油菜气力盘式精量排种器槽齿辅助充种性能分析与试验

针对油菜气力盘式精量排种器高速排种过程中存在漏播严重和工作负压需求大的问题,该研究提出了一种槽齿定向扰动辅助充种种盘,采用质点动力学分析、EDEM软件、高速摄像技术和正交试验相结合的方法,对不同槽齿型式和槽齿厚度的种群流动性与辅助充种性能进行了研究。使用EDEM软件模拟分析了不同槽齿型式和槽齿厚度对种群流动性的影响,以种群平均动能和种群平均动能总和为量化指标,得出齿厚0.5～1.5 mm的直线型槽齿具有较好的辅助充种作用,有助于改善种子流动性和抑制种群拖带。选用华油杂62为试验材料,进行了槽齿型式优选试验,并以优选出的槽齿型式为对象开展了槽齿厚度、种盘转速和工作负压对充种性能影响的试验研究。结果表明：在工作负压不小于1 500 Pa条件下,作业速度小于6.0 km/h时,3种槽齿型式种盘的充种性能差异较小,当作业速度为6.0～9.5 km/h时,直线型槽齿辅助充种性能优于圆弧型槽齿和无槽齿的平面盘;三因素四水平正交试验优选出槽齿厚度为1.0 mm时充种性能最优,并明确了槽齿厚度、工作负压和作业速度对充种性能的影响规律;在槽齿厚度为1.0 mm、工作负压1 500～2 500 Pa、作业速度2.6～9.5 km/h条件下,种子吸附合格率不低于96%,漏吸率不大于4%。研究结果可为油菜气力盘式高速精量排种器结构优化设计提供参考。     

油菜高速精量排种器槽齿组合式吸种盘设计与吸附性能试验

针对现有气力式油菜排种器高速工作过程中种子难以从种群中快速分离被吸孔准确吸附产生漏吸降低排种性能的问题,该文设计了一种提高油菜高速直播充种性能的槽齿组合式吸种盘,分析并确定了槽齿组合式吸种盘的关键结构参数,构建了槽齿扰动作用下种子吸附力学模型。应用EDEM数值模拟分析了平面盘、凹槽盘和槽齿盘3种结构形式的吸种盘对种群定向扰动强度的影响,结合台架试验进行了吸种盘结构形式优选,试验结果表明:在传统平面盘上增设凹槽与扰种齿可明显增加种群的扰动强度和降低种子漏吸率;以平均动能总和作为种群扰动强度的量化指标,在同一转速下,平均动能总和数值从大到小顺序为:槽齿盘凹槽盘平面盘;以德优矮早油菜品种为对象进行了3个种盘优选试验,当工作负压1.5～2.5 kPa、转速10～150 r/min条件下,槽齿盘的漏吸率和吸附合格率均明显优于凹槽盘和平面盘,3个种盘重吸率无明显变化,工作转速大于90 r/min时,槽齿盘的最大漏吸率为7.4%,凹槽盘最小漏吸率为14.02%,平面盘最小漏吸率为30.4%,与凹槽盘相比漏吸率降低了47.2%,与平面盘相比漏吸率降低了75.7%。槽齿盘吸附性能试验表明:以德优矮早和中双11号为对象,在相同工作负压下,漏吸率随转速的增大呈上升趋势,吸附合格率呈下降趋势,重吸率无明显变化;在同一转速下,吸附合格率随负压的增大呈上升趋势,漏吸率呈下降趋势,重吸率无明显变化;在工作转速10～110 r/min、负压1.5～2.5 k Pa条件下,吸附合格率不低于92.0%,漏吸率和重吸率之和不大于8.0%。研究结果可为气力式油菜高速精量排种装置结构改进与优化提供参考。     

油菜精量气压式集排器排种性能试验

为提高油菜精量气压式集排器的排种性能,该文通过对充种和清种2个基础过程解析,明确了影响排种性能的主要因素,确定了相关试验因素的范围,并以华油杂62种子为对象,采用L27(313)正交试验设计研究了清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对集排器排种性能的影响。结果表明,清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对排种均匀性影响显著,清种气嘴口截面形状、充填高度和排种滚筒转速对各行排量一致性有显著影响,并确定了其较优参数组合。优化组合试验得出选择矩形截面形状的清种气嘴,充填高度27 mm,清种气流流速10 m/s,排种滚筒转速20 r/min的最佳参数条件下,排种均匀性变异系数为8.07%,各行排量一致性变异系数为1.95%,种子破损率低于0.1%。该研究为油菜精量气压式集排器结构优化与排种性能的提升提供了参考。     

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证

为研究种群扰动对排种器充种性能的影响,该文基于离散单元法理论,以气压组合孔式排种器为模型,运用EDEM软件对4种不同型孔结构排种盘的种群运动进行了仿真分析,以种子法向应力跳动量和种子平均法向应力总和作为指标,分析了各排种盘在不同转速条件下的种群内摩擦力的变化,仿真结果表明,种群扰动强度的增大并不能显著减少种子法向应力的总量,但会降低种子瞬态的法向应力即瞬时种子内摩擦力,据此推断出扰动强度最大的排种盘的充种性能较其他排种盘更优。在排种器试验台上进行了验证试验,选取6种转速,以漏充率为指标,分别对4种排种盘进行试验,结果显示扰种强度最高的排种盘在各转速条件下的漏充率最低。对比仿真与试验结果发现,增强排种盘对种群的扰动可以在一定程度上提高种子的充种性能。     

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。     

油菜小麦兼用气送式直播机集排器参数优化与试验

为提高油菜小麦兼用气送式集排器的排种性能,该文针对集排器具有较长导种管和气流扰动影响种子迁移轨迹的问题,通过构建导种过程力学模型确定了影响排种性能的主要因素,分析了导种管材料、直径、长度组合、角度布置、气流压强和供种转速对排种性能的影响。试验结果表明:导种管材料、直径、材料与直径的交互作用、长度组合对平均行排种量和各行排量一致性变异系数均有显著(P0.05)或极显著(P0.01)影响,角度布置影响不显著,导种管材料和直径分别为PVC钢丝软管和20 mm的排种性能较优,且应尽量布置导种管长度一致。气流压强和供种转速对各行排量一致性变异系数影响显著(P0.05);供种转速为20~40 r/min时,排种油菜、小麦时气流压强分别为1 200和1 600 Pa时具有较好的排种均匀性,总排量稳定性变异系数和各行排量一致性变异系数分别低于1.0%和4.00%;油菜、小麦的排种均匀性变异系数分别低于19.0%和12.5%,种子破损率低于0.1%。田间试验表明油菜种植密度为40~68株/m2时,稳定性变异系数低于20%;小麦单位面积植株数量为129和252株/m2时,稳定性变异系数分别为8.34%和8.12%,达到油菜、小麦的农艺种植要求。该研究为气送式集排器结构优化和排种性能提升提供了参考。     

内充式排种器工作过程和性能的离散元法仿真分析

为建立一种排种器设计的新方法,以内充式排种器和小麦种子为研究对象,由排种器的CAD（computer aided design,计算机辅助设计）模型建立了该排种器的二维离散元法分析模型,采用圆弧组合的方法建立了小麦种子的二维颗粒模型,采用自主研制的二维离散元法软件,分析了该排种器的工作过程及性能。同时将排种器台架试验结果与离散元法分析结果进行了比较,两者基本一致,初步证明采用离散元法分析内充式排种器工作过程和性能的可行性,为内充式排种器的研究和优化设计建立了一种新方法。     

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。     

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。     

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。     

水稻气力式排种器导向型搅种装置的设计与试验

为提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,在该排种器的吸种盘上设计并安装了一种由2个搅种齿组成的导向型搅种装置。以培杂泰丰、Y两优1号种子为对象,采用单因素试验和因素组合对比试验的方法,研究了吸室真空度、吸孔直径与搅种装置对排种器性能的影响。结果表明,排种器安装导向型搅种装置后,工作转速显著提高,对工作气流真空度要求降低,性能得到改善;在真空度2.0kPa、吸种盘转速30r/min、搅种齿厚度2mm、搅种齿楔角60°、内侧搅种齿安装角90°、外侧搅种齿间安装角60°以及吸孔直径1.6mm的最佳排种参数下,排种器对含水率20.7%的Y两优1号破胸芽种排出(3～4粒)/穴的概率为59.48%,≤2粒/穴率为15.03%,≥5粒/穴率为25.49%。试验结果显示导向型搅种装置对籼稻种子存在分离、导向、摩擦和支撑等助吸作用,可提高排种器的排种精度。     

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。     

油菜集排器供种装置侧向倾斜排种性能试验与分析

针对油菜机械化播种中地表不平引起集排器供种装置倾斜,导致排种稳定性不足的问题,该研究以油菜集排器供种装置为对象,构建排种过程中侧向倾斜时种子与供种装置型孔间的力学模型,应用EDEM仿真开展供种装置侧向倾斜角度和供种装置转速对排种过程中型孔中的种子种量及种子运移轨迹影响的双因素试验。仿真结果表明：在0°～5°范围内,沿播种机作业方向侧向倾斜角度逐渐增大时,充种、携种过程中倾斜一侧型孔中的种子数量相对无倾斜状态时的平均增加量在0～36.55%内逐渐增加,另一侧型孔中的种子数量相对无倾斜状态时的平均减少量在0～26.68%内逐渐增加。利用智能种植机械测试平台开展供种装置转速为20～40 r/min时不同侧向倾斜和摆动对供种装置排种性能影响的试验。结果表明：投种口Ⅰ、投种口Ⅱ排种量与仿真试验中投种口Ⅰ、投种口Ⅱ排种量比值的平均误差为3.86%;随侧向倾斜、侧向摆动、侧向往复摆动角度的增加,总排种速率相对无倾斜状态时的增加量在0～9.02%内逐渐增大;通过提高供种装置转速,可减少侧向倾斜和摆动对排种性能的影响。研究结果可为供种装置的结构改进和性能提升提供参考。     

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 kPa、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。     

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。