磁吸板式排种器充种性能离散元仿真

论述了一种磁吸板式精密排种器结构及工作原理。以单列排种元件为研究对象,采用颗粒离散元法建立排种器仿真模型,分析了种箱移动速度、永磁体磁吸端面磁场强度和充种位置角对排种器充种性能的影响,得到各因素的最佳组合。仿真结果表明,影响排种器充种性能的主要因素是磁体端面磁场强度,其次是种箱移动速度。仿真及样机性能试验均表明,在永磁体端面磁场强度为150 mT、种箱移动速度为0.08 m/s、充种位置角为110°条件下,排种器均具有较好的充种性能,其单播率仿真值为89.57%,实际试验值达87.93%,仿真与试验结果基本一致,证明离散元法仿真分析磁吸板式排种器的可行性,同时也表明磁吸板式精密排种器可用于小颗粒蔬菜种子的精密播种。     

磁吸滚筒式精密排种器设计与试

针对蔬菜、花卉类小颗粒种子精密播种问题,利用磁吸式排种原理,设计了一种磁吸滚筒式精密排种器.通过分析比较单排磁吸头不同极性排列方式下的磁路及磁感应强度,确定了滚筒内磁吸头沿周向4排阵列,各排磁吸头按N、S极间隔排列的设计方案.对研制的排种器,以磁粉包衣油菜籽为试验对象,滚筒转速及磁吸头工作电流为试验因素,进行了正交试验,通过方差分析确定了影响排种性能的主次因素及优化组合.试验结果表明,磁吸头工作电流是影响排种性能的主要因素,在磁吸头工作电流230 mA、滚筒转速15 r/min条件下,排种器单粒精播指数可达93.6%,重播指数为2.2%,排种速率达3 600排/h,能够满足精密播种的精度和效率要求.     

磁吸式精密排种原理分析与试验

针对蔬菜、花卉种子体积小、质量小及形状不规则的特点 ,提出了一种新的排种方式——磁吸式精密排种。应用有关磁选理论 ,建立了磁吸式精密排种的力学模型 ,得出了单粒磁粉包衣种子在气隙磁场中所受磁力的计算公式 ,分析了实现精密排种的基本条件。通过对白菜、番茄种子的排种试验 ,其单粒精播率达 90 % ,漏播率低于5 % ,说明这一排种方式具有较高的播种精度和对不同类型种子良好的适应性。     

气吸机械复合式大豆精密排种器设计与试验

针对现有气吸式高速精密排种器遇负压骤降时易发生大量漏播的技术难题,设计了一种在排种盘上同时设有吸孔、导种槽和取种槽3种种子拾取机构的气吸机械复合式大豆精密排种器,其中导种槽引导种子向取种槽运动,取种槽拾取种子,同时吸孔产生吸力促进种子的拾取,通过3种拾取机构共同改变种群运移行为,保证气流负压骤降情况下的排种性能;通过离散元仿真设计和理论建模分析等方法,研究关键设计参数对种群运移规律的影响,并对关键部件几何结构参数进行优化设计;通过回归分析和多因素试验得出作业速度、取种槽和导种槽几何结构尺寸、负压均对排种器播种效果有显著影响,并得出排种器最优结构参数为:导种槽倾角45°、导种槽深度2 mm、取种槽上边宽度9.5 mm、取种槽下边宽度7.3 mm、取种槽深度5.7 mm、取种槽前后槽面宽度9.5 mm,在该几何结构条件下,当作业速度不大于8.6 km/h、负压不小于1.6 k Pa时,播种粒距合格率不小于95%;通过排种器的田间验证试验,最优结构参数条件下该排种器播种粒距合格率为93.67%、重播率为3.32%、漏播率为3.01%;通过台架对比试验得出当负压降至1.1 k Pa时,该排种器相较于勃农气吸式排种器和MASCHIO气吸式排种器,粒距合格率分别提高6.48、1.92个百分点,当负压降至0.6 k Pa时,粒距合格率分别提高9.12、4.25个百分点。     

驱导组合槽辅助附种气吸式花生高速精量排种器研究

针对现有气吸式排种器在进行花生高速播种作业时重播、漏播现象严重等问题,设计了一款驱导组合槽辅助附种气吸式高速精量排种器,在设计排种盘时将搅种凹槽、取种槽口、吸种型孔组合设计构成组合槽,实现扰种、驱种、辅助附种作用,保证高速作业时的排种性能。通过理论建模分析验证了排种盘结构设计的合理性并初步完成了关键参数的确定,借助离散元仿真软件对种群运移情况受关键参数的影响规律进行了分析,并进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,对结构参数进一步优化;得出搅种凹槽、取种槽口尺寸及作业速度均会对排种性能造成显著影响,并得出最优排种器参数组合：搅种凹槽深度3 mm、基圆半径70 mm;取种槽口左右端面上沿距离24.0 mm、下沿距离19.1 mm、深度10.5 mm、排种盘外周到取种槽口后端面距离24.0 mm。在该参数组合下,当风压为-6 kPa、作业速度为6～12 km/h时,粒距合格指数不小于93.33%,重播指数不大于3.52%,漏播指数不大于4.02%,破损指数不大于0.32%,具有良好的作业性能。     

气吸式排种器排种性能影响因素的分析与试验研究

为了研究气吸式排种器主要部件结构参数和工作参数变化对播种机排种性能的影响,分析了排种盘吸种孔型式、吸种孔直径、气吸式真空度和排种盘转速等参数对排种器排种性能的影响,并进行了结构优化设计和试验分析。研究结果表明:排种盘吸种孔型式、吸种孔直径、气吸式真空度和排种盘转速都对排种效果产生影响,排种盘转速和气吸室真空度对排种效果的影响最显著;对吸种孔直径进行单因素试验显示吸种孔直径在5.5mm时,排种器的排种效果最佳。室内试验台试验得出,排种盘转速和气吸室真空度对排种质量都有影响:在排种盘转速一定时,气吸室真空度越大,对种子的吸附力越大,一次性吸附多粒种子的可能性就增加,就会产生重播现象;当气吸室真空度一定时,排种盘转速越大,排种盘吸附种子的时间就越少,种子越不容易被吸附,就会产生漏播现象。通过方差分析得出:当排种盘转速为35r/min、气吸室真空度为4k Pa时,排种器的排种效果最佳。     

气吸振动式排种器吸种性能数值模拟与试验

建立了气吸振动式排种器吸种过程三维力学模型,基于Reynolds时均化的连续方程、Navier-Stokes方程和标准的k-ε湍流模型构成封闭方程组,并考虑真实气体的粘性和压缩性,运用CFD软件Fluent计算了籽粒在吸种口附近的受力,建立了力矩阵.采用二元线性插值法,通过计算吸孔的垂直吸种距离、径向吸种距离和有效吸种空间体积分析了排种器的吸种性能,绘制了籽粒吸种运动轨迹.分析了压差、吸孔直径对排种器吸种能力的影响.结果表明:增大吸孔直径和增加压差可以提高吸种性能,锥孔的吸种能力优于直孔和沉孔.以油菜籽粒为对象,通过性能试验得出了排种器的最佳工作参数.     

基于Fluent/EDEM的水稻精量排种盘参数化设计与仿真分析

为解决气吸式水稻精量播种机排种器在作业中存在排种稳定性差等问题,利用有限元与离散元仿真方法设计并优化气吸式精量育种用排种盘。利用离散元仿真方法探究排种盘的扰种性能,利用排种器内水稻种子的运动速度来判定排种器内扰种部件最优的结构参数。通过有限元分析,以气吸式排种器中吸气口处的压强大小以判定排种盘最佳结构参数,进行排种盘流场的仿真优化设计与验证。通过仿真分析,获得最优状态下排种盘的最优结构参数:排种盘总厚度为3 mm、扰种台的高度为2 mm,其内部表面形状为圆弧状结构,并利用Ansys Fluent进行流场分析与验证。     

气力辅助充种式花生精量排种器设计与试验

针对花生播种向精准、高速方向发展过程中高速作业状态下花生种子充种效果差的问题,设计了一种气力辅助充种式花生精量排种器,重点设计了排种器排种盘结构和气力辅助充种结构。针对颗粒尺寸大、质量大的花生种子,通过对花生种子在排种器中堆积现象与充种时间进行分析,得出花生高速排种充种过程需增强充种性能,从而提高充种效率。通过对花生种子进行充种原理分析,阐明花生种子充种过程中种子与排种器的运动关系与受力关系,分析充种过程影响因素。通过设计带有导种槽的排种盘和带有辅助吹种型孔的辅助充种结构,分析计算排种盘吸种孔、导种槽的关键结构参数以及辅助吹种型孔参数与排列方式。以充种合格率和充种漏充率为指标,进行三因素三水平组合试验,对试验结果进行多元回归分析,以最优目标进行优化,确定排种盘最佳参数组合为排种器吸种负压5.156 kPa、花生高速播种机前进速度8.007 km/h、扰动吹种正压1.149 kPa,此时,花生充种合格率为95.84%、漏充率为4.06%,能够实现花生种子有效充种。     

针吸滚筒式水稻排种器设

基于针吸滚筒式排种器设计,对吸种理论进行了分析.针对杂交稻辽盐188芽种进行了播种试验.试验表明,针吸式排种器设计满足播种杂交稻芽种的超低播量和低伤种率要求.通过对试验结果的分析表明,影响排种器播种性能的因素主次顺序依次为真空度、吸针端面角和滚筒转速,且在滚筒转速为5 r/min、吸针端面角度为30°、滚筒内真空度为4.8 kPa时,播种效果最好.     

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。     

锥面导流水平盘式小麦精量排种器设计与试验

为实现小麦低播量精密播种,提高小麦精密排种器播种精度,提出了一种锥面导流水平盘式小麦排种器,对关键参数进行了设计和理论分析,通过EDEM离散元软件完成了导条型式、型孔个数、锥盘转速、锥盘锥角对充种性能影响的单因素试验。在此基础上以锥盘转速、种层厚度和型孔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,确定了对单粒率影响由大到小依次为锥盘转速、型孔长度和种层厚度;对合格率影响由大到小依次为锥盘转速、种层厚度和型孔长度,转速和种层厚度、种层厚度和型孔长度间存在交互作用。基于回归模型进行多目标参数优化并对最优组合参数进行排种性能的台架试验验证,结果表明,在转速19r/min、型孔长度8mm、种层厚度为8mm时排种合格率为90.13%、漏充率为9.87%、单粒率为49.50%,与仿真优化结果相吻合,验证了仿真优化结果的可靠性。与原锥盘排种器的性能对比试验表明,设计的锥面导流水平盘式排种器在速度为3、4、5km/h时,合格率分别提高了3.4、2.1、1.9个百分点,3km/h时破碎率降低了0.2个百分点,无论排种性能还是破碎率指标均优于原锥盘排种器。     

摆动夹取式玉米精量排种器设计与试验

针对玉米种子三轴尺寸差异大，在取种过程中易造成漏取和重取的问题，设计了一种摆动夹取式玉米精量排种器，阐述其结构组成及工作原理，并对关键部件进行设计；通过建立的模型进行力学和运动学分析，得到了影响排种器取种性能的关键因素；通过EDEM软件建立仿真模型，分析种群高度及排种器转速对种群流转速度的影响规律，得到了排种器取种性能曲线；以取种块开合角、进种筒安装高度、排种器转速为试验因素，取种单粒率、漏取率、重取率为评价指标进行二次正交旋转组合仿真试验，结果表明最优参数组合为取种块开合角43.87°、进种筒安装高度37.84 mm、排种器转速0.41 r/s,在最优参数组合下进行排种性能台架验证试验，得到排种器排种合格指数为94.11%、漏播指数为2.52%、重播指数为3.37%,满足行业标准及农艺要求，研究结果为机械式玉米精量排种器关键部件的设计优化提供了理论参考。     

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。     

气吹供种的滚筒式排种器的设计研究

针对单穴单粒精量播种的农艺要求,设计了一种基于气流悬浮理论供种的滚筒式排种器。同时,利用三维软件建模,设计出排种器的总体结构,介绍了其工作原理及主要工作部件的结构参数,并搭建了排种器台架式试验台。试验验证表明:该排种器可以满足精量播种的设计要求,平均单粒指数为93.04%,平均多粒率为5.0 1%,平均漏播为1.5 9%。该研究为精量排种器的进一步设计研究和参数优化提供了新思路和理论依据。     

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。     

正负气压组合滚轮式油菜精密排种器设计与试验

针对油菜种子粒径小、质量轻,单粒排种难度较大的问题,设计了一种正负气压组合滚轮式精密排种器。阐明了排种器工作原理,开展排种器吸种、携种和卸种环节受力分析和排种滚轮对种群拖带过程解析;提出了通过控制充种区种层高度和种群压力的防拖带堆积机理,设计了一种侧向充种、拖带种子自由回落的充种室结构,利用离散元仿真研究了充种种层高度和充种室结构对排种器充种区内充种性能的影响及对种群拖带堆积的解决情况;仿真结果表明,排种器内种子随着充种种层高度的增大,种群平均动能均值逐渐增大,对种群平均扰动能力逐渐增强;在充种种层高度50mm条件下,设计的防拖带堆积充种室降低了充种区域底部种群所受的压力,未出现种群拖带堆积现象,且保持了对充种区域种群的扰动作用。在JPS-12型排种器检测试验台上进行了排种器性能试验,结果表明,当排种转速为15~30r/min、吸种负压为1.0~1.2kPa时,排种器合格指数均保持在90%以上;设计装配正负气压组合滚轮式精密排种器的播种机开展播种试验,田间实测出苗后株距稳定性变异系数为4.4%,各行苗数一致性变异系数为8.14%;研究结果表明设计的排种器满足精密播种要求。