和漏播率影响不同的基础上,确定影响排种质量的主次顺序为投种点高度、取种盘转速和负压室压力,较优参数组合为投种点高度100mm,取种盘转速30r/min和负压室压力3.5kPa。此时粒距合格率为98.50%、漏播率为0.48%、重播率为1.02%。通过试验验证,试验值与理论值误差分别为0.11%、0.17%和0.08%,符合试验要求。该文为气吸式排种器的参数优化与排种质量进一步提升提供了理论依据。     

排种盘和负压腔室同步旋转气吸式玉米精量排种器设计

针对传统气吸式排种器工作时排种盘与负压腔室的密封垫之间相对转动,易导致密封垫磨损,从而造成排种器密闭性下降、风压需求增加、作业精度降低等问题,设计了一种排种盘和负压腔室同步旋转的气吸式排种器,将排种盘与负压腔室固定连接,作业时同步旋转,使排种盘和密封垫之间不产生相对运动,达到无摩擦、低气压损失、高排种精度的效果。基于机械扰种和重力辅助充种原理,将该排种器排种盘设计为带直线凸起的环形锥台,分析确定了排种器工作区域,计算了排种盘的关键结构参数。以含水率为12.8%,千粒质量为351 g的郑单958未分级种子为试验对象,借助中国农业大学自主研发的排种器性能检测仪对该排种器作业效果进行了室内试验,结果表明:作业速度10 km/h以下,所研制的排种器在负压值–3.5~–5.5 kPa时,粒距合格指数均能达到91.6%,漏播指数均小于5.2%,重播指数均小于5.4%,各项指标优于国标要求,能实现有效排种。与Kverneland排种器的对比试验表明,要达到相同合格指数,设计的盘室同步气吸式精量排种器所需负压值更低。     

基于激光传感器的播种参数监测方法

目前玉米播种参数监测多采用红外光电监测的方式,易受灰尘和落种碰撞影响,且传感器安装在导种管的上部,双粒重叠种子在上部无法分开进而导致传感器计为单粒种子,计数准确率下降。针对以上问题,该研究提出一种基于激光传感器的播种参数监测方法。该方法以激光传感器为信号捕获源,采用单片机为主控制器,将传感器安装在导种管底端,实现对播种量、合格率、漏播率、重播率等参数的实时监控。抗灰尘模拟试验表明:采用激光监测的方法传感器能够在灰尘较大的工作条件下正常工作。在穿透透明物体的状态下播种数量监测平均相对误差不大于1.15%,合格率、漏播率、重播率监测平均绝对误差低于0.5个百分点。安装在导种管底端的激光传感器对从排种口排出的双粒重叠种子监测的准确率达到95.4%,而安装在导种管上部的红外传感器监测准确率低于7.0%。结果表明采用激光监测的方法具有可靠的工作性能,满足实际播种参数监测的需要。     

新型组合吸孔式小麦精密排种器性能的试验研究

在室内试验和田间试验的基础上，探讨了新型组合吸孔式小麦精密排种器的排种性能，分析了排种器转速、拖拉机前进速度以及投种高度等因素对其排种性能的影响。试验结果证明，新型组合吸孔式小麦精密排种器实现了单粒精密播种，粒距合格指数达到52%以上，粒距变异系数小于29%，拖拉机前进速度可以达到6 km/h，完全符合小麦精密播种的农业技术要求。     

油菜气力盘式精量排种器槽齿辅助充种性能分析与试验

针对油菜气力盘式精量排种器高速排种过程中存在漏播严重和工作负压需求大的问题，该研究提出了一种槽齿定向扰动辅助充种种盘，采用质点动力学分析、EDEM软件、高速摄像技术和正交试验相结合的方法，对不同槽齿型式和槽齿厚度的种群流动性与辅助充种性能进行了研究。使用EDEM软件模拟分析了不同槽齿型式和槽齿厚度对种群流动性的影响，以种群平均动能和种群平均动能总和为量化指标，得出齿厚0.5～1.5 mm的直线型槽齿具有较好的辅助充种作用，有助于改善种子流动性和抑制种群拖带。选用华油杂62为试验材料，进行了槽齿型式优选试验，并以优选出的槽齿型式为对象开展了槽齿厚度、种盘转速和工作负压对充种性能影响的试验研究。结果表明：在工作负压不小于1 500 Pa条件下，作业速度小于6.0 km/h时，3种槽齿型式种盘的充种性能差异较小，当作业速度为6.0～9.5 km/h时，直线型槽齿辅助充种性能优于圆弧型槽齿和无槽齿的平面盘；三因素四水平正交试验优选出槽齿厚度为1.0 mm时充种性能最优，并明确了槽齿厚度、工作负压和作业速度对充种性能的影响规律；在槽齿厚度为1.0 mm、工作负压1 500～2 500 Pa、作业速度2.6～9.5 km/h条件下，种子吸附合格率不低于96%，漏吸率不大于4%。研究结果可为油菜气力盘式高速精量排种器结构优化设计提供参考。     

玉米播种机水平圆盘排种器型孔设计与试验

为满足水平圆盘排种器在高速条件下的精密排种要求,从排种器的工作原理出发,对排种盘型孔的结构形状和尺寸进行分析,设计出一种带倒角的周边式倾斜长方形型孔的水平圆盘排种器。为了得到排种器的最佳性能参数,以排种器转速、型孔倒角长度、型孔倾角为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三元二次回归正交旋转组合试验,建立试验指标与试验因素间的数学模型。应用响应面法对回归方程进行多目标优化,得到最佳参数为:排种器转速为33 r/min,倒角长度为7 mm,型孔倾角为61°,此时排种的合格指数为92.47%,重播指数为3.56%,漏播指数为3.97%。在最优参数组合下,台架试验验证排种器的排种合格指数为92.13%,重播指数为4.01%,漏播指数为3.86%,田间验证试验表明,当排种器转速调整为33 r/min时,其线速度为0.41 m/s,播种机组前进速度为8.6 km/h,水平圆盘排种器的播种性能指标满足单粒精密播种的农艺要求,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性。该研究可为机械式精密排种器的优化设计提供理论参考。     

气送式高速玉米精量排种器设计与试验

为满足在高速条件下玉米精量播种的要求,从工作原理出发,设计一种可从根本上解决因高速作业带来的充种性能不佳、清种结构复杂等问题的高速精量排种器,其利用高速作业产生的离心力进行充种与清种,将现行的种子堆积依靠重力充种的形式改成气送充种,对排种盘、型孔插件、护种板结构形状进行了理论分析和参数设计,采用文丘里管进行有序气吹送种,型孔插件与护种板相配合充种与携种,护种板宽度变化清种。分别对排种器工作速度、种子喂入速度、气送风压进行单因素试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为试验指标,得出各因素对排种性能的影响,其中此工作原理下增加排种器工作速度不但不会增加漏充指数,反而降低并基本保持不变。为得到排种器的最佳性能参数,进行正交旋转组合试验并构建各因素与指标间的关系式。采用响应曲面法对试验结果进行目标优化,并通过台架试验进行验证:得到工作速度为9 km/h,种子喂入量为1.91 kg/min,气送风压为492.17 Pa时,排种合格指、漏播指数、重播指数分别为93.14%,1.00%,5.86%,经台架试验验证,优化结果可靠。试验结果表明此种气送式高速玉米精量排种器很好的解决了在高速作业下充种难,清种复杂的问题,在高速工作条件下能保持良好的排种性能。     

粳稻定向精量播种装置排种性能试验

为探究粳稻定向精量播种装置排种性能的影响规律并获得因素的最优组合,以东农419长粒型粳稻为播种对象,采用单因素及三因素三水平正交试验设计方法,对粳稻定向精量播种装置进行了排种性能试验研究。建立了定距输送板输送频率、输送板齿距和滑道夹角3个主要因素与排种合格率(1~3粒率)、理想排种率(2~3粒率)的数学模型,分析了各影响因素及其交互作用对排种合格率与理想排种率的影响规律,并进行了参数优化与试验验证。影响排种合格率的主次因素依次为输送板输送频率、输送板齿距和滑道夹角;确定优选组合为输送频率2.7 Hz、滑道夹角46.8°、输送板齿距9.6 mm,平均排种合格率为98.75%,经试验验证,与理论优化结果基本一致。在相同的试验条件下采用北方常用的3个长粒型粳稻和2个短粒型粳稻品种进行综合播种作业性能试验,在纸介种带喂入速度为0.04 m/s时,平均播种合格率为97.22%,平均理想排种率为77.57%,漏播率与重播率分别低于2.6%和0.4%,试验结果表明该装置对北方长粒型粳稻具有更好的适应性能,能够满足粳稻机插秧育秧播种要求。该研究为北方粳稻种子带育秧设备定向精量播种装置的优化设计与排种性能的提升提供了参考。     

油菜小麦兼用排种盘的排种器充种性能

油菜、小麦籽粒物理机械特性差异大,该文针对前期研究中油菜小麦气力式精量排种器结构中,需对不同类型种子更换排种盘的缺陷,研制了一种兼用型内嵌入导种条式排种盘及其型孔结构,以实现油菜小麦气力式精量排种器兼用。开展了其充种阶段内嵌入导种条上强制带动层种子的运动轨迹及充种区种子充填角的解析,构建了充种区强制带动层种子的力学模型;并结合高速摄像技术,分析阐明了充种区种子层的流动特性,试验研究了充种区油菜、小麦充填角与充种性能、内嵌入导种条对种子机械损伤。研究结果表明:转速范围为10~45 r/min时,排种器充种区种子充填角与转速线性相关,内嵌入导种条时的油菜、小麦充种角随转速的变化率值分别为1.6635、1.9929,相对无导种条式排种器,充填角平均增量分别为10.1°、13.45°,充填弧长平均增量分别为12.29、16.48 mm,充种性能明显提高;发芽率试验表明,排种盘内嵌入导种条对种子无机械损伤。排种器性能试验结果表明:吸种负压为-2 900 Pa、排种盘内嵌入导种条可使小麦排种的平均合格指数相对提高30.76%,漏播指数相对降低38.61%;吸种负压为-900 Pa、投种正压为500 Pa时,排种盘内嵌入导种条可使油菜排种的平均合格指数相对提高3.72%,漏播指数相对降低8.58%;在转速为20~30 r/min时,排种性能均能满足油菜小麦兼用精量播种的要求。该研究可为兼用型精量排种器结构改进及性能优化提供研究依据。     

勺夹式藠头排种器设计与试验

针对藠头（Allium chinense）种植劳动强度大、人工成本高等问题,该研究设计了一种由排种盘、取种勺、取投种凸轮、种箱、安装板等组成的勺夹式藠头排种器。对该排种器工作原理和取种、携种、投种过程进行理论分析,建立离散元仿真模型,对取种过程进行仿真分析,确定了最优种勺结构。以大叶藠为对象,以取种合格率和漏取率为试验指标,进行种勺直径、种勺深度、取种起始角、种面高度与种箱高度之比和取种速度5因素显著性筛选试验,并以种勺直径、取种起始角、种面高度与种箱高度之比为试验因素进行回归正交试验;采用Plackett-Burman试验法和Box-Behnken中心试验法建立取种合格率和漏取率的回归模型,并进行参数优化,获得最优参数组合为种勺直径27mm、取种起始角30°和种面高度与种箱高度之比92.5%。在最优参数组合下进行台架试验,得到取种合格率91.17%,漏取率6.17%。田间试验结果表明在前进速度0.1～0.2 m/s的条件下,该排种器平均播种合格率、平均重播率和漏播率分别为63.10%、12.76%和24.14%。研究结果可为藠头播种机械的研究与设计提供参考。     

指夹式玉米免耕精密播种机振动特性及对排种性能的影响

为研究2BMZ-2型指夹式玉米免耕精密播种机在免耕地表作业时的振动特性及振动对排种器排种性能的影响规律,建立了整机振动特性模型,求解其稳态振动响应;测试播种机在免耕地表作业时排种器振动特性。搭建振动排种试验台模拟田间作业振动环境,测试机械振动对排种器性能的影响规律,并运用高速摄像和与图像目标追踪技术研究籽粒落种运动规律。结果表明,播种机的振动特性主要决定于作业速度、地表及土壤情况和播种机的结构特性。播种机前进速度在5～9 km/h范围内,播种机振动能量的频率分布主要集中在低频段的3～11 Hz;前进速度越大,振动加速度越大,但不影响振动能量的频率分布。机械振动对排种器充种性能无显著性影响,对播种性能具有显著性影响的试验指标为播种合格率、粒距纵向变异系数和粒距横向变异系数(P0.05);试验因素对排种均匀稳定性影响的主次顺序为排种轴转速、振动加速度、振动频率;各试验因素的增大均使籽粒下落轨迹及落点更加离散、落种范围增大,且增大排种轴转速使落种点位置逐渐远离投种初始位置。该研究为免耕播种机指夹式排种器排种性能的提高提供了参考。