基于EDEM的振动种盘中水稻种群运动规律研究

基于离散元法的基本方法,采用Hertz - Mindlin接触模型,运用EDEM软件对气吸式精密播种机振动种盘中水稻种群运动进行模拟仿真.分析了不同频率、振幅、种层厚度对种群空间分布密度的影响.对仿真区域垂直于种盘方向进行均匀分层,得到不同时间种群在每一层的分布情况.仿真结果表明:种盘振动频率11～12 Hz、振幅12～13 mm、初始种层数3～5时,种群在振动种盘中的空间离散程度较为理想.在播种机试验台上进行试验验证,选取种盘振动频率、振幅、初始种层数、吸种距离为试验因素进行正交试验,得出振动频率为11 Hz、振幅为12 mm、初始种层数约为4、吸种距离为30 mm时吸种效果理想.     

超级稻精密播种器种层振动测试与分析

超级稻育秧精密播种器中的精密播种部件采用气吸滚筒和振动种盘的组合方式来控制精确吸种,种盘供种区域内种子的"沸腾"状态和蠕动状态均与振动参数密切相关.本文结合供种区域不同的种层厚度以及气动振动器的不同安装位置测试了滚筒的吸种效果,并探讨了超级稻育秧精密播种器中种盘振动特性对滚筒吸种效果的影响.试验结果表明, 激振源安装在种盘后方对播种精度最为有利,种层厚度为0.7 cm、振动频率为98 Hz时吸种效果最佳,其合格率达93.118%.     

针吸式蔬菜穴盘育苗精量排种装置的设计与试验

根据穴盘育苗农艺要求并结合茄科类蔬菜种子物理特性,设计了一种针吸式蔬菜穴盘育苗精量排种装置。对排种装置的结构及工作原理进行了描述,分析确定了吸针和种盘的结构参数。对吸孔直径、真空负压值及振动频率3个因素进行了试验研究,分析得出最优参数组合。开展了排种装置性能试验,结果表明:排种装置的播种合格率(单粒率)可达到96.31%,漏播率和重播率分别为1.20%和2.49%,能够较好地满足播种需要。     

吸盘式精密排种装置吸种过程气流场中种子受力研究

运用计算流体动力学软件Fluent研究了吸种区域气流场中的种子颗粒受力。选取相对压力、吸孔孔径、种子与吸孔的距离、种子姿态4个因素进行正交仿真试验,分析排种装置工作参数对气流场中颗粒受力的影响。建立了种子颗粒在气流场中受力数学模型,得出影响种子颗粒受力的因素主次顺序为:种子与吸孔的距离、种子姿态、相对压力、吸孔孔径。吸孔吸附距离范围为0.34~1.90 mm。在精密排种装置试验台上进行试验,试验结果与理论分析基本吻合,表明了所建模型的正确性。     

气吹供种的滚筒式排种器性能的试验研究

针对如番茄、油菜、花卉等小颗粒作物种子外形不规整、流动性差、难于实现精量播种的难题,提出基于气流悬浮理论供种的设计方案,研制了一种气吹供种滚筒式排种器。针对研制的排种器,以番茄种子为试验对象,以种箱气室正压力及滚筒吸孔孔径、滚筒转速为试验因素,进行正交试验,并利用数据处理软件对试验结果进行极方差分析,确定影响排种性能指标的因素优水平、主次顺序及优化组合,合理配置适于取种性能指标的结构参数、工作参数。试验结果表明:气室正压力及滚筒吸孔孔径为影响排种性能指标的主要因素,在滚筒吸孔孔径1.4mm、气室正压力2k Pa、滚筒转速12r/min条件下,排种器的单粒指数可高达92.3%,漏播指数为2.5%,满足穴盘播种的精度与工作效率要求。     

窝眼气吸式超级稻播种装置的研制

窝眼气吸式超级稻播种装置主要由播种部件、机架、控制气阀和气泵等组成,具有结构简单、造价低、易于使用和维护的特点,适用于农业种植专业户或中小规模水稻育秧工厂超级稻穴盘育秧精密播种.为此,对窝眼气吸式超级稻播种装置进行研制.在播种部件的吸种板上设有与每个穴盘孔穴相对应的两个窝眼吸种孔,通过正交试验优选与特定种子相匹配的窝眼孔结构尺寸参数,能够满足不同品种超级稻育秧精密播种要求.该播种装置播种空穴率低于2%,每穴播种1～2粒合格率大于90%,纯工作小时生产率达130～140盘.     

蔬菜育苗播种机清种装置设计与试验

为了解决蔬菜穴盘育苗精密播种机播种非球形种子重播率较高的问题,设计了一种清种装置,并通过对清种装置内流场仿真模拟优化了清种装置结构参数。对吸种阶段种子受力及运动状态进行分析,得到非球形种子在重播时,吸嘴通常会吸附两粒种子,其中一粒种子受主要吸力,另一粒种子受次要吸力。以茄子种子为播种对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对播种机进行播种性能试验研究。通过方差分析,得到各因素对重播率的影响由大到小为：吸种气压、清种气压、振动频率,对空穴率的影响由大到小为：清种气压、吸种气压、振动频率,对合格率的影响由大到小为：吸种气压、清种气压、振动频率。建立了吸种气压、清种气压、振动频率3个主要因素与重播率、空穴率和合格率的数学模型。分析了吸种气压、清种气压、振动频率对重播率、空穴率、合格率的影响规律,并进行了参数优化与验证试验。得到了最优参数组合,即吸种气压为15.7kPa,清种气压为3.3kPa,振动频率为50Hz时,重播率为1.26%,空穴率为1.75%,合格率为96.99%。在相同试验条件下进行试验验证,得到重播率为1.4%,空穴率为1.7%,合格率为96.9%。     

气吸滚筒式蔬菜育苗播种流水线设计

为提高工厂化蔬菜育苗播种的效率,设计一种集铺土、覆土、清扫土、压穴和播种多功能于一体的蔬菜育苗播种流水线。首先进行蔬菜育苗播种流水线整机结构设计,然后进行铺覆土装置、清扫土装置、压穴装置、播种装置与穴盘传输装置等关键部件的设计,最后进行样机性能试验。针对试制样机,以油菜种子作为试验对象,选择真空度、播种滚筒吸嘴孔径和吸嘴孔型三因素做正交试验,并对试验结果进行极差和方差分析得到最优因素组合。在真空度为7 kPa,吸嘴孔型为直孔,吸嘴孔径为1.0 mm的因素组合下进行验证试验,所设计的蔬菜育苗播种流水线在不同播种效率下的播种合格率稳定在93%以上,重播率低于3%,空穴率低于5%,结果表明样机播种性能满足设计参数中的穴盘育苗精量播种的精度和效率要求。     

一种旋转输送气吸振动式精密播种装置结构设计

针对现有气吸振动式精密播种装置的结构复杂、合格率低、伤种严重等问题,结合气吸振动原理及连续输送传动方法研究一种旋转输送气吸振动式精密播种装置,设计种盒装置、称重装置、种盘装置、吸种装置、落种装置等关键部件,通过种盒装置中的电磁开关和网孔板实现种子定量排出和杂质分离,称重装置内设有称重传感器,通过控制单元与种盒装置配合,实现精量均匀加种,种盘装置可做二自由度振动,使得种盘内种群实现"沸腾"运动,便于吸种装置对种子的精密吸附,落种装置可实现精准排种。本播种装置可用于超级稻种子的精密播种,测算工作效率可达到309盘/h以上。     

可调平振动气吸嵌入式精密播种装置设计与分析

针对目前精密播种装置播种过程复杂、工作效率低、容易造成空穴等问题,设计一种可调平振动气吸嵌入式精密播种装置,由加种器、卸种装置、抖种机构、种盘调节机构、吸种装置、控制器等组成,种盘调节机构可用于种盘的角度调节,使播种装置适应不同工况,抖种机构可使种子群产生"沸腾"运动,采用吸种盘向种盘递进吸嘴嵌入的方式,实现种子的精密吸附,简化吸种过程,提高吸种率,通过加种器的限流海绵体、截流体以及卸种装置实现精量均匀加种,满足播种装置长时间连续播种作业的需求,可用于谷物类的自动穴盘育苗播种,对种子损伤率小,提高播种合格率,工作效率可达到360盘/h以上。     

气吸双层滚筒式精量排种器设计与试验

为降低播种动力消耗,提高播种质量,适应杂交水稻精量育秧播种农艺要求,设计一种气吸双层滚筒式排种器。阐述该排种器的工作原理、关键部件结构及参数设计,通过对排种过程的种子进行受力分析,确定播种质量与滚筒转速以及吸孔负压的关系。选取合格率和重播率为试验指标,振动频率、滚筒转速以及滚筒负压参数作为试验因素进行中心复合试验。试验结果表明:当振动频率为51.8 Hz、滚筒转速为8 r/min及滚筒负压参数3.4 kW时,平均合格率为93.21%,平均重播率为3.97%,该排种器能够满足播种要求。     

气吸垂直圆盘式水稻精量排种器设计与试验

为满足水稻大田精量直播机械化需求,设计了一种气吸式垂直圆盘排种器。阐述了该排种器的工作原理,根据农艺要求和实际试验确定了其吸种孔的布置方式,通过理论计算确定了其主要结构及工作参数。开展了吸孔直径、排种盘转速和吸种负压对排种性能影响的试验研究,结果表明:影响排种性能的主次因素依次为气室真空度、排种盘转速、气室真空度与排种盘转速的交互项;最优工作参数组合为吸种孔直径1.4 mm、转速40 r/min、气室真空度1.8 kPa,在此条件下排种合格指数为82.91、重播指数为11.56、漏播指数为5.53,满足水稻的精密播种要求。      

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。     

超级杂交稻压电振动式匀种装置设计与试验

针对目前振动式水稻育秧盘低播量精量排种器存在匀种均匀性差、难以提供单列稳定种子流的问题,设计了一种压电振动式匀种装置。通过对压电振子振动原理、振动板动力学和水稻种子转向等分析,确定了各部件的结构参数。进行振动板结构参数优化设计,以储种盒深度、转向槽角度以及振动方向角为试验因素,结合Box-Behnken试验方案进行优化,试验结果表明转向槽角度、储种盒深度、振动方向角和转向槽角度交互作用对试验结果影响显著,当储种盒深度为8mm、转向槽角度为49°、振动方向角为29°时,种子均匀性变异系数为17.91%。通过台架试验测定振动板加速度,确定输入电压与振幅之间的关系。最优结构参数下振动板匀种试验结果表明,匀种均匀性变异系数、播种合格率和漏播率分别为18.20%、94.65%和0.67%。不同匀种速度下播种性能试验结果表明,当工作电压为130~180V时,其播种合格率均不小于94.17%,漏播率均不大于0.83%。不同水稻品种适应性试验结果表明,在工作电压130、150、170V下,其播种合格率均不小于94.17%,漏播率均不大于1.0%,满足超级杂交水稻精量化育秧播种要求。     

水稻育苗播种装置气力吸种部件的研究

气力吸种部件是气吸振动式水稻育苗精量播种机的主要工作部件,其结构参数和工作参数是影响播种装置吸种效果的主要因素。本文对种子在吸种孔前的运动进行了理论分析,结合试验确定了影响吸种效果的气力吸种部件的结构参数和工作参数,试验表明该装置具有较好的吸种效果。     

分体组合振动式超级稻精量播种匀种装置设计与试验

针对超级稻育秧播种环节振动式排种器匀种性能差,难以实现精量播种的问题,设计一种分体组合振动式精量播种匀种装置,并提出了一种基于图像识别的振动匀种控制方法。对振动板关键结构参数：储种盒深度和转向槽角度进行匀种性能单因素离散元仿真分析,结果表明：输送阶段不同时间和空间匀种均匀性变异系数和振动板出口处供种均匀性变异系数随储种盒深度增大而增大,随转向槽角度增大先减小后增大,并确定储种盒深度和转向槽角度分别为12 mm和48°。设计并搭建了种子流图像检测与控制系统,压电振动单体和匀种单元图像检测和整流验证试验表明,当检测到图像中白色低像素占比低于20%,经整流后,白色像素占比可满足设计要求。对分体组合振动式播种匀种装置进行不同匀种电压和具有不同长宽比的3种超级稻品种进行播种性能试验。试验结果表明,当工作电压为150～200 V时,其播种合格率不小于93.47%,漏播率不大于1.00%;3种水稻种子播种合格率均不小于94.17%,漏播率不大于0.67%。该装置能够满足超级稻精量播种要求,且对不同超级稻种子具有较好的适应性。     

双轨道弹射式水稻精量直播排种器设计与试验

针对现有排种器存在投种不顺及大播量成穴性较差等问题,本文设计了一种双轨道弹射式水稻精量直播排种器。基于理论分析设计了关键部件,利用DEM-MBD耦合仿真技术得到了弹簧力参数及因素取值范围,明确了转速超过35 r/min后排种器的性能显著下降。以合格率、漏播率及重播率为性能评价指标开展台架正交试验,研究转速、调节深度及稻种球度对排种器工作性能的影响,建立排种性能评价指标的回归预测模型。试验结果表明：排种轮转速为23.06 r/min、型孔深度为8.99 mm、稻种球度为52.7%时,排种器合格率为88.58%、漏播率为4.43%、重播率为6.99%,排种器工作性能最佳。为验证排种器工作性能及优化后参数的准确性,开展了田间试验,试验结果与优化后结果保持一致,回归方程预测结果误差小于2%,验证了试验可行性及参数准确性,在最优参数下排种器穴径合格率为100%、平均穴径为3.62 cm、穴径变异系数为18.45%、平均穴距为22.98 cm、穴距变异系数为8.43%、平均穴粒数为11.08、穴粒数变异系数为17.56%。所设计的排种器具有较好的播种性能、较高的穴径合格率及较低的变异系数,表明该排...     

气吹悬浮供种滚筒式播种机吸附取种理论分析

根据新疆番茄穴盘育苗排种器播种过程对种子的"单粒单穴"的农业工艺要求,创新设计了一种基于气吹悬浮供种方式的滚筒式番茄育苗播种机,解决了精密播种过程中多粒、空穴、漏播等问题。通过介绍播种机的主要结构及其播种原理,分析排种器吸附取种过程及种子瞬时吸附受力,得出滚筒吸附取种的条件。通过样机试验及吸附取种理论分析,得出影响播种机取种性能主要指标的主次关系依次为种箱结构气室正压力、吸孔的直径、滚筒转速。当种箱结构气室正压力为2.0k Pa、吸孔直径为1.5mm、滚筒转速为12r/min时,取种综合效果效果较理想。同时,通过试验设计及数据处理,得出较优水平组合,统计结果为:单粒率92.5%,多粒率5.3%,空穴率3.0%。气吹悬浮供种滚筒式育苗排种器的播种效果较佳,可满足农艺要求。