气力托勺式马铃薯精量排种器设计

针对勺带式排种器播种前进速度进一步提高的限制以及气吸式排种器播种马铃薯所需功耗较大等问题,设计了一种气力托勺式马铃薯精量排种器。气力托勺式马铃薯精量排种器主要由滚筒、托勺、种箱、空心轴、气压隔板、压缩弹簧、链轮、清种气管等部件组成。通过理论分析与计算,确定了排种器关键部件参数。为了确定气力托勺式马铃薯精量排种器作业的优化参数,以负压、清种风速、型孔直径、滚筒转速为试验因素,以漏播率、合格率为试验指标,采用Box-Behnken试验设计原理进行了排种器性能试验,得到影响漏播率和合格率的主次顺序为负压、滚筒转速、型孔直径和清种风速。利用数据处理软件Design Expert 8.0.6进行参数优化,以漏播率、合格率为试验指标,得出负压为8.92 kPa,清种风速为32.25 m/s,型孔直径为18.34 mm,滚筒转速为19.92 r/min时,模型预测的漏播率为3.64%,合格率为91.9%。经过试验验证,与优化结果基本一致。论文相关研究可为马铃薯精量播种技术的研究提供参考。     

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。     

侧正压玉米排种器的设计与试验

为了实现玉米精量播种,该文设计了一套侧正压排种器,分析了排种器的工作原理,并对排种过程动力学进行了研究;对影响排种器性能的基本因素进行了均匀设计试验,并且分别对排种性能3个指标建立了回归数学模型。试验结果表明,排种盘转速对播种合格指数和漏播指数影响最显著,充种型孔尺寸对重播指数影响最显著,风机压力对排种指标有影响但影响不显著,风机压力达到1.2 kPa,排种盘转速18 r/min,充种型孔宽度11 mm时,既能够满足播种要求。通过种子分级试验,分级后排种性能指标显著改善,合格指数达到了89.36%,漏播指数降至4.26%。本文所设计的侧正压排种器为气力式精量播种机提供了一种新的参考。     

侧正压玉米排种器的设计与试验

为了实现玉米精量播种,该文设计了一套侧正压排种器,分析了排种器的工作原理,并对排种过程动力学进行了研究;对影响排种器性能的基本因素进行了均匀设计试验,并且分别对排种性能3个指标建立了回归数学模型。试验结果表明,排种盘转速对播种合格指数和漏播指数影响最显著,充种型孔尺寸对重播指数影响最显著,风机压力对排种指标有影响但影响不显著,风机压力达到1.2 k Pa,排种盘转速18 r/min,充种型孔宽度11 mm时,既能够满足播种要求。通过种子分级试验,分级后排种性能指标显著改善,合格指数达到了89.36%,漏播指数降至4.26%。本文所设计的侧正压排种器为气力式精量播种机提供了一种新的参考。     

集排式精量排种器清种装置设计与性能试验

为解决集排式玉米精量排种器低速作业重播严重的问题,设计了一种适用于滚筒式排种器的周向清种装置,对正压滚筒周向清种过程及种子运动过程进行了分析,建立了充种过程的运动学方程,结合种子占据比例的概念分析得出滚筒转速和型孔直径是影响清种效果的主要因素,确定了拨指长度20 mm和拨指末端倒角20°。在JPS-12型排种器性能检测试验台上以郑单958玉米种子为试验材料对集排式精量排种器清种装置的清种效果进行试验,以测试不同清种距离对重播指数和漏播指数的影响,清种距离优化试验表明:在0.25~2.25 mm范围内,清种距离对漏播指数没有显著的影响,但对重播指数、合格指数的影响高度显著。在清种距离大于0.25 mm时,漏播指数随清种距离的减小变化不明显,平均漏播指数0.16%,清种距离为-0.25 mm时,漏播指数急剧上升至5.83%;重播指数随清种距离的减小明显下降。确定优化后的清种距离为0.25 mm,对比试验表明,优化后的排种器在4~12 km/h的作业速度下合格指数均在96%以上,设计的清种装置可以有效降低集排气送式排种器低速作业时的重播指数。该文为进一步研究集排式精量排种器清种装置的结构设计和工作参数优化提供了依据。     

基于离散单元法的水平圆盘式精量排种器排种仿真试验

为了优化水平圆盘式精量排种器的最佳排种性能参数(动排种盘转速、动排种盘厚度、型孔圆角半径),达到提高粒距合格指数、降低漏播和重播指数指标,并降低大田试验强度。该文基于离散单元法对根据全膜双垄沟播技术所设计的水平圆盘式精量排种器进行了排种数值模拟,并得到玉米籽粒模型排种、重播、漏播的形成过程;为提高其排种性能,进行了排种仿真试验。仿真结果表明:以合格指数较高为重点、兼顾重播指数和漏播指数较低的原则,确定了动排种盘转速为17 r/min、动排种盘厚度为6 mm、型孔上边倒圆角半径为1 mm时为较优组合,此时粒距合格指数S=97.05%、重播指数D=1.83%、漏播指数M=1.12%。田间验证试验表明:在上述条件下,测得粒距合格指数为S=95.13%,重播指数D=2.34%,漏播指数M=2.53%,重点指标粒距合格指数误差2.02%(5%)。因此,基于离散单元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考。     

基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验

为研究玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹式精量排种器排种性能的影响,对排种器工作原理进行阐述,建立了指夹夹持动力学模型,分析了充种夹持过程中玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响。运用EDEM软件进行排种性能虚拟试验,分析了排种过程中造成不同尺寸等级籽粒产生重播、漏播问题的主要原因。仿真结果表明,当工作转速15~45 r/min时,排种器对中型尺寸籽粒的排种性能最优,其合格指数大于84%;对大型尺寸籽粒的排种性能次之;对小型尺寸籽粒的排种性能较差,其合格指数大于80%。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。在相同工况(15~45 r/min)下选取3种相应尺寸等级玉米籽粒,进行台架验证试验。结果表明,台架试验结果与仿真基本相同,合格指数最大误差为7.4%,且排种性能随玉米籽粒尺寸及工作转速的变化规律一致。田间试验表明,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆满足精密播种要求。该研究为指夹式精量排种器及其关键部件的优化设计提供了参考。     

加装导流板的舀勺式马铃薯播种机排种器性能分析与试验

马铃薯播种机排种器的投种角度、速度、高度以及种薯与土壤接触后的弹跳等对马铃薯排种器播种质量影响较大,针对上述问题,该文研制了舀勺式马铃薯排种器的投种结构,设计加装了导流板。通过对导流板的性能分析、种薯投种过程及种薯与沟底碰撞过程的运动学分析,确定了影响播种效果的因素;以主动轮转速、机组前进速度、投种高度为主要因素,株距变异系数、漏播率、重播率为试验指标进行田间试验,并进行了旋转正交试验回归分析。试验结果表明:经参数优化后的马铃薯排种器具有较好的播种质量,当主动轮转速为42 r/min、前进速度为1.2m/s、投种高度为640mm时,其株距变异系数平均值为12.5%、漏播率平均值为2.21%、重播率平均值为3.56%,其标准均高于传统的舀勺式排种器,播种效果提升显著(P0.01)。该研究为马铃薯排种器技术进步提供了参考。     

中央集排气送式玉米精量排种器设计与试验

该文提出降低充种阻力的新型气流结构,结合集中排种与气送投种的特点设计了一种中央集排气送式玉米精量排种器,阐述了工作原理并确定了关键结构参数。以漏播指数、重播指数、合格指数为试验指标,对充种型孔直径、作业速度进行了双因素等重复试验。结果表明：4 mm孔径漏播指数较高;作业速度为4～10 km/h,孔径为4.5 mm时平均合格指数最高为97.9%,其次为5 mm孔径（97.2%）、5.5 mm孔径（96.3%）;作业速度超过12 km/h后,4.5 mm孔径漏播严重,漏播指数达到8.47%,5和5.5 mm孔径漏播指数为2%左右。     

自扰动内充型孔轮式玉米精量排种器设计与试验

为提高机械式排种器的工作性能,该文从增加充种区种群活跃度、降低种群内摩擦力的角度出发,设计一种自扰动内充型孔轮式玉米精量排种器,分析了种子在扰种条上运动情况和充种原理,完成排种盘的参数设计。采用离散元软件EDEM对排种器进行仿真试验,以排种盘转速、扰种条形式、排种盘圆台锥角、扰种条半径为试验因素,以排种单粒率、重播率、漏播率为试验指标进行单因素试验和二次正交回归旋转组合试验。应用Design-Expert8.0.6对试验数据进行分析,得到了单粒率、重播率、漏播率和试验指标之间的数学模型,对试验结果进行多目标优化,得出最佳参数为:排种盘转速8.4 r/min,螺旋扰种条,排种盘圆台锥角38.6?,扰种条半径1.24 mm,此时排种单粒率为96.29%,重播率为2.55%,漏播率为1.15%。在最优参数组合下进行台架试验,排种器的单粒率、重播率和漏播率分别为95.4%、1.6%和3.0%;且当排种盘转速在8.40～16.67 r/min(对应工作速度为4.94～9.75 km/h)时,排种单粒率大于91.4%,重播率小于1.6%,漏播率小于7.3%,伤种率小于0.44%,排种效果优于勺轮式排种器,满足玉米单粒精播的农艺要求,对播种机作业速度适应范围广。基于EDEM离散元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考且缩短设计周期,该研究可为提高机械式排种器充种性能提供参考,为玉米精量播种机的设计提供研究基础。     

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。     

双腔气力式水稻精量水田直播机设计与试验

杂交水稻分蘖能力强，产量高。为满足杂交水稻水田直播需求，该研究以3～5粒/穴为播种目标，设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构，并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象，以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2～0.4 m/s时，10行排种器平均播种合格率（3～5粒/穴率）为91.04%，0～2粒/穴率为2.23%，大于5粒/穴率为6.73%，各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%，满足杂交稻田间播种作业要求，为水田精量直播提供了参考依据。     

气吸式排种装置排种性能理论分析与试验

为了探讨提高气吸式排种装置排种性能的方法,该文从理论上分析了气吸式排种器的吸附机理,建立了气吸室空气流场方程,并通过对种子在气吸状态下的受力情况及种子脱离吸种孔后的运动进行分析计算,建立了种子运动方程。利用移动式排种器试验台分别以排种盘转速、气吸室真空度为试验因素,对气吸式排种装置排大豆时的影响进行了单因素试验,结果表明：排种盘转速、气吸室真空度对气吸式排种器的排种性能影响显著,与粒距合格率的相关系数均在0.96以上;当排种盘转速为21.7 r/min、气吸室真空度为2.5 kPa时排种效果最好,合格率达到91.26%。     

转轴型孔式精量排种器充种性能仿真分析与试验

针对转轴型孔式棉花精量排种器在充种过程中由于型孔未囊取种子而造成漏播的问题,该研究通过建立棉种充填过程的运动学模型对相互抢位的棉种进行力学分析,研究取种轮运动参数与排种器转速对充种性能的影响。应用离散元仿真软件分析落入型孔的棉种速度的变化趋势,并分析取种轮振动频率对种群扰动的影响,以取种轮振动频率、取种轮振动偏移角、排种器转速为试验因素,以排种粒距合格率、重播率、漏播率为试验指标,进行三因素五水平的正交通用旋转组合试验,探究各因素对排种性能的影响,运用Design Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,并对回归模型进行优化验证。仿真分析结果表明,棉种瞬时速度随着排种轮转速的提高而增加,仿真标记的棉种在充入型孔时的瞬时速度小于取种轮速度,而相对取种轮速度较小的棉种具有更好的充种性能;在7 Hz时,种群法向力平均值最小,即种群的内摩擦力最小,棉种易于被型孔囊取;当排种器转速为12.59 r/min,取种轮振动偏移角度为8.06°,振动频率为6.08 Hz时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.5%。在此基础上,以新陆早61号棉花种子为试验对象进行台架验证试验,试验结果表明,当排种器转速为12 r/min时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.65%,漏播指数随着排种器转速的增加呈上升趋势,重播率随着转速的增加呈现下降趋势,与优化结果基本吻合,验证了仿真结果的准确性。该研究可为转轴型孔式棉花精量排种器关键部件结构优化设计提供参考。     

油菜精量气压式集排器的设计与试验

为有效解决型孔轮式排种器用于油菜排种时难以精确控制播量,清种、护种环节易剪切破坏种子的问题,采用气流清种与气压护种组合作用技术,设计了一种具有"倒方锥"型孔的油菜精量气压式集排器。该文对气压式集排器的工作原理进行了阐述,确定了其主要结构参数,并建立了油菜籽在清种区和护种区的力学模型,以总排量稳定性变异系数、各行排量一致性变异系数以及种子破损率为评价指标,以清种压差、护种压差及排种滚筒转速为试验因素在室内台架与田间条件下开展了排种性能试验研究,试验结果表明设计的集排器排种性能较优、种子破损率低,在清种压差250 Pa、护种压差150 Pa、排种滚筒转速以20~40 r/min时,其总排量稳定性变异系数≤2%:各行排量一致性变异系数≤2%;种子破损率0.3%。田间试验结果表明该集排器播种性能良好,满足油菜种植农艺要求。该研究证明采用气流清种与气压护种组合技术的"倒方锥"型孔油菜精量气压式集排器可用于小粒径、易破损种子的精量播种,为型孔轮式集排器结构改进与优化提供了依据。     

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。     

水稻精量穴直播机播量监测系统研制

播种量是水稻精量穴直播机的关键技术参数。为了实时监测水稻精量穴直播机的播种量,提高播种作业性能,该文以环形布置安装于排种管的面源式光电传感器为主要监测元件,设计了水稻精量穴直播机播量监测系统。根据型孔式排种器结构与工作原理,确定了面源式光电传感器和旋转编码器的安装方式。采用高速摄像技术建立了水稻种子流通过监测区时种子数量与脉冲宽度之间的数学模型;通过时间分割节点得到穴粒数监测时间窗口,根据监测时间窗口内的脉冲宽度信息得到每穴播种粒数。选用南粳46和象牙香占2种具有代表性的水稻品种,对水稻精量穴直播机播量监测系统进行试验,将人工统计数据与监测系统统计数据进行对比分析,台架试验结果表明:对于南粳46(短粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过7.99%,穴数监测误差不超过6.07%;对于象牙香占(长粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过24.07%,穴数监测误差不超过5.66%。该系统基本满足不同工作转速下不同粒型的水稻播种量实时监测要求,可为后期实现水稻精量穴直播机大田作业参数监测提供了参考。     

点胶-纸带式小粒径种子蔬菜精密播种机设计与试验

针对目前蔬菜机械化播种精度低的问题,该研究设计了一种点胶-纸带式小粒径种子蔬菜精密播种机。通过对蠕动泵胶装置、棘轮点胶装置、排种装置的机构分析,确定了各机构的结构参数,并以导种管长度、导种管截面角度以及窝眼轮转速为试验因素,结合Box-Behnken试验方案进行导种管优化试验。结果表明,当导种管长度为56 mm,截面角度为35°、排种轮转速为30 r/min时,纸带上有效区种子占比达57.23%。以泵胶装置辊子转角和预胶化淀粉与水混合物质量比为试验因素,对直径为1.5～2.0 mm的上海青605种子进行粘附试验。结果表明,当辊子转角为10°,预胶化淀粉与水混合物质量比为1:6时,单粒种子粘附率达97.4%。开展整机对不同品种小粒径蔬菜种子的适应性试验,结果表明,在0.5～1.5 m/s作业速度下,上海青605和四季小白菜的播种单粒率均大于95%,株距变异系数均小于10%。与现有电控锥盘式蔬菜播种机相比,单粒率提高了3.53%,工作效率提高了50%,满足NY/T1143-2006规定的精密播种性能指标要求,该研究可为小粒径种子蔬菜精密播种机的结构设计和优化提供参考。     

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。     

油菜机械离心式集排器排种量控制系统设计与试验

为提升油菜机械离心式集排器的排种性能,实现排种量稳定可控可调,该研究设计了一套机械离心式集排器排种量控制系统。该系统以STM32F103C8T6单片机作为微控制器,利用以光电传感器PG-602为检测元件的落粒检测模块实时检测流经导种管的排种粒数,通过基于霍尔传感器的测速模块实时获取机具前进速度,结合排种粒数和机具前进速度反馈信息构建排种量控制策略,通过动态调节机械离心式集排器工作转速实现排种量均匀稳定控制。搭建了台架测试平台,确定了排种量调控模型为线性关系模型,系统对排种粒数的检测精度不低于96.17%,系统反馈时间为4 s。台架测试结果表明,该系统能够有效降低机具前进速度、内锥筒充种量、种子尺寸和播种株距变化对排种性能的影响。田间试验结果表明,该系统控制下的最大排种量误差为10.00%,平均排种量误差为5.77%,调控合格率为90.68%,田间出苗效果好。研究结果可为离心式集排器精量播种控制系统设计提供技术参考。