粳稻穴播排种器直线型搅种装置设计及排种精度试验

为提高具有成群分布小孔的水稻气力式精量穴播排种器对粳稻种子的排种精度,设计了一种直线型搅种齿,并采用二次回归正交旋转组合试验的方法,以吸种真空度、吸种盘转速、直线型搅种齿与吸孔边沿间距离以及搅种齿高度为影响因素对排种器排种精度进行了试验研究,依据试验结果建立了该排种器对粳稻种子的不同穴粒数的排种回归模型。结果显示:以(3~4)粒/穴率、3粒/穴率、4粒/穴率和≥5粒/穴率为评价指标建立的回归方程均拟合很好,并且均在0.05水平显著;基于生产需要对比确定最优吸附条件为真空度2.40 kPa、吸种盘转速30 r/min、直线型搅种齿距吸孔边沿8 mm且搅种齿高度3 mm。以含水率21.30%~21.79%的粳稻盐丰47号破胸芽种为对象,在吸孔直径1.8 mm、吸孔之间距离6.5 mm以及有清种装置时,进行了该排种器吸附精度验证试验,结果表明该排种器排出(3~4粒)/穴种子的概率为77.28%;≤2粒/穴种子的概率为3.04%,≥5粒/穴种子的概率为19.67%;试验结果与回归模型模拟结果接近,表明所获得的排种回归模型正确,并可用来预测排种效果。该研究结果可为水稻气力式排种器精量播种粳稻芽种时的结构、运动参数设计与优化以及排种性能预测提供重要参考依据。     

水稻气力式排种器群布吸孔吸种盘吸种精度试验

为实现杂交水稻(3～4)粒/穴精量直播要求,设计了一种用于水稻气力式精量穴播排种器的具有群布吸孔的吸种盘。以培杂泰丰种子为对象,采用4×24正交试验设计的方法,对吸室真空度、吸孔直径与清种对吸种盘吸附精度的影响进行了试验研究。结果表明,真空度、孔径、清种对吸种精度有影响。3因素对平均穴播种量的影响顺序为孔径>清种>真空度;对≤2粒/穴率的影响顺序为真空度>孔径>清种;对(3～4)粒/穴率的影响顺序为孔径>清种>真空度,对≥5粒/穴率的影响顺序为孔径>清种>真空度。在真空度3.2kPa、孔径1.5mm和采用清种装置的最佳参数条件下,≤2粒/穴率为8.27%,(3～4)粒/穴率为81.87%,≥5粒/穴率为9.86%。试验结果显示群布吸孔吸种盘吸附精确性较高,可应用于水稻精量穴播。     

杂交稻气力滚筒集排式排种器楔形搅种装置设计与试验

为提高杂交稻气力滚筒集排式精量排种器的排种精度,该文设计了一种楔形搅种装置,以解决滚筒型排种器由于充种时间短和吸种区稻种架空造成吸种精度低的问题。以厚度1、2和1～2mm(带有坡度,其最薄处厚度为1 mm、最大厚度处为2 mm)3种楔形搅种装置为研究对象,简化排种器模型,进行了搅种过程离散元仿真模拟,以吸孔附近稻种层的平均法向接触力和平均三轴合速度为评价指标,分析了不同搅种装置对种群内摩擦力变化的影响,得出1～2 mm带有坡度的搅种装置对稻种种群的搅动效果较好;以杂交稻种晶两优1212为研究对象,采用三因素五水平二次回归正交旋转组合试验,研究在1～2 mm带有坡度的楔形搅种装置下吸种负压、滚筒转速、清种距离(清种指到吸孔边缘距离)对滚筒型排种器排种性能的影响。结果表明:以漏吸率(X_1)、合格率(X_2)、重吸率(X_3)为评价指标,预测最优组合为吸种负压为1.60 kPa、滚筒转速为10 r/min、清种距离为1.94 mm,其合格率为84.67%,重吸率为7.92%,漏吸率为7.41%,试验验证上述最优组合:合格率为86.00%,重吸率为8.47%,漏吸率为5.53%。该研究结果表明,安装1～2 mm带有坡度楔形搅种装置对稻种的分离、搅动和助吸有明显作用,可提高排种器吸种性能,为进一步优化杂交稻气力滚筒集排式精量直播机排种性能提供依据。     

油菜小麦兼用气送式集排器搅种装置设计及充种性能试验

针对小麦种子在气送式集排器供种装置中因流动性差导致充种能力不足的问题,设计了一种可提高小麦充种性能的搅种装置。该文分析了搅种装置影响充种性能的主要因素,确定了搅种齿与搅种轴的主要结构参数,并构建了种子在搅种装置作用下的充种力学模型。应用EDEM仿真分析了搅种装置安装位置对种群压力、种群与供种机构切向力和型孔充种数量及其变异系数的影响;台架试验研究了搅种齿结构及其排布对充种性能和搅种装置与供种机构转速比对供种性能的影响。结果表明：安装搅种装置能明显增加种群压力、切向力、型孔充种数量、充填角和充种合格率。搅种齿长度显著或极显著影响充填角和型孔充种数,搅种齿排列方式显著影响型孔充种数。研究得出影响充填角和型孔充种数的主次因素为：搅种齿长度>排列方式>搅种齿形状。在搅种齿形状为圆柱形,搅种齿长度为6 mm和双螺旋排列方式条件下,充填角、型孔充种数和充种不合格率分别为78.20°、1.73和0.69%。供种速率随锥孔轮数量、转速比和转速增加而增加,在转速为20～40 r/min条件下,选择锥孔轮数量为6和转速比为1.154优化组合时,供种速率及其变异系数分别为690～1340 g/min和0.23～0.80%。该研究为搅种装置结构改进和供种装置充种性能的提高提供了参考。     

水稻气力式排种器分层充种室设计与试验

为改善水稻种子在充种室内的流动性并提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,实现超级杂交稻(1~3)粒/穴精量穴播要求,在水稻气力式精量穴播排种器与种箱间设计了一种分层充种室。以含水率为20.3%(湿基)"培杂泰丰"超级杂交稻种子为对象,采用单因素试验和正交试验的方法,研究了不同吸室负压、吹种正压下,分层充种室对排种器排种性能的影响。试验结果表明,在吸种盘转速为30 r/min、吸室负压为1.6 k Pa、送种正压为0.1 k Pa、采用分层充种室的条件下,该排种器排出(1~3)粒/穴种子的概率为95.4%,空穴率为1.53%,大于4粒/穴的概率为3.07%,其中排出1粒/穴种子的概率为17.32%,2粒/穴种子的概率为58.72%,3粒/穴种子的概率为19.36%;与前期开展的水稻气力式精量穴播排种器排种性能试验结果相比较,增设分层充种室后,排种器播种精度提高。该研究表明,减小排种器中水稻种子之间的挤压力和摩擦力,改善种子的流动性,从而使吸种盘上吸孔对种子的吸附能力增强,是提高水稻气力式精量穴播排种器的性能的重要途径。该文为水稻气力式排种器结构优化与性能提升研究提供了重要参考。     

气吸式谷子排种装置吸种孔的结构设计与试验

为实现气吸式谷子排种装置的精少量穴播,解决播种时伤种、吸种孔堵塞、成穴性差等问题,在研究了谷子机械物理特性的基础上,对气吸式排种装置的排种盘进行了设计,设计了圆柱孔、倒角截顶圆锥体孔、截顶圆锥体孔和四棱台孔4种结构,并对排种装置进行了谷子排种效果对比试验以及排种性能试验。试验结果表明,在所设计的多种排种盘结构中,吸种效果最好的排种盘吸种孔为四棱台结构,堵塞情况最少,相对成穴性最好,此时平均穴粒数3.3个,穴粒数合格率89%,穴距合格率94%,平均成穴距离1.24 cm。同时确定了排种器的最佳工作参数:真空度?2 k Pa,排种轴转速28 r/min。初步实现了采用气吸式排种装置下的谷子精少量穴播,对以后设计谷子精密排种装置及相关研究提供参考。     

气力滚筒式水稻直播精量排种器的设计与试验

为适应杂交水稻精量穴直播的种植要求,采用窝眼充种、多吸孔吸种、气吹清种、护种带护种及气力清堵等方式,设计了一种气力滚筒式水稻穴直播精量排种器。以黄华占破胸芽种为播种对象,采用四因数三水平正交试验设计方法,研究了窝眼形状、滚筒转速、吸室真空度和清种气流强度对排种器排种性能的影响,并进行了窝眼形状对杂交稻品种的播种适应性试验。试验结果表明:影响排种器性能的主次因素依次为窝眼形状、滚筒转速、清种气流强度和吸室真空度,且在窝眼形状为圆锥形、滚筒转速为10 r/min、清种气流强度为17.03 m/s、吸室真空度为4 k Pa时,排种器的合格率((3±1)粒/穴)为85.47%,漏播率(小于2粒/穴)为3.6%,空穴率为0.4%,重播率(大于4粒/穴)为10.93%,平均穴距为199.37 mm(理论穴距为200 mm),穴距变异系数为6.10%,种子破损率为1.08%,满足杂交水稻精量穴直播的种植要求。采用相同的窝眼形状和运行参数,试播外形几何尺寸有一定差异的冈优364、汕优63和丰源优272 3个杂交品种的破胸芽种,合格率均达到或超过85.07%,漏播率均不大于4%,空穴率均不大于0.67%,试验结果表明圆锥形窝眼对不同杂交稻品种具有一定的播种适应性。该研究为窝眼式水稻穴直播精量排种器的设计提供了理论参考依据。     

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%。     

气吸板式超级稻精密排种器设计与试验

针对现有水平吸盘式排种器种盘结构复杂、整体气腔体积大、气压分布不均匀、气流不稳定、受风量和压力因素影响大等问题,该文设计了一种多气道气吸板式排种器。排种器吸种板采用分气道组合气腔结构,依靠吸种板的来回翻转和种箱的上下移动来实现充种和排种;按超级稻每个取秧面积2±1粒的机插育秧播种要求,吸种板采用在单位取秧面积内双孔对角布置的吸种气孔设计方案;对研制的排种器,以两优培九超级稻为试验对象,选取真空度、种箱移动速度、充种角度以及吸孔直径作为试验因素,进行充种性能的正交试验,通过试验得出充种性能最优参数组合为种箱移动速度0.12 m/s、真空度1.5 k Pa、充种角度120°、吸孔直径1.0 mm,最优参数组合下的充种合格率94.26%、漏播率2.47%、重播率3.27%;在充种性能最优参数组合下,选择不同播种效率作进一步播种性能试验,当播种效率为300盘/h时,合格率达到90.52%,满足了超级稻精密育秧播种要求。研究结果对保证超级稻育苗质量、实现机械化种植、增加产量和收益具有重要意义。     

气吸型孔组合式小麦精密排种器设计与参数优化

针对当前小麦籽粒小、播量大、形状不规则,传统排种器难以实现精密播种等问题,该文设计了一种气吸型孔组合式小麦精密排种器。排种器采用气流-型孔组合式工作原理,气流负压吸种与型孔充种相结合能够使其获得良好单粒充种性能。根据小麦精密播种的粒距要求和三维尺寸,通过理论分析,确定了排种器的型孔轮半径为50 mm,以6°螺旋升角布置三排型孔,每排30个型孔,型孔为长槽形,长、宽、深分别为8.5、5和2.5mm;通过流场分析,研究了不同吸孔孔径对气流变化的影响,确定了吸孔的孔径范围1.4～1.8 mm。搭建试验台,以气流负压、吸孔直径和型孔轮转速为试验因素,以重复充种率、漏充率和充种合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,并分析各试验因素对于性能指标的影响显著性。通过极差和方差分析,得到气吸型孔组合式小麦精密排种器较优的组合参数为负压3500Pa、吸孔直径1.6 mm、排种型孔轮转速40 r/min时,进行试验验证,其重复充种率为5.1%、漏充率为4.7%,充种合格率为90.2%。该排种器能够满足小麦的精密排种对充种性能的要求,在一定程度上促进了小麦精密播种的发展。     

气吸式排种器带式导种装置的设计与试验

针对免耕播种机双圆盘式开沟器投种点高,种子播入土壤中粒距变异系数大,合格指数低的缺陷,该文在对气吸式排种器成穴时间平衡分析的基础上,设计开发了一种与取种盘转速、播种机行走速度相关,且传动与投种机构一体的带式导种装置,并确定了该气吸式排种器带式导种装置的主要结构参数。在综合试验因素对株距合格率,重播率和漏播率影响不同的基础上,确定影响排种质量的主次顺序为投种点高度、取种盘转速和负压室压力,较优参数组合为投种点高度100mm,取种盘转速30r/min和负压室压力3.5kPa。此时粒距合格率为98.50%、漏播率为0.48%、重播率为1.02%。通过试验验证,试验值与理论值误差分别为0.11%、0.17%和0.08%,符合试验要求。该文为气吸式排种器的参数优化与排种质量进一步提升提供了理论依据。     

气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics, Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。     

批次式种子清选装置设计与试验

针对试验小区种质材料"批次式、无残留、易清机、高效率"特殊加工要求，该研究采用开放式组合框架结构、变频振动清筛技术，系统集成批次供种、风选除杂、筛选分级、筛面清理等作业工序，设计了批次式种子清选装置，并对供料系统、风选系统、筛分装置等关键部件进行了设计与分析。以玉米种子为试验对象，以给料速度、振动频率、振幅、筛面倾角为试验因素，以物料净度、获选率和作业时间为试验指标，开展了四因素三水平Box-Behnken试验，建立了响应面数学模型，并进行了参数优化和试验验证。结果表明，振幅、振动频率及二者的交互作用是影响净度和获选率的主要因素；给料速度、振幅、振动频率、筛面倾角均对作业时间有较大影响；优化参数组合为给料速度0.072 kg/s、振幅5 mm、振动频率6.25 Hz、筛面倾角4.6°，在此参数下的验证试验结果为净度98.8%、获选率为99.7%、作业时间约50 s，与模型优化预测结果基本一致。生产性能试验结果表明，处理量15 kg/批时清选装置加工能力达到10批/h，各项指标均满足设计要求。研究可为种质材料及其他颗粒物料批次式清选装备的设计提供参考。     

油菜小麦兼用排种盘的排种器充种性能

油菜、小麦籽粒物理机械特性差异大,该文针对前期研究中油菜小麦气力式精量排种器结构中,需对不同类型种子更换排种盘的缺陷,研制了一种兼用型内嵌入导种条式排种盘及其型孔结构,以实现油菜小麦气力式精量排种器兼用。开展了其充种阶段内嵌入导种条上强制带动层种子的运动轨迹及充种区种子充填角的解析,构建了充种区强制带动层种子的力学模型;并结合高速摄像技术,分析阐明了充种区种子层的流动特性,试验研究了充种区油菜、小麦充填角与充种性能、内嵌入导种条对种子机械损伤。研究结果表明:转速范围为10~45 r/min时,排种器充种区种子充填角与转速线性相关,内嵌入导种条时的油菜、小麦充种角随转速的变化率值分别为1.6635、1.9929,相对无导种条式排种器,充填角平均增量分别为10.1°、13.45°,充填弧长平均增量分别为12.29、16.48 mm,充种性能明显提高;发芽率试验表明,排种盘内嵌入导种条对种子无机械损伤。排种器性能试验结果表明:吸种负压为-2 900 Pa、排种盘内嵌入导种条可使小麦排种的平均合格指数相对提高30.76%,漏播指数相对降低38.61%;吸种负压为-900 Pa、投种正压为500 Pa时,排种盘内嵌入导种条可使油菜排种的平均合格指数相对提高3.72%,漏播指数相对降低8.58%;在转速为20~30 r/min时,排种性能均能满足油菜小麦兼用精量播种的要求。该研究可为兼用型精量排种器结构改进及性能优化提供研究依据。     

油麦兼用型气送式集排器供种装置设计与试验

为提高气送式集排器的兼用性和精量控制供种量,设计了一种油麦兼用型倾斜锥孔轮式供种装置。该文阐述了油麦兼用型供种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,构建了充种和供种过程种群微段的力学模型;台架试验研究了型孔结构、转速和锥孔轮数量对供种速率及其稳定性变异系数和破损率的影响。结果表明:倾角为20°的锥柱状型孔的供种性能较优,油菜、小麦的供种速率稳定性变异系数分别低于1.0%和1.1%,破损率均低于0.1%;转速为10~60 r/min时,供种速率随转速增加而增加,其稳定性变异系数呈先降后升的趋势,供种油菜、小麦较优转速范围分别为10~40 r/min和20~50 r/min;油菜、小麦的供种速率范围分别为28~450 g/min和95~770 g/min,以锥孔轮数量和转速为自变量建立了二次多元回归供种速率预测模型,模型验证的试验值与理论值的偏差在5%以内。该研究提出的倾斜锥柱状型孔交错排布和组合式锥孔轮的结构可实现油菜、小麦兼用供种及变量调节供种速率,为油麦兼用型气送式集排器适应不同作业幅宽播种提供了依据。     

种层厚度对油麦兼用集排器供种装置充种性能的影响

为研究种层厚度对油麦兼用集排器供种装置充种性能的影响,该文运用EDEM(engineering discrete element method)软件和高速摄像技术,对不同种层调节板倾角和种层厚度的种群运动与供种性能进行了仿真与试验研究。EDEM仿真分析了种层厚度与转速对种群压力、种群与供种机构切向力和充种数量的影响;台架试验研究了种层厚度对充填角和供种性能的影响。结果表明:倾角为60°种层调节板的种群压力较大,充填角和充种性能均较优;种群压力和切向力随纵向距离增加而增加,随横向距离增加而降低;随转速增加,种群压力趋于稳定,切向力随之增加,单个型孔充种数量降低5%。转速为10~50 r/min时,初始充填角、充填角和供种速率均随纵向距离增加和横向距离降低而增加,但充种数量变异系数呈先降后升的趋势。种群压力、切向力、初始充填角、充填角与供种速率均呈极显著正相关,种群压力和切向力与初始充填角和充填角均呈极显著正相关,种层厚度和转速影响充填角分别源于种群压力和切向力。在纵向距离分别为15和20 mm,横向距离为46 mm条件下,油菜、小麦供种速率变异系数和破损率分别均低于1.0%和0.1%。田间试验表明该优化种层厚度条件下的集排器油菜种植密度满足农艺种植要求。该研究明确了种层厚度影响油麦兼用集排器供种装置充种性能的原因,为油麦兼用集排器供种装置种层厚度调节和结构改进提供了参考。     

清种补种上提式甘蔗排种器设计与试验

针对甘蔗横向排种器因无序排种导致漏播指数高、排种合格指数低,致使出芽率低影响甘蔗总产量的问题,该研究设计了一种具有清种补种功能的上提式甘蔗排种器。首先对排种过程进行动力学分析,确定排种器的关键结构和工作参数。然后采用EDEM-RecurDyn耦合仿真分析,模拟蔗段与弹性板间的碰撞,分析蔗段的受力及运动,并通过推压试验确定弹性板的参数。为获得排种器的最佳性能参数,在单因素试验基础上,进行二次回归正交旋转组合试验。结果表明：一级清种补种区长度、二级清种补种区长度对漏播指数、重播指数、合格指数具有显著影响（P<0.01）;排种带速度对漏播指数具有显著性影响（P<0.01）,而对重播指数、合格指数影响不显著（P>0.05）。利用多目标优化方法确定最佳参数组合为：一级清种补种区长度13 cm、二级清种补种区长度16 cm、排种带速度97 mm/s。此时,漏播指数为1.7%,重播指数为3.5%,合格指数为94.8%;与常规上提式排种器的漏播指数6.9%对比,该排种器漏播指数降低了75%。该排种器可有效减少甘蔗播种的漏播指数、提高排种的合格指数,有利于实现甘蔗的精准种植。     

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。