基于离散元的大豆精密排种过程分析与动态模拟

采用基于CAD边界模型的离散元设计分析方法,建立了精密排种器部件和种子群联合模型,对常压下大豆精密排种过程进行了动态仿真分析。仿真结果表明,对于外充式垂直圆盘型孔轮排种器,种子在排种轮中心线以下15°~0°充种角范围内,可以进行排种型孔的充填,扩大了种子充填范围;种子之间的摩擦因数对排种性能影响较大;输种管参数对种子在种沟内分布具有显著影响。     

加压条件下气力轮式精密排种器性能分

针对研制的气力轮式精密排种器,采用均匀设计法设计试验,运用均匀设计软件UST 1.0建立了大豆排种性能指标数学模型,分析气力条件下排种器设计参数对排种性能的影响规律.分析表明:气力条件下,排种性能指标主要受气压和作业速度影响,气压范围为1.4～1.8 kPa时粒距合格率达到85%以上,满足8 km/h速度以上大豆精密播种;充种角和清种角变化对排种性能影响不显著,充种角和清种角优化区域与常压条件下排种试验优化结果一致:充种角为46.35°、清种角为55°;气流方向对排种性能没有显著影响.     

驱导辅助充种气吸式精量排种器设计与试验

针对现有气吸式排种器充种环节工作压力要求高、高速作业时充种性能不佳,导致排种质量下降的问题,采用主动驱导种群、减少局部种间接触的方法,提高排种器高速条件下的充种率,并基于此设计了一种驱导辅助充种气吸式精量排种器。分析了排种器充种过程中种子的受力状态,阐述了排种盘导种槽辅助充种的工作原理,以及在充种过程各阶段提高种子充填率的设计思路;对导种槽外形曲线方程、斜面倾角进行了理论计算,确定了曲线的基本参数;利用气固耦合数值分析方法 CFD-DEM,以型孔处局部空隙率为指标,进行了单因素仿真试验,确定了导种槽曲线方程的基圆半径最优值。为了验证设计结果,在工作压力-5、-6 kPa条件下,分别与其他2种气吸式排种器进行速度单因素对比试验,试验结果表明,所设计的排种器在高速条件下的漏充率优于其他排种器。对所设计的排种器进行了前进速度、工作压力的双因素试验,通过多目标优化方法,确定了排种器的最佳工作参数。将所设计的排种器安装在气力式玉米免耕播种机上,在3个工作速度下进行了单因素田间试验,结果表明,当作业速度为9. 11 km/h时,粒距合格指数为95. 48%,高速条件下充种性能较为稳定。     

气力辅助充种式花生精量排种器设计与试验

针对花生播种向精准、高速方向发展过程中高速作业状态下花生种子充种效果差的问题,设计了一种气力辅助充种式花生精量排种器,重点设计了排种器排种盘结构和气力辅助充种结构。针对颗粒尺寸大、质量大的花生种子,通过对花生种子在排种器中堆积现象与充种时间进行分析,得出花生高速排种充种过程需增强充种性能,从而提高充种效率。通过对花生种子进行充种原理分析,阐明花生种子充种过程中种子与排种器的运动关系与受力关系,分析充种过程影响因素。通过设计带有导种槽的排种盘和带有辅助吹种型孔的辅助充种结构,分析计算排种盘吸种孔、导种槽的关键结构参数以及辅助吹种型孔参数与排列方式。以充种合格率和充种漏充率为指标,进行三因素三水平组合试验,对试验结果进行多元回归分析,以最优目标进行优化,确定排种盘最佳参数组合为排种器吸种负压5.156 kPa、花生高速播种机前进速度8.007 km/h、扰动吹种正压1.149 kPa,此时,花生充种合格率为95.84%、漏充率为4.06%,能够实现花生种子有效充种。     

气力离心组合式小麦精量排种器设计与试验

针对传统小麦播种以无序种流、不定量排出的方式存在脉动性高、均匀性差的问题，设计了一种气力离心组合式小麦精量排种器，采用气力充种和离心清种的方式，种子有序均匀排出。对排种器的关键参数进行设计，建立充种和排种过程的动力学模型，确定充种角和落种角的初始范围。利用气固耦合仿真分析方法DEM-CFD进行排种器单因素试验，仿真结果表明，当充种角范围进一步缩小为36°～56°时，其携种性能较好；落种角范围进一步缩小为43°～63°时，其排种性能较好。在此基础上，以充种角、落种角、排种盘转速为试验因素，以漏播率、重播率、直线落种率为响应指标，进行正交旋转组合试验。试验结果表明，当充种角为47.75°、落种角为52.48°、转速为635.5 r/min时，排种器工作性能最优，此时，漏播率为2.78%、重播率为3.73%、直线落种率为93.46%,验证试验结果与优化结果基本一致。田间试验结果表明，当设置排种盘型孔内侧面充种角为47.8°、下侧面落种角为52.5°、排种盘转速在552～800 r/min范围内时，漏播率低于8.9%、重播率低于4.3%、排种合格率高于88.6%,符合小麦精量播种要求。     

计算机模拟内侧充种垂直圆盘排种器充种过程

通过建立种子充入型孔过程中的运动微分方程,对充种过程进行计算机模拟,说明了模拟方法思路,绘出了流程图。分析了排种轮直径、充种初始角、种子初始角速度等对充种极限速度的影响;导出了纯重力充种的充种极限速度解析式;对排种器充种机理进行了探讨。     

一种型孔深度可变的排种器

设计了一种型孔深度可变的排种器,分析了影响排种器单粒率的主要因素.通过采用的固定凸轮活销机构实现型孔轮的型孔深度可变,根据种子在充填分离、清种定量和排种过程中的要求,改变型孔深度,提高了排种器对不同形状和尺寸种子的适应性.由外槽轮根据排种器的排种量,定量向充种区补充种子,保证了排种器在充种区域内始终保持最佳种子量,减少了种子在充填分离过程中因相互作用、干扰产生空穴.同时,在清种定量的过程中,刷轮需清除的种子量较少,便于清种,提高了排种器单粒率,适用于大豆和玉米等大粒种子的精密播种.     

小粒径气力滚筒式排种器排种参数阈值确定

以自主研发设计的小粒径气力滚筒式排种器为研究对象,选取油菜作为典型小粒径种子,通过受力分析,建立种子运动轨迹方程。应用MATLAB软件分析其主要性能参数投种角度和正压区排种孔压强,得出种子的投种角度和正压区排种孔压强对水平运动位移及其绝对值的影响关系,并给出最优搭配表,确定投种角度与正压区排种孔压强阈值,从而提高排种过程的稳定性。结果表明,当投种角度为1.256 6(72°)、压强在10~15 Pa和投种角度为1.335 2(76.5°)、压强在10~20 Pa时,排种过程稳定。分析结果可为小粒径气力滚筒式排种器的局部结构进一步优化和改进提供必要的理论依据。     

重力辅助充种盘室同步气吸式排种器性能分析

为探究重力辅助对盘室同步气吸式精量排种器充种性能的影响,以盘室同步气吸式精量排种器为载体,对其充种过程进行了受力分析,建立了重力辅助充种受力数学模型,结果表明：型孔充填过程中,待充种子重力在排种盘径向的分量与气流曳力方向一致;已充种子脱离种群过程中,种子重力沿径向分量与压力梯度力方向一致,种子重力对充种有辅助作用。运用EDEM(Engineering discrete element method)软件仿真分析了300、600、900、1200粒种群数量条件下,待充种子对排种盘平均法向力随低、中、高3种不同充种区域变化的影响,仿真结果表明：种群数量300粒时,各区域平均法向力随区域位置的变化不明显,种群数量为600、900、1200粒时,平均法向力随区域位置的变化规律一致,此时种群数量对充种效果影响可忽略。对仿真结果进行试验验证的结果表明,盘室同步气吸式精量排种器台架试验3个区域漏充率由大到小为：低位、中位、高位。通过盘室同步气吸式精量排种器重力辅助充种和无重力辅助充种对比试验表明：重力辅助充种下,排种器作业风压3~5.5kPa时,合格指数均高于94%;无重力辅助充种情况下,排种器作业风压6kPa才开始满足国标需要,重力辅助充种显著降低了排种器作业风压需求,提高了作业质量。     

马铃薯排种器种层扰动控制方法研究进展及展望

马铃薯排种器是实现马铃薯精密播种的核心工作部件,其排种性能与种群的离散程度密切相关,种群的离散程度是确保种子顺利充种的关键,而排种器的种层高度、种层扰动又是影响充种性能的关键因素。介绍现有马铃薯排种器的主要结构形式,分析机械扰动和气流扰动提升种群离散度,以及不同供种装置控制充种区种层高度、种群流动性来提高排种器充种性能的方法;归纳马铃薯排种器种层扰动控制方法中存在的问题：对种群扰动数学模型建立与种群运动分析研究较少等;对种层扰动改善马铃薯排种器充种性能的方法进行展望,提出一种大小种箱间歇式供种装置,通过间歇供种控制种层高度,利用振动产生的种群扰动增大充种区的种群离散度、种群流动性,以期为改善马铃薯排种器充种性能提供参考。     

勺轮式玉米排种器运动机理的研究

勺轮式玉米排种器以勺轮上的舀勺为排种元件,应用多力联合充种的原理,从充种的角度阐明其排种元件的位置和结构特点,分析玉米籽粒在排种器中的不同状态。本文重点分析了依靠重力、摩擦力、离心力和玉米籽粒间的挤推力以填补空间、相向速度差和同向速度差3种途径进行充种的方式,并运用EDEM软件验证玉米籽粒在排种器的不同状态和充种方式,探究玉米籽粒在排种器中的运动轨迹。结果表明:玉米籽粒的运动状态、充种方式、运动轨迹和理论分析一致,可为勺轮式玉米排种及其关键部件的优化设计提供参考。     

气吹式深松机整机振动试验研究

对气吹式深松机进行田间振动试验,得到气吹式深松机整机振动信号。通过对振动信号时域与频域的信号分析,确定了气吹式深松机振动的基频为9Hz,振动的主频为19Hz。此外,由于存在柴油机与空气压缩机的倍频成分,通过相干分析,确定了柴油机与空气压缩机的振动为气吹式深松机整机振动的主要振动源。研究可为下一步气吹式深松机整机动力学分析提供依据,为后续气吹式深松铲的优化改进、整机模态分析、整机的优化减阻,以及解决深松深度不平衡等问题提供参考。     

改进型夹持式棉花穴播轮排种过程高速摄像分析

采用高速摄像技术对改进型夹持式棉花穴播轮的工作过程进行了分析.分析得知,充种区的种子作大、小2个环流运动,可实现两次冲刷充种,种子相对种子室的运动较改进前有所增大,从而增大了充种机率;取种器漏充的主要原因是2粒种子横向并排摆放在夹种口中引起的;清种方式有3种:即种子在重力作用下落下、夹种口变小种子被挤出夹种口和种子的平衡位置被破坏落下;种子进入夹种口的平均速度随穴播轮转速的增大而逐渐减小.     

2BFS-8型水稻芽种播种施肥机设计与试验

设计了2BFS-8型水稻芽种播种施肥机,可一次完成平田、开沟（厢沟、畦沟、肥沟）、作畦、播种、施肥、压种、盖肥等工序。采用振动阀门的槽轮排种器,可实现水稻芽种定量精密分行条播,并防止伤芽和断条。采用常规槽轮排肥器与施肥开沟器,可实现常态化肥分行深施。由组合式开沟器形成的多沟并举,有利于水肥有效管理和光、温充分利用。室内台架和田间生产试验表明,该机主要技术性能指标均达到国家相关标准规定。     

辅助充种带气吸式蚕豆精量排种器设计与试验

针对蚕豆种子粒径大、三轴尺寸差异大,充种困难的问题,设计了一种带有平带辅助充种装置的气吸式蚕豆精量排种器。通过对充种过程中的动力学分析阐述了平带辅助充种装置及种子的运动机理;利用计算流体力学和离散元法双向耦合模拟的方法(Computational fluid dynamics and discrete element method, CFD-DEM),开展了单因素试验,确定了影响排种器充种性能的主要零部件参数并明晰了平带辅助充种机理;搭建试验台架,选取作业速度、平带输入轴转速和负压为试验因素,合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交组合试验。试验结果表明,影响排种器合格指数的因素主次顺序为：作业速度、负压、平带输入轴转速。对试验结果进行多目标优化,得到最优参数组合为作业速度5.69 km/h、平带输入轴转速395 r/min、负压3 845 Pa,对此结果进行排种器性能试验验证,此时合格指数为91.6%、重播指数为3.8%、漏播指数为4.6%,满足蚕豆播种要求。     

型孔轮式排种器弹性随动护种带装置设计

传统的型孔轮式谷物排种器都采用固定式护种板,由于种子与护种板之间的相对运动和摩擦,不可避免地会对种子造成损伤,同时会对护种板内表面和排种轮外表面造成磨损。设计了一种可拆式弹性随动护种装置,弹性护种带与排种轮一起转动,由于种子与护种带之间没有相对运动,大大降低了对种子的损伤和排种轮外表面的磨损。对弹性随动护种带装置的结构和护种带的材料、形状、强度和长度进行了优化设计。安装了弹性随动护种带的水稻精量穴直播机台架试验、样机试验和性能检测结果表明,稻种的破损率可降至0．3％。     

油莎豆窝眼排种轮低位集穴排种器设计与试验

结合油莎豆物料特性和黄淮海区域油莎豆种植农艺要求，针对油莎豆种子表面凹凸不平、形状不规则导致的流动性差、充种性能不佳和每穴3粒种子投种时轴向分散等问题，设计了一种油莎豆V形凹槽窝眼排种轮低位集穴排种器。通过对窝眼排种轮直径、型孔以及其表面增设的V形凹槽进行设计，提高了精量分离充种性能；在窝眼排种轮下方加设低位投种集穴装置，既可降低投种高度，又可将分散下落的种子向中间聚集，提高了成穴效果。利用EDEM软件对排种器进行了运动特性仿真，分析了不同结构参数对充种效果的影响，确定了窝眼排种轮的结构参数；以窝眼排种轮转速、种层高度和型孔宽度为试验因素，以合格指数、漏播指数和重播指数为试验指标，进行了二次回归正交旋转组合仿真试验。仿真试验结果表明：影响合格指数的主次顺序为窝眼排种轮转速、型孔宽度、种层高度；当窝眼排种轮转速为22.10r/min、型孔宽度为14.23mm、种层高度为52.59mm时，合格指数为92.11%、漏播指数为2.24%、重播指数为5.65%。最后进行了台架试验，对仿真结果进行了验证，得出油莎豆低位集穴排种器的充种和集穴性能较好，满足油莎豆精密播种要求。     

气力式油菜、小麦兼用精量排种器设计及排种分析

为提高播种机具的利用率,实现油菜和小麦的兼用播种,本文针对油菜和小麦的机械物理特性,设计了一种气力式油菜小麦兼用型精量排种器,确定了排种滚轮、护种板、气室等关键部件的主要结构参数;分析了充种、清种和卸种过程中的种子运移规律,得出油菜、小麦的充种极限速度分别为0.18m/s、0.13 m/s,油菜、小麦的护种板护种角分别为31.5?~43.2?、36.18?~41.40?, 油菜、小麦的气室气压分别为＞342Pa、＞458Pa。台架试验表明所设计的排种器能满足农艺上油菜和小麦播种的要求。      

薏苡精量排种器试验研究

针对贵州丘陵山地薏苡精量穴播机具需求，依托勺轮式精量播种机，实现薏苡多粒穴播。结合薏苡种植农艺要求，探讨机械式薏苡精量播种性能参数的最佳匹配。保证穴距的前提下，以排种器的排种粒数为评价指标，建立不同输送带速度与排种速度的函数关系，优化勺轮型孔数与排种轮导种槽数的对应关系，确定了试验参数，在排种试验台上进行薏苡排种试验。试验表明:输送带速度对排种粒数影响不显著；孔槽比18∶18时，不能满足粒数要求；孔槽比18∶9，穴距挡位140 mm，行驶速度约5 kmh（对应排种轴转速33.18 rmin）为薏苡播种机最佳参数匹配。      

静压式平面空气轴承压力场的有限元分析

采用有限元理论分析了静压式平面空气轴承的压力场，并讨论了空气轴承压力场边界条件的处理。分析结果表明，空气轴承的压力场呈现尖峰状分布。分析结果已应用于三坐标测量机的空气轴承设计中，取得了令人满意的效果。