基于EDEM的高速穴播器排种性能仿真分析与试验

为探究穴播器转速和种子初速度对穴播器排种性能的影响,对分置式排种系统及穴播器工作原理进行阐述。利用EDEM建立棉种及穴播器的仿真模型,模拟棉种具有不同的初速度及穴播器在不同转速下排种情况,根据运动轨迹曲线、受力变化曲线、速度变化曲线综合分析产生漏播、重播现象的原因。使用Design-Expert进行两因素五水平二次旋转正交组合试验设计,建立评价指标的回归方程,并通过响应曲面分析排种性能。合格率随穴播器转速的增大而先增加后降低,随种子初速度的增大而降低。优化后的仿真参数组合为穴播器转速39 r/min和种子初速度2.4 m/s,最佳优化结果为漏播率3.2%,合格率95.1%,重播率1.7%。台架验证性试验结果表明仿真试验可信,穴播器排种性能满足高速精量播种要求,为新疆地区棉花机械化高速精量穴播技术及发展提供参考。     

气力窝眼轮组合式谷子穴播排种器性能试验

为改善谷子穴播排种器播种效果,使用JPS-12型排种器性能检测试验台,以真空度、吸孔直径、窝眼轮转速为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为试验指标对气力窝眼轮组合式谷子穴播排种器的排种性能进行单因素和多因素试验研究。通过单因素试验明确了排种质量随试验因素的变化趋势,通过正交试验获得了气力窝眼轮组合式谷子穴播排种器的较优参数组合,即真空度为2.0kPa、吸孔直径为1.0mm,窝眼轮转速为20r/min。对较优参数组合进行试验验证,结果表明:合格率93.9%,重播率3.1%,漏播率3.0%,能够满足谷子穴播的要求。     

鸭嘴式谷子穴播排种器设计与试验

针对现有谷子排种器条播时重播严重的问题,结合农艺要求,设计了一种鸭嘴式谷子穴播排种器,并分析了排种器的工作过程,确定了排种器与鸭嘴式扎穴器的组合以及排种器转速、取种管直径、取种管角度。采用响应面优化试验,分析了排种器转速、取种管直径、取种管角度对穴粒数合格率、漏播率及重播率的影响,结果表明：在取种管角度为55°、取种管直径为8.5 mm、排种器转速为60r/min时,穴粒数合格率为96.70%,漏播率为1.74%,重播率为1.56%,排种性能较优。     

玉米窝眼轮排种器性能影响因素试验研究—基于EDEM

为研究玉米籽粒形状及工作转速对排种性能的影响,设计了窝眼轮排种器的型孔参数,建立了窝眼轮排种器的离散元仿真模型。运用EDEM离散元仿真软件,基于组合球法建立了玉米籽粒的离散元模型,并应用离散单元法理论对排种器进行排种性能仿真实验,分析了排种过程中由于不同籽粒形状所造成的漏播、重播等问题的原因。仿真及台架试验结果表明:当工作转速为10~35 r/min时,锥形玉米颗粒排种合格指数为88.1%~9 6.3%,优于球形玉米颗粒的8 7.1%~9 3.5%和矩形玉米颗粒的8 5.5%~9 1.8%;同时,随工作转速的增加,排种合格指数下降,漏播指数提高,重播指数下降。田间试验表明:优化型孔的窝眼轮排种器对各形状籽粒的排种性能均满足精密排种的要求。最后,仿真结果与台架实验结果进行对比分析,证明采用EDEM软件对窝眼轮式排种器进行仿真分析的正确性。     

窝眼式谷子穴播排种器充种性能研究

谷子传统播种方式为条播,种植早期需间苗、保苗,增加了种植难度。窝眼式排种器是小粒籽粒穴播常用排种器,轮上窝眼的形状可根据种子三轴尺寸及囊种个数确定。为此,通过充种时产生的内力大小及包种能力确定了窝眼形状,归纳了2种窝眼常见囊种方式并确定了窝眼尺寸参数。以课题组绘制的谷子排种器三维模型为基础,利用EDEM离散元软件模拟了不同窝眼个数及不同窝眼轮转速条件下充种合格率大小,并绘制指标随因素水平变化曲线。试验结果表明:碗状窝眼充种时产生的内力小于锥状窝眼,"上4粒下1粒"排种方式充种粒数及排种稳定性好于"上3粒下2粒",故确定窝眼下径为1.58mm、上径为3.7mm、深度为3mm。以窝眼个数和窝眼轮转速为试验因素进行单因素仿真试验可知:4、5粒充值粒数所占比例较大,均在41%以上;型孔个数少、窝眼轮转速低时,重播率较高;型孔个数多、窝眼轮转速快时,漏播率较高;当型孔个数为20个、转速为15r/min时,充种合格率最高,充种性能最稳定。在以上条件下进行验证试验,试验误差小于0.8%,仿真试验可靠。本研究可为谷子穴播排种器充种性能或其它部件性能的分析研究提供思路。     

油莎豆窝眼轮式排种器设计与试验

由于油莎豆种皮凹凸不平，导致摩擦力较大、充种效果较差、充种过程中极易堵种等问题。为此，针对油莎豆种子物理特性并结合油莎豆农艺要求研发一种油莎豆窝眼轮式排种器，对窝眼轮式排种器的关键部件进行了参数设计。以型孔角度、窝眼轮转速、型孔数为试验因素，以合格率、漏播率为评价指标，进行了三因素三水平二次正交旋转组合试验，分析排种器的最佳性能参数，并采用多目标优化方法，确定了影响合格指数、漏播指数、重播指数的因素主次顺序为窝眼轮转速、型孔数和型孔角度。最优参数组合为窝眼轮转速21.86r/min、型孔数9.463、型孔角度101.68°,此时合格指数93.4%、漏播指数2.6%、重播指数4.0%。对优化结果进行台架验证试验，结果表明：在型孔角度为100°、窝眼轮转速为22r/min、型孔数为10时，合格率为92.16%,漏播率为3.71%,重播率为4.14%,各项指标均满足农艺要求，优化后取值可靠。     

正负气压-型孔轮组合式谷子穴播排种器设计与试验

针对现有谷子穴播排种器播种时存在堵孔、排种盘高转速时充种率低及排种均匀性差等问题,结合谷子穴播农艺要求,设计了一种正负气压-型孔轮组合式谷子穴播排种器。对排种器关键部件参数进行设计计算,通过理论分析建立了种子在流场中和充种区的力学模型。为了获得最佳的排种器性能参数,以型孔轮转速、真空度、吸孔直径为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为评价指标,进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,采用多目标优化方法,确定了当吸孔直径为1.04mm、真空度为2.10kPa、型孔轮转速为22.46r/min时,合格率为93.14%,重播率为3.48%,漏播率为3.38%。对优化结果进行验证试验,验证结果与优化结果基本一致。田间播种试验表明,该排种器合格率为88.2%、重播率为4.9%、漏播率为6.9%,各项指标均满足谷子穴播农艺要求。     

油菜勺式精量穴播排种器设计与试验

针对传统油菜条播排种器用种量大、株距变异系数大、个体生长良莠不齐等生产实际问题,结合油菜种植农艺要求,设计了一种带缺口矩形勺式型孔精量取种的油菜勺式精量穴播排种器,分析了排种器的工作过程,确定了勺轮组合,以及取种勺式型孔尺寸、安装数量、安装倾斜角、勺轮转速等主要参数。采用响应面优化试验分析了取种勺安装前倾角、取种勺式型孔长度和勺轮转速对穴粒数合格率、漏播率及重播率的影响,试验表明,在取种勺安装前倾角为47. 5°、取种勺式型孔长度为5. 4 mm、勺轮转速为24. 3 r/min时,穴粒数合格率((3±1)粒/穴)为91. 40%、漏播率(0或1粒/穴)为4. 84%、重播率(大于4粒/穴)为3. 76%,排种性能较优。由田间播种试验统计得到,油菜种植密度为63株/m2,满足油菜农艺种植要求。该研究可为油菜精量穴播排种装置设计提供参考。     

基于EDEM的滚筒式穴播器排种性能仿真与试验*

为探究花生种子外形尺寸、穴播器工作转速及取种器结构参数对滚筒式穴播器排种性能的影响,将花生种子按外形尺寸分为3级,利用离散元分析软件EDEM建立穴播器和种子的仿真模型,模拟不同等级花生种子在不同转速、不同结构参数取种器下排种器的排种性能。仿真结果表明:随着工作转速的增加,穴播器对各级花生的合格指数均呈下降趋势,当工作转速大于40 r/min时,合格指数下降明显;当工作转速额定,侧孔和容腔的尺寸分别为40 mm和30 mm时,对大粒种子的排种性能最优,合格指数为91.37%;侧孔和容腔的尺寸分别为32 mm和25 mm时,对中粒种子的排种性能最优,合格指数为93.07%;侧孔和容腔的尺寸分别为28 mm和20 mm时,对小粒种子的排种性能最优,合格指数为93.02%,可见,种子与取种器的适配性影响排种性能。田间试验表明,在穴播器工作转速40 r/min、取种器侧孔长度32 mm,容腔长度25 mm条件下滚筒式穴播器对各级花生种子的排种性能与仿真变化规律一致,离散元分析方法应用于滚筒式花生穴播器上是可行的,本研究为穴播器的优化设计提供理论依据。     

窝眼轮式小麦排种器参数优化试验研究

为了改善小区小麦精密排种器排种不均匀、重播漏播现象,设计了一种窝眼轮式小麦精密排种器。以"西农223号小麦"为试验对象,进行了基于离散元法的排种器优化设计,同时采用了三因素三水平二次正交旋转组合试验,建立了粒距合格率、种子重播率、种子漏播率与窝眼数量、端面间距、排种轮转速三因素之间的数学模型,并进行正交试验,分析了各因素对种子重播率、粒距合格率、种子漏播率的影响,确定了各因素的最佳参数组合为:窝眼数量为38个、端面间距为5mm、排种轮转速为20r/min。台架试验结果表明:粒距合格率为95.92%、种子重播率为2.50%、种子漏播率为1.58%,为窝眼轮式小麦精密排种器的研发提供了设计依据。     

花生气吸滚筒式穴播器分种盘设计与试验

针对花生气吸滚筒式穴播器因一次投种性能不稳定造成单粒率低的问题,通过在气吸滚筒式穴播器的取种盘和二次投种机构之间增设分种盘,将种子限定在一个较小的齿形空间内,并拨动种子沿着预定轨道运动,提高了气吸滚筒式穴播器投种的准确性和精度。设计并分析了分种盘的分种齿齿形和分种盘与取种盘的位置关系,确定了分种盘结构和位置参数。借助DEM-CFD耦合方法研究了气吸滚筒式穴播器的工作过程,分析了携种区种子的运动轨迹,阐明了漏播和重播产生机理。以单粒率、漏播率和重播率为评价指标进行三因素二次旋转正交组合试验,分析了齿形方向角、安装角、作业速度对投种性能的影响,结果表明：当齿形方向角为-4.55°、安装角为14.99°和作业速度为4.01 km/h时,气吸滚筒式穴播器的排种性能最优,此时单粒率为94.99%,漏播率为2.49%,重播率为2.52%。以最优组合为基础进行田间试验,当作业速度为3.51～4.51 km/h时,试验结果满足花生单粒精量播种机械技术要求,且安装分种盘比未安装分种盘的单粒率提升超过1.46个百分点,排种优势明显。     

基于卡尔曼滤波PID控制的精量排种器优化设计与试验

针对设施蔬菜种植过程存在漏播、重播问题,设计基于卡尔曼滤波PID控制技术的精量排种器。分别对排种器关键组件和监测装置进行结构设计,建立传感器实时监测车速信号的控制系统,同时以不同作物株距值共同作为控制依据,补偿融合卡尔曼滤波的PID控制方法,通过调控电机保持转速的稳定性,从而实现精量播种。仿真结果表明：卡尔曼滤波的引入,对噪声干扰起到良好抑制作用,可提高系统稳定性。以排种盘转速和行走速度为变量,以株距合格率、重播率、漏播率和株距变异系数为指标,进行两因素五水平的二次回归正交旋转组合试验。台架试验表明：在不同车速下,株距变异系数均在规定的≤35%指标范围内,排种盘转速为10 r/min,行走速度为1.6 km/h时,株距合格率为95.9%,重播率为29%,漏播率为1.9%,株距变异系数为12.1%,满足设施蔬菜的精量播种要求。     

免耕播种机漏播补偿系统设计与试验

针对免耕播种机作业时存在漏播问题,设计了一种漏播自动补偿系统,建立了补偿装置驱动的数学模型,应用滑模变结构控制算法设计了补偿系统控制器,并对补偿系统的动态响应性能进行了仿真分析。通过补种控制算法,确定了补种机构与主排种器的距离S和离地高度H,得到了补种排种盘转速n和播种机行进速度v_m、粒距L_l之间的关系曲线,对排种器安装高度H、粒距L_l、传送带速度v_m进行了二次回归正交试验,验证了漏播补偿系统的补种性能。台架试验的最佳工况组合为,补种排种器安装高度15.33 cm、粒距25.16 cm、传送带速度3.52 km/h时,补种成功率可达96.5%。田间试验表明,安装漏播补偿系统后,免耕播种机播种合格率均值为98.72%,有效提高了播种质量。     

鸭嘴滚筒式气吸精量穴播器的设计与试验

针对气吸式精量穴播器易漏气、排种性能差等问题,设计了鸭嘴滚筒式气吸精量穴播器,阐述了其结构特点和工作原理,对关键作业部件进行设计。田间试验表明,该穴播器排种性能稳定,作业速度为3.0km/h时,精播质量稳定,单粒率≥95%,漏播率≤2.7%,重播率≤4.3%,满足农业生产要求。     

组合型孔轮式玉米精量穴播器设计与试验

针对新疆现有夹持式穴播器易空穴,充种性能还需进一步提高等问题,结合型孔轮式穴播器和阶梯形型孔对种子适应性强的特点,设计一种组合型孔轮式玉米精量穴播器,通过理论分析建立型孔与取种块间相对运动模型,分析其相对位置对充种性能的影响规律,确定影响排种性能的参数及范围,完成组合型孔和齿板的参数设计.通过单因素试验确定并缩小关键参...     

小青菜一器双行气力圆盘式精量排种器的设计与试验

为解决当前小青菜机械化播种效率不高的现状,通过理论计算与分析相结合的方法设计了一种一器双行气力圆盘式精量排种器.首先,对一器双行排种器的工作区域进行划分,阐述其工作原理;随后,进行理论计算,明确双排孔排种盘的结构形式和尺寸参数;接着,对排种器其它关键部件进行理论分析,确定了内外侧型孔清种装置的布置,以及分流导种、卸种装...     

玉米免耕精密播种机漏播补偿系统的研究

研制的漏播补偿系统,采用等待补种、实时充种的方式,根据补种过程各动作时间关系,控制电磁阀和补种系统排种器动作时间,实现适时补种。该系统以2BYFZ-4型玉米免耕精密播种施肥机为载体进行田间试验,结果表明:安装漏播补偿系统后,机具在5～7km/h速度下播种合格率提升至99. 47%、99. 35%、98. 75%,漏播补偿系统补种性能良好。     

坡耕地鸭嘴式玉米排种器间歇同步充补装置设计与试验

针对坡耕地环境下鸭嘴式玉米排种器排种质量差及性能不稳定等问题,以鸭嘴式玉米排种器为载体,设计了一种配套的间歇同步充补装置。阐述了排种器整体结构及工作原理,分析了种子在排种器内部排种、补种及导种过程,优化了间歇同步充补装置摇杆、内棘轮和鸭嘴式排种器直角导种部件等关键部件结构参数。结合理论分析和坡耕地播种农艺要求,选取作业速度、回位弹簧预紧力和作业坡角为试验因素,合格指数和变异系数为性能指标进行了单因素试验、正交试验及台架对比试验。试验结果表明,性能指标随作业速度和作业坡角增加先增加后降低,随回位弹簧预紧力增加先增加后趋于平稳;当作业速度为1 m/s、回位弹簧预紧力为15.6 N(型号T4,丝径为1 mm,中径为7 mm,原长为25 mm)、作业坡角为12°时,其排种性能较优,合格指数为98.7%,变异系数为10.2%;较传统鸭嘴式排种器其合格指数提高了9.5个百分点,满足坡耕地环境下精量播种作业要求。     

小麦小区播种机排种控制系统设计与试验

为了提高小区播种机自动化水平,解决传统小区播种机械作业参数不易调节等问题,设计了一种基于STM32的小麦小区播种机排种控制系统。该系统主要由Android终端、STM32主控制系统、存种筒提升控制系统、锥体格盘控制系统以及分种器控制系统等组成,确定存种筒延迟落下时间,分别建立步进电机和直流电机调速模型,设计人机交互界面进行作业参数设置,实现了小区排种作业参数与实际作业需求的快速匹配。搭建室内试验台,以锥体格盘转速、分种器转速为试验因素,以行间均匀性变异系数为评价指标进行试验。试验结果表明,锥体格盘转速、分种器转速以及两者之间的交互作用对行间均匀性均有非常显著的影响;当锥体格盘转速为4 r/min、分种器转速为1 250 r/min时,行间均匀性变异系数均值为4. 53%,行间均匀性较好,且籽粒破碎率较低。该系统实现了小区排种作业精确控制,为小区播种的智能化控制提供了技术支撑。     

前置式大垄原茬地种床整备装置设计与试验

为解决东北寒区部分播种机在秸秆重度覆盖还田地区无法正常播种作业问题,基于2BMFJ-DL4型原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,结合玉米大豆1.1m大垄轮作宽窄行种植模式,设计了一种前置式原茬地种床整备装置。通过理论分析和计算机仿真,设计了装置结构和液压系统,确定了其作业关键参数范围,液压系统分析结果表明,液压悬挂系统和液压驱动系统各执行元件的同步性能、转速和扭矩均满足作业技术要求。应用Design-Expert 8.0.6软件和三因素三水平正交试验方法,以作业速度、种床整备单元组刀轴转速和种床整备刀齿入土深度为试验因素,以清秸率、覆秸均匀度和每个种床整备单元组刀轴旋转功耗为评价指标,实施参数组合优化田间试验。结果表明,在参数组合为作业速度7.2km/h、种床整备单元组刀轴转速600r/min、种床整备刀齿入土深度30mm时,清秸率为91.03%,覆秸均匀度为92.61%,每个种床整备单元组刀轴旋转功耗为7.96kW,性能满足生产农艺技术要求;研究结果为提高播种机利用率和原茬地免耕覆秸播种机械化技术模式在玉米秸秆全量还田地区的推广应用提供了技术支持。