限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器设计与试验

针对目前小麦种子尺寸小、形状不规则导致传统排种器存在漏充率高、充种合格率低等问题,设计了一种限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器。排种器基于限制种子充种姿态的原理,增设弧形辅助充种板和搅种盘,使种子长轴与型孔长轴近似位于同一平面,在正负压良好充种的基础上获得更佳的单粒充种性能。通过对充种过程及种子田间分布情况的分析,计算确定排种器关键结构参数：型孔列数3列,每列型孔个数30个,型孔长度8mm、宽度5mm、深度3mm;并采用EDEM软件进行仿真试验,确定了弧形辅助充种板的最优角度为5°。在此基础上,利用Design-Expert软件,以型孔轮转速、真空度、搅种盘转速为试验因素,以充种合格率、漏充率、重充率为评价指标,进行三因素三水平二次回归正交试验。通过构建回归方程及响应面数学模型,分析了各试验因素对排种器充种性能的影响,且对试验参数进行综合优化,确定最佳参数组合：型孔轮转速66.27r/min、真空度3.52kPa、搅种盘转速52.00r/min,并进行试验验证,得到排种器充种合格率为92.70%,漏充率为3.47%,重充率为3.83%。该排种器满足小麦精密播种对排种器的性能要求。     

宽苗带勾型窝眼轮式小麦精量排种器设计与试验

为解决宽苗带小麦精密播种排种器排种均匀性差的难题,结合小麦精量排种技术提出一种勾型窝眼轮式宽苗带小麦精量排种器,使种子行内分布均匀,行间种子不散乱。对关键参数进行了设计和理论分析,通过EDEM离散元软件完成了种层厚度调节板水平距离、窝眼布置形式、窝眼个数、窝眼倾角、种箱底板倾角对充种性能影响的单因素试验。在此基础上以勾型窝眼轮转速、种层厚度调节板垂直高度和窝眼长度为试验因素进行了多元二次回归旋转正交组合试验并应用Design-Expert 8. 0. 6软件对试验数据进行分析,得到回归模型和因素对指标影响关系,确定了影响单粒率重要性大小依次为窝眼长度、种层厚度调节板垂直高度和排种轮转速,排种轮转速与窝眼长度间交互作用不可忽视;影响合格率重要性由大到小依次为种层厚度调节板垂直高度、排种轮转速和窝眼长度。基于回归模型进行多目标参数优化,结果表明:排种轮转速为23. 05 r/min、窝眼长度为7. 00 mm、种层厚度调节板垂直高度为25. 00 mm时,合格率为98. 59%。对该优化参数组合下的排种器进行充种性能和排种性能台架试验,结果表明:充种合格率为98. 01%,试验验证结果与仿真优化结果相吻合,验证了仿真优化结果的可靠性,此时排种器4行间充种合格率变异系数仅为1. 20%,宽苗带各行间变异系数较小;排种合格率为90. 03%,行间排种合格率变异系数为1. 50%,行内均匀性变异系数达到16. 54%,排种性能明显优于常用外槽轮排种器。     

基于EDEM的小麦精量排种器设计与试验

为实现小麦的精量排种,设计了一种精量小麦排种器。对排种器进行设计计算,最终确定排种器为锥盘式,型孔数量为50个,锥角为30°。采用EDEM软件进行仿真分析,结果显示:当转盘转动速度为19.38r/min、型孔长度平均值为7.95mm、小麦种子外层厚度为8.20mm时,作业合格率为89.55%,单粒率可达到50.80%,符合排种器的作业要求。试验结果表明:排种器具有行间的排量较足和一致性好的特质,在小麦的播种过程中,系数的变异已经控制在10%以内。根据测量的秧苗数量计算面积,小麦每667m 2可达到4万株,分蘖的数量为3~10株,分蘖完成后每667m 2达25万株,可以满足小麦种植的实际需求。     

双锥面水平圆盘水稻直播排种器的研制

针对水稻直播精密稀植的要求,研制出一种双锥面水平盘水稻直播排种器.此排种器在传统水平型孔盘的基础上把靠近排种轴和种箱壁的地方设计成圆锥面,依靠重力、离心力和锥面支撑力实现自动充种,增加了型孔的囊种能力;型孔布置在两个锥面的中间环带上,减少种子的破碎率,同时有利于清种毛刷的布置;对清种毛刷进行致密化处理,既保证了弹性毛刷清种不伤种的优点,又提高了毛刷对种子的阻挡刚性.通过试验证明,此排种器排种稳定性系数在90%以上,排种性能优良.     

基于改进BP神经网络的排种器充种性能预测

充种性能直接影响排种器排种质量,应用Matlab神经网络工具箱建立了排种器充种单粒率η1和空穴率η2的改进BP神经网络预测模型。选取转速n、种子当量直径d、充种角β和型孔直径D作为试验因素进行充种性能试验,获得64组单粒率和空穴率的试验结果。选取55组结果作为训练样本,采用Levenberg-Marquardt训练方法对建立的网络进行训练,并选取剩余的9组结果对训练好的网络进行仿真预测。其中,n、d、β和D为网络的输入层,η1和η2为网络的输出层,网络结构为含有单隐层的4-15-2型3层网络。预测结果表明：预测值与试验值有较好的一致性,利用改进BP神经网络对排种器充种性能进行预测是可行的,可为排种器的优化设计及工作参数的选择提供依据,从而减少试验时间和成本。     

U型腔道式水稻精量穴播排种器设计与试验

为适应常规水稻轻简化精量穴直播种植，通过简化排种装置，设计了一种U型腔道式水稻精量穴播排种器。基于稻种的物理机械特性与穴直播农艺要求，设计了一种充种口与投种口分开但相通的腔道式排种盘，构建了稻种充种、投种过程的力学模型，确定了排种盘的主要结构参数。以常规稻品种“黄华占”为试验稻种，借助高速摄像仪和JPS-12型排种器性能检测试验台，分别进行了型孔数、型孔长度、型孔宽度、型孔倾角和投种角对排种器精量排种性能和成穴播种性能影响的试验研究。高速摄像试验表明：当排种盘的型孔数为20、型孔长度为10.6mm、型孔宽度为7.6mm、型孔倾角为0°时，排种器精量排种性能较优，此时漏播率为0.40%，合格率为94.00%，重播率为5.60%，种子破损率为0.13%。排种器性能台架试验表明：投种角对穴径平均值和穴径合格率影响极显著，对穴距变异系数影响显著，适宜的投种角为28°~33°，此时穴径平均值不高于27.14mm，穴径合格率不低于96.67%，穴距平均值在理论穴距140mm左右，穴距变异系数不大于7.80%。田间试验表明：排种器的播种合格率为90.28%，漏播率为0.83%，重播率为8.89%，穴径平均值为46.71mm，穴径合格率为71.67%，穴距平均值为137.21mm，穴距变异系数为12.64%，满足常规稻大田精量穴直播的种植要求。     

倾斜圆台型玉米精密排种器种子破损试验

针对机械式精密排种器伤种率高的问题,提出了一种基于丸粒化玉米种子的精密排种器.以排种轴转速、型孔直径、动盘锥角为因素,种子破损率为指标,运用二次回归正交旋转安排试验,建立了种子破损率与各影响因素之间的回归数学模型.通过Design-Expert 7.1软件对试验参数进行优化,确定排种轴转速13.2 r/min、型孔直径16 mm、动盘锥角26.5°为最佳参数组合,此时种子破损率为0.65％.验证试验表明该组合下试验误差较小.     

基于振动调序有序充种滚筒式排种器设计与试验

为解决机械式排种器充种过程中种箱中种群起拱和窝孔堵塞问题,提出有序供种思想,设计了一种基于振动调序有序充种滚筒式排种器。阐述了振动调序有序充种滚筒式排种器的工作原理,确定了关键零部件的结构与参数,建立了供种过程的动力学模型。以单粒率、多粒率、漏播率为排种性能评价指标,采用三因素三水平正交试验方法,研究了供种倾角、滚筒转速、窝孔开口大小对排种器排种性能的影响。试验结果表明:影响排种器性能因素的主次顺序为供种倾角、滚筒转速、窝孔开口大小;当供种倾角为38°、滚筒转速为8r/min、窝孔开口大小为13mm时,单粒率为90.24%,多粒率为4.45%,漏播率为2.09%,排种器满足棉花精量播种要求。     

负压驱动水稻精量直播排种器设计与试验研究

为满足目前农户和育种专家对水稻精量穴直播的农艺种植要求,减少育秧插秧环节的人工劳动强度,采用储种仓预充种、负压多孔吸种、高压气力排种与清堵等多种方式和技术,设计开发了一种气力圆盘式水稻穴精量直播排种器,并采用有限元分析软件Fluent15. 0分析了吸种孔的孔径、吸种盘厚度的对气室内部压强、气流速度的作用,进而研究对排种性能的影响。将开发的排种器在自行改造的试验台架上进行了正交试验,研究了吸种孔的尺寸、圆盘转速、负压真空度对排种器排种性能的影响。结果表明:影响排种器排种性能的主次因素依次为:吸种孔直径尺寸、吸种盘的转速和气室的真空度,确定了排种器较为合理的参数:对于圆柱型吸种孔,孔的直径为1.4 mm、转速为30～35 r/min、气室负压值为1. 2～1. 4 k Pa时达到育种要求。同时,对优化后的排种器(吸种盘转速35 r/min、吸种孔直径1. 4 mm和气室负压值1. 4 k Pa)进行台架试验,结果表明:播种合格率为84. 22%,重播率为8.81%,漏播率为5. 97%,满足JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》中的参数指标。     

轮勺式半夏精密排种器设计与试验

针对半夏种子形状不规则、表皮易破损造成播种中充种困难、易伤种等问题,在测定半夏种子物料特性的基础上,设计一种轮勺式半夏精密排种器,分析了半夏种子在充种区和清种区的受力情况,阐述了轮勺式精密排种器的工作原理。通过离散元单因素仿真试验,对排种器的种勺数量、取种轮转速、种层高度以及种勺型孔半径进行分析,并以取种轮转速、种层高度和种勺型孔半径为试验因素,以合格指数、重充指数、漏充指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合台架试验,建立3个指标的回归模型,并利用回归模型进行排种器的设计参数优化。试验结果表明：影响合格指数的主次顺序为取种轮转速、种层高度、种勺型孔半径;当种勺型孔半径为7.5mm,取种轮转速为17.0~19.0r/min、种层高度为123.0~133.0mm,合格指数大于95.5%、漏充指数小于1.0%、重充指数小于3.5%,满足中药材半夏种植要求。     

新型精量排种器的设计研究

在对种子进行丸粒化处理的基础上,根据种子的物料学特性,设计了动盘为圆台型的水平圆盘式精量排种器。该排种器改以往的刚性刮种为柔性清种,并在动盘运转方向为型孔设计了导种槽。试验结果表明:该排种器可以在高、低速下很好地实现精量排种,且具有种子破损少、充种效果好、重播和漏播指数较低的特点,适合不同作物丸粒化后的精量播种。     

倾斜圆台式精量排种器的设计研究

针对水平圆盘排种器对种子尺寸要求严格的问题,研制了一种能够实现丸粒化种子精量播种的排种器。该排种器的排种盘为圆台式并与水平面成一夹角,采用柔性清种,减少了种子的破损;在排种盘的两侧开有导种槽,不仅保证了丸粒化种子的顺利充种,而且便于型孔内多余种子的顺利清除。试验表明,该排种器具有充种效果好、种子破损少、重播和漏播指数低等优点。     

气送式高速玉米精量排种器导流涡轮设计与试验

为了提高气送式高速玉米精量排种器的工作性能,设计了3种结构类型的导流涡轮,通过计算流体力学(Computational fluid dynamic, CFD)方法模拟仿真与理论分析得出,导流涡轮可有效提高排种器内部空气的流动性,增大外圈型孔处空气流速流量,增大压覆作用力,且具有较大迎风角和具备曲线结构的导流涡轮C具有较好的扰动性和导流性,效果最佳。为了获得安装有导流涡轮C排种器的最佳性能参数,以工作速度、种子喂入量和气送风压为试验因素,以合格指数、漏播指数和重播指数为试验指标进行三元二次回归正交旋转组合试验,并应用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归分析和响应曲面分析,得到了各因素对指标的影响关系。采用多目标优化方法,确定最佳参数组合为：工作速度为9.8km/h、种子喂入量为1.8kg/min、气送风压为8kPa。此时,排种器合格指数最高,其性能指标为合格指数91.32%、漏播指数2.83%、重播指数5.85%。对优化结果进行对比验证试验,在相同条件下与未安装导流涡轮的排种器进行对比表明,安装导流涡轮可以有效提高排种器工作性能。     

锥向离心式排种器的设计与数值模拟及试验

为满足高速精量排种作业要求、提高机械式排种器作业效率、改善排种质量,设计了一种锥盘离心式高速精量排种器,阐述了其基本结构和工作原理,并运用数值模拟方法对排种性能进行分析研究。通过采集的不同尺寸分布的玉米籽粒,运用EDEM软件进行排种性能仿真,探究了充填过程中籽粒重播、漏播的形成姿态及产生原因。仿真结果表明:籽粒到达末端的出种口时的3种姿态出现的平均概率为平躺21%、侧卧66%、横立13%;当工作转速为45~75 r/min时,排种器对大圆粒形玉米籽粒排种性能最优,合格率大于92. 4%;对小圆粒和楔形籽粒排种性能次之;对马齿形和小球形籽粒排种性能较差,其合格率大于82%;随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势,满足精密播种要求。其籽粒运动规律与结论可为离心锥盘式排种器的改进及优化提供理论基础和实践依据。     

高速播种机玉米姿控驱导式排种器设计与试验

针对机械式玉米排种器在播种机高速作业条件下排种精度下降且性能不稳定的问题,提出利用调姿齿与单元型孔对玉米种子充种姿态进行调控的技术思路,设计了一种姿控驱导式精量排种器,采用双侧种盘对置、单列排种结构布局,降低工作转速同时提高排种均匀性。完成了关键零部件的结构参数设计,分析了种子姿态调整原理,通过单因素试验与正交旋转组合试验获取排种器的最优参数组合,并开展排种性能对比试验。结果表明：调姿齿齿型为线型时,排种合格率提升效果最优,较无调姿齿可提升29.1个百分点;排种器的最优参数组合为：工作转速16.7r/min,型孔外壁面倾角46.9°与型孔圆角半径4.5mm,该条件下合格率、漏播率和重播率分别为91.6%、2.8%与5.6%;在作业速度8~14km/h范围内,排种器的合格率均高于90%,漏播率均低于3%,重播率均低于8%,破损率均低于0.5%,粒距均匀性变异系数均低于19%,且排种效果优于无姿态调控排种器与勺轮式排种器,满足玉米精量播种的技术要求。     

气吸圆盘式微型薯排种器充种性能模拟与试验

为提高气吸圆盘式微型薯排种器充种性能,以云南丽薯6号微型薯为播种对象,基于离散元法,以种子平均法向应力方差为指标,对振动频率和振动幅度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验结果与仿真效果一致。结果表明:增加振动频率和振动幅度可以增大种子平均法向力方差,增强对种子的扰动性,从而提高充种性能。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素五水平二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行排种性能试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在作业速度为2.4 km/h,吸种负压为6 kPa,种层高度为70 mm,振动频率为6.5~6.9 Hz,振动幅度为20~21 mm时,合格指数大于95,重播指数和漏播指数小于2.5。     

变粒径双圆盘气吸式精量排种器优化设计与试验

针对现有气吸式圆盘型精量播种机播种不同尺寸种子需要更换排种圆盘的缺陷,为节约成本、提高排种器通用性,基于现有圆盘型排种器,设计了一种变粒径双圆盘气吸式精量排种器,无需更换圆盘便可实现不同粒径种子的精量播种。阐述了排种器基本结构与工作原理,并对其工作过程及关键部件进行了理论分析,确定了型孔排布、型孔形状、型孔锥角等关键结构参数,运用Fluent仿真分析了5种组合型孔对气室流场的影响,通过仿真分析获得了最佳组合型孔参数,并在JSP-12排种试验台上进行了排种均匀性试验及正交试验,得到排种性能较好时的负压、排种盘转速等参数的合理范围。结果表明:当排种器圆盘型孔为60°锥角的倒角型型孔,转速为34. 5 r/min、负压为4. 1 k Pa时,其合格率为90. 46%、漏播率为2. 59%、重播率为6. 94%,排种性能较优,满足播种要求。通过田间试验跟踪观察种子后续生长情况,试验得出排种器的平均合格率90. 16%、漏播率2. 77%、播种各行排量一致性变异系数5. 34%、总排量稳定性变异系数4. 86%,与传统排种器相比作业质量显著提升。     

扰动促充机械式绿豆精量排种器设计与试验

我国绿豆种植机械化水平较低，多采用撒播或条播，良种浪费严重，针对该问题并结合种植地块小且分散，每穴2～3粒的农艺播种要求，设计了一种采用凹型携种孔兜种、导种槽促进充种、毛刷清种护种的扰动促充机械式绿豆精量排种器。分析了扰动促充力学关系，确定了导种槽、携种孔和清种毛刷参数的设计方法。采用离散元软件EDEM仿真优化方法，以携种孔的结构尺寸参数为试验因素进行了三因素三水平的正交仿真试验，确定了较优的携种孔参数组合为：携种孔长度10.5mm、宽度6.5mm、深度5mm，对较优参数组合进行了验证试验，试验结果表明排种器的最优充种指数为96.05%，合格充种指数为1.64%，漏充指数为1.57%，与仿真优化结果一致。为考察排种器对速度的适应性，进行了速度单因素试验，试验结果表明作业速度小于等于8km/h时，合格指数大于90%，漏播指数小于5%，重播指数小于2%。为验证排种器对不同品种绿豆的适应性，进行了品种适应性试验，试验结果表明所选绿豆品种的合格指数大于95%，漏播指数小于5%，重播指数小于3%，均满足设计要求。     

四杆平移式大豆小区育种排种器设计与试验

针对大豆小区育种清换种作业操作繁琐的问题,本文设计了四杆平移式大豆小区育种排种器。采用平行连杆机构配合可旋转的排种盘完成清换种作业,根据大豆小区育种作业要求对整机关键部件进行了设计,通过理论分析确定了大豆充种下限角度与排种盘转速的关系,以及排种器的排种盘直径、型孔尺寸、型孔数量、毛刷角度等结构参数数值。采用离散元软件进行仿真,模拟了排种器的排种过程,首先分析并验证了排种盘转速与下限角度的关系,进而在此试验基础上分析了种箱厚度对残余种子数的影响,试验结果表明：下限角度随排种盘转速增大逐渐减小,残留种子数随种箱厚度增加先减小后增大,并确定了下限角度119°、种箱厚度11 mm为排种器的优化结构参数。在最优参数下的田间试验表明：在理论粒距下排种器顺利清换种,作业结束后种箱内无种子残留,同时在作业速度3.6 km/h时粒距平均合格指数87.61%、重播指数6.63%、漏播指数5.75%,均达到优等品标准。