振动力场提高牧草种子丸粒化包衣效果数值模拟与试验

为提高牧草种子丸粒化包衣合格率,对振动力场作用下的小粒不规则牧草种子进行丸粒化包衣研究.运用Solid-Works和离散元仿真软件EDEM建立了包衣锅三维模型及仿真模型,研究了牧草种子丸粒化包衣过程的运动规律.引入振动后的仿真结果表明:在包衣锅转速为40 r/min,包衣锅振动频率为20 Hz,振幅为2 mm,包衣锅倾角为35°的条件下,种群能在不同的时间点、相同的空间区域分布较为离散,种群的运动剧烈加速种粉间的离散程度,促使种粉达到"沸腾"状态,使其进入彼此间隙,增大种粉间碰撞摩擦次数,达到丸粒包衣的理想效果.试验结果表明:随包衣锅振动频率的增加,单籽率及有籽率均略有提高,而当振动频率为20 Hz时,单籽率及有籽率可达到较理想的丸粒化效果;正交试验结果表明:当包衣锅转速为40 r/min,包衣锅振动频率为20 Hz,包衣锅倾角为35°,包衣时间为20 min时,单籽率达到82.08%,包衣合格率达到98.22%,研究结果可为小粒不规则种子包衣提供参考依据.     

甩盘滚筒式花生种子机械化包衣工艺参数优化

针对花生种子机械化包衣工艺参数研究严重缺失,包衣合格率差、破损率高的问题,该文利用甩盘滚筒式包衣试验台,运用单因素和中心组合试验设计理论开展种药比、种衣剂稀释比(稀释用水与药质量之比)、包衣滚筒转速对包衣合格率及破损率的影响规律研究及工艺参数优化。首先开展单因素试验确定各影响因素对包衣合格率及破损率的影响规律及各因素二次回归试验编码0水平值,随后采用二次正交旋转组合试验方法设计试验并用Design-Expert进行数据处理,建立包衣合格率、破损率回归数学模型并进行方差分析。分析得出对影响包衣合格率的主次因素依次为:种药比包衣滚筒转速种衣剂稀释比;影响破损率的主次因素依次为:包衣滚筒转速种衣剂稀释比种药比。通过响应曲面方法分析各因素交互作用对包衣合格率、破损率的影响,并对回归模型进行多目标优化,得出甩盘滚筒式包衣试验台最佳工艺参数组合为:种药比31.73 g/mL,种衣剂稀释比4.76,包衣滚筒转速18.32 r/min。此时,包衣合格率最高、破损率最低,其值分别为97.35%、0.37%。将优化参数在5BY-500-J型包衣设备上开展生产验证,包衣合格率达97.05%、破损率0.40%,达到了较为理想的效果。该研究可为甩盘式花生种子包衣机工艺参数优化提供参考。     

BYW-400型冰草种子振动丸粒化包衣机种子丸化运动特性

为探究冰草种子丸化包衣运动特性,揭示冰草种子丸化包衣机理。该文采用理论分析、数值模拟、试验验证相结合的方法,研究冰草种子丸化规律及运动特性。建立了基于Hertz接触理论的振动模型与转动模型,对物料流流动特性进行了分析。利用离散元仿真软件EDEM对振动强度为21%和无振动以及不同的包衣锅倾斜角度进行10 s模拟仿真及其混合度分析,并通过单因素对照试验验证了丸化包衣中振动和转角对丸化合格率的影响。研究结果表明:冰草种子的丸化与种子和粉料的碰撞深度、种粉间的最大载荷、黏性底层厚度有关;振动的引入,可以改变速度的大小,提高湍流流动性和颗粒间运动复杂程度,最终可以提高种子丸化合格率;包衣机在包衣锅转速为48.6 r/min、包衣锅倾角40.3°的情况下,改变振动强度可以明显影响丸化率,且当振动强度为21%、倾斜角度约为45°时,丸化合格率能达到89.5%。该研究为揭示冰草种子丸化包衣机理提供参考依据。     

花生种子带式清选设备关键作业参数优化

针对带式清选设备清选花生种子合格率低、带出率高,关键作业参数研究空白的现状,该文结合花生种子物理特性,研究了整粒花生在带式清选设备帆布带的滚动摩擦角及半粒花生在帆布带的静摩擦角,并运用中心组合试验设计理论开展关键作业参数优化,重点分析了带式清选设备的纵向倾角、横向倾角、帆布带转速对清选合格率、带出率的影响规律,并以合格率、带出率为响应指标进行优化。首先对主产区山东的典型品种花育33物理特性进行研究,并探明了以带式清选设备帆布带为摩擦面的整粒花生滚动摩擦角、半粒花生静摩擦角,然后采用二次正交旋转组合试验方法设计试验并用Design-Expert进行数据处理,建立合格率、带出率的回归数学模型并进行方差分析,分析得出影响花生种子带式清选合格率与带出率的主次因素均依次为:帆布带带速纵向倾角横向倾角。通过响应曲面方法分析各因素交互作用对合格率、带出率的影响,并根据优化目标的重要程度(合格率较带出率更重要)对回归模型进行多目标优化,得出花生种子带式清选设备关键作业参数的最优组合为:纵向倾角23.22?,横向倾角25.21?,帆布带带速0.70 m/s,在该条件下合格率、带出率分别为97.20%、2.73%。将优化参数在花生种子清选加工生产线上进行验证及批量化流水加工作业,流水加工作业合格率达95.8%、带出率3.9%,作业质量大幅提升,达到行业标准优等品设备作业性能。该研究可为提升花生种子带式清选设备作业质量提供参考。     

磁粉包衣丸粒化蔬菜种子活力性能试验

为了满足磁吸式精密播种需要,提出了一种以滑石粉和细铁粉为填料的磁粉包衣剂。通过对白菜和甘蓝2种蔬菜种子的磁粉包衣丸粒化和磁化处理,试验研究了不同铁粉含量的磁粉剂在外磁场磁化作用下,对白菜、甘蓝种子发芽率、发芽势、活力指数的综合影响。试验结果表明：磁粉包衣丸粒化对种子早期萌发有抑制作用,但磁粉剂中铁粉质量分数控制在20%以内时,在磁场综合作用下,能明显提高种子后期的发芽率和活力指数,改善幼苗素质,促进幼苗根茎生长,根据试验得出的发芽率、发芽势、活力指数和幼苗素质,得到丸粒化用磁粉剂铁粉最佳质量分数：白菜种子为20%,甘蓝种子为10%,2种种子的磁化磁场强度为100 mT,研究结果为推动磁吸式精密播种技术的应用提供了试验依据。     

定甩刀防缠式香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

针对香蕉秸秆粉碎机具缠绕造成秸秆粉碎率不达标等问题,该研究设计了一种定甩刀防缠式香蕉秸秆粉碎还田机。在粉碎过程中,粉碎定刀与高速运转中的Y型甩刀对香蕉秸秆形成三点支撑,进而实现秸秆粉碎与避免秸秆缠绕。其中,Y型甩刀由2个L型刀片组合的Y型粉碎刀与甩刀构成。确定了各关键部件的结构参数、动定刀排列组合方式及香蕉秸秆粉碎过程受力分析,明确了影响粉碎效果的主要因素为机具前进速度、粉碎刀辊转速以及Y型甩刀折弯角。以前进速度、刀辊转速和甩刀折弯角为试验因素,以香蕉秸秆粉碎合格率和抛撒不均匀度为评价指标,进行三水平三因素正交田间试验,确定优化参数组合为前进速度1.85 m/s,刀辊转速1 500 r/min,Y型甩刀片折弯角140°,此时香蕉秸秆粉碎合格率为95.1%,抛撒不均匀度为14.6%,满足香蕉秸秆粉碎作业性能要求。与已有秸秆粉碎机进行性能对比试验,结果表明,该研究研制的定甩刀防缠式香蕉秸秆粉碎还田机秸秆粉碎合格率提高了1.7个百分点,防缠性能更优。该机具的研制对解决蕉区秸秆粉碎还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。     

油菜扰动气力盘式穴播排种器参数优化与试验

针对油菜气力式精量排种器作业速度提高易产生漏充影响穴播排种性能的问题,该研究对油菜扰动充种过程进行动力学分析,建立了扰动充种力学模型,明确了充种性能受到种盘转速、工作负压和种盘结构的影响;运用EDEM软件构建了可划分强制扰动区与摩擦扰动区的种子与种盘运动接触仿真模型,以槽齿厚度、槽齿数目和种盘转速为试验因素,以强制扰动区种群平均速度为试验指标,研究了各因素对种群扰动性能的影响规律,获得了较优的槽齿参数组合;以槽齿厚度、槽齿数目、种盘转速和工作负压为试验因素,以漏充率与充种合格率为评价指标进行了四因素三水平正交试验,通过极差分析得到了槽齿较优参数组合,即槽齿数为18、槽齿厚度为1.0 mm,与仿真结果一致,通过台架对比试验明确了对种群具有定向扰动的种盘可有效改善充种性能;开展了安装最佳种盘的穴播排种器穴播排种性能优化试验,以种盘转速与工作负压为试验因素,以空穴率与穴粒数合格率为试验指标,采用三水平析因试验设计,并对试验结果进行回归分析。结果表明,在种盘转速为40～80 r/min,工作负压在2 392～2 500 Pa的条件下,空穴率均低于3%,穴粒数合格率均高于96%。田间试验表明,油菜种植密度为(70±4)株/m~2,平均空穴率为4.6%,平均穴粒数合格率为90.54%,满足油菜农艺种植要求。该研究可为皖江地区油菜机械化穴播技术及装备研究提供参考。     

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。     

带绒棉种丸粒化加工工艺的研究

设计了棉种不脱绒直接进行加工、丸粒化的新工艺,从而实现带绒棉种机械化精量播种。为了实现这一工艺过程,采用介电式种子分选机对带绒棉种进行精选加工,设计成功了滚筒式丸化机进行丸粒化加工。通过丸粒化工艺试验和丸粒化棉种种植试验,证明这一加工工艺可行。为棉花生产过程机械化提供了新的工艺和设备     

步行式甘薯碎蔓还田机的设计与试验

为缓解中国丘陵坡地小田块甘薯碎蔓机械短缺问题,研究设计了步行式甘薯碎蔓还田机.该文在分析整机结构的基础上具体阐述了甘薯碎蔓还田机工作原理,阐明了碎蔓装置、刀座防磨损设计、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计.甘薯秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率是评价甘薯碎蔓还田机的主要指标,该文在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对甘薯碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,以刀辊转速、离地间隙、刀片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计.建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化.试验结果表明:粉碎合格率影响显著顺序为刀辊转速＞离地间隙＞刀片间距;留茬高度影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;伤薯率影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;田间试验结果表明:最优工作参数组合为刀辊转速为1 950 r/min、离地间隙为25 mm、刀片间隙为40 mm,此时秧蔓粉碎合格率为94.88％、留茬高度为47.08 mm、伤薯率为0.23％,与理论优化值对比误差小于5％.研究结果可为步行式甘薯碎蔓还田机的结构完善和作业参数优化提供参考.     

冰草种子物性参数测定与离散元仿真参数标定

为了提高冰草种子丸化包衣过程离散元仿真模拟试验所用参数的准确度，该研究通过物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先，采用物理试验的方法测定冰草种子的基本物性参数（外形尺寸、千粒重、密度、含水率、泊松比、弹性模量和剪切模量）和接触参数（静摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数），参考物理试验测定结果选择仿真试验参数取值范围，采用Plackett-Burman试验对仿真参数进行显著性筛选，筛选试验结果表明：冰草种子-冰草种子静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数对仿真试验休止角有显著性影响。进一步通过最陡爬坡试验确定3个显著性参数最优取值范围，并根据Box-Behnken设计试验得到显著性参数与休止角的二阶回归模型，以物理试验实测的休止角30.54°为优化目标值获得最优参数组合：冰草种子-冰草种子静摩擦系数为0.57、冰草种子-冰草种子滚动摩擦系数为0.74、冰草种子-冰草种子碰撞恢复系数为0.54。最后对物理试验休止角和仿真试验休止角进行双样本T检验得出P>0.05，结果表明仿真得到的休止角与物理试验值无显著性差异，且最优参数组合下仿真试验休止角结果30.86°与物理试验休止角结果30.54°的相对误差为1.037%，进一步验证了仿真试验的可靠性。研究结果表明标定所得的最优参数可用于冰草种子丸化包衣过程的离散元仿真试验。     

气吸滚筒式花生穴播器投种性能分析与试验

针对气吸滚筒式花生穴播器投种过程中种子不能准确落入导种机构而造成漏播、重播的问题,该研究提出了一种通过调整穴播器盖边缘开口位置和导种机构安装角度的方法寻求最佳投种轨迹,对种子脱离穴播器盖进入导种机构阶段建立动力学模型,明确了投种轨迹变化机理,确定了穴播器盖和导种机构的安装参数。借助EDEM仿真软件研究了穴播器盖和导种机构在不同安装角度下的投种性能,得出种子在与分种盘挡片接触状态下脱离穴播器盖边缘的投种性能最佳。选取穴播器盖安装角度、导种机构安装角度和机具前进速度为试验因素,以排种粒距合格率、漏播率、重播率为试验指标,在排种试验台上进行三因素三水平组合试验。结果表明：在穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角为11.18°、机具前进速度为3.85 km/h的条件下投种性能最优,此时排种粒距合格率为95.37%。田间试验结果表明,调节穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角11.18°,机具前进速度在3.05～4.65 km/h范围内,试验结果与台架试验结果基本相符,排种粒距合格率大于89%、漏播率小于7%,重播率小于5%,满足花生单粒精量播种要求。     

基于RVM的配比变量排肥掺混均匀度离散元仿真及验证

采用试验测量或现有的间接标定方法很难实现配比变量排肥离散元仿真的参数标定,针对此标定难题,该文提出一种基于肥料掺混均匀度-仿真参数相关向量机模型主动寻优的标定方法。将配比变量离散元排肥过程看作特定的非线性系统,采用相关向量机机器学习方法揭示模型参数与肥料掺混均匀度之间的映射关系,建立回归元模型;基于最优模型参数值对应的肥料掺混均匀度值应与试验值一致,采用建立的元模型结合试验统计结果构建适应度函数;基于约束最优的数学思想建立数学模型,通过最优参数值遗传算法迭代计算,得到最优值。5种排肥转速下(30、40、50、60、70 r/min),排肥器采用碰撞边缘为外凸曲线形的A型掺混腔时,标定模型排肥后肥料掺混均匀度与试验值的相对误差均值:氮肥为6.4%,磷肥为4.1%,钾肥为5.9%;标定前氮肥为26.8%,磷肥为28.9%,钾肥为36.1%。采用碰撞边缘为直线形的B型掺混腔时,标定模型排肥后肥料掺混均匀度与试验值的相对误差均值:氮肥为5.8%,磷肥为5.6%,钾肥为4.9%;标定前氮肥为21.9%,磷肥为32.5%,钾肥为28.9%;采用碰撞边缘为内凹曲线形的C型掺混腔时,标定模型排肥后肥料掺混均匀度与试验值的相对误差均值:氮肥为5.0%,磷肥为3.7%,钾肥为8.7%;标定前氮肥为36.2%,磷肥为31.6%,钾肥为24.4%,该方法能够实现配比变量排肥离散元仿真参数准确有效的标定。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

利用高速摄像及仿真分析立式浅盆型排种器工作特性

为直观准确观察排种器的工作特性以及种子在其容腔内部的运动状态,利用高速摄像技术拍摄立式浅盆型排种器在不同转速下的工作过程,同时结合离散元仿真软件EDEM(engineering discrete element method)进行仿真,利用其后处理模块中的影像技术标记种子并对工作区间进行分析。采用高速摄影技术和离散元仿真分析软件EDEM分析得出:为了保证清种的可靠性,种盘的折边倾角应在67°~90°之间;同时,为了防止清种过程中带种导致的伤种现象的发生,种层高度应保证种面与护种板之间保留3~4倍种子直径的距离;投种过程中,为了保证排种的均匀性、减小株距变异,在保证型孔的光洁度的同时,投种口的尺寸应选取16 mm×30 mm。该研究为完善立式浅盆型排种器的设计、补充修正相关结构参数提供了参考。     

油麦混编景观种子带编织机研制

为实现油菜、小麦等大田作物景观化种植,该研究基于已有种子带编织机工作原理,设计了一种油麦混编景观种子带编织机,可实现按照预设景观图案自动进行2种作物种子在纸带中的规律化播种。对气吸式排种器等关键部件进行设计,通过试验进行结构和作业参数优化并对编织效果进行评估。试验结果表明,油菜在气流负压2500Pa、吸孔直径1.2 mm和电机转速3 r/min的条件下,小麦在气流负压2 500 Pa、吸孔长径为3.9 mm和短径为1.9 mm、电机转速3 r/min的条件下,排种性能达到最优,播种合格率分别为94.1%和92.2%,重播率分别为1.8%和3.1%,漏播率分别为4.1%和4.7%。机器走纸精度稳定,种子排布均匀性较好,株距变异系数小于6%;当设定作物株距与行距为5cm,总编织点数目在100～900范围内逐渐增加时,图案相对位置变异系数和编织面积变异系数整体上均随图案尺寸增大而减小,图案编织精度逐渐提高,最终稳定在17%左右。田间试验结果表明,苗期图案的相对位置变异系数为18.26%,编织面积变异系数为10.87%,基本呈现出预期的图案视觉效果,研究结果可为大田作物景观化种植的机械化作业提供参考。