侧正压玉米排种器流场模拟与试验

为了分析工作参数对侧正压玉米排种器内部流场分布的影响,用Fluent软件的大涡模拟方法(LES)分析了排种器内部的正压气室流场,研究了不同参数下排种器内部流场的变化规律。分析表明,进气口压力恒定时,随着转速的增加,压力场分布变化较小,基本数值波动不大;根据速度场分析,当转速较高时,充种区气流流速变小,易造成种子充填性较差。当转速恒定时,进气口压力在一定范围内变化,排种器内部压力场分布变化较小,说明压力变化对种子充填性能影响不大。根据排种试验,进气压力1.2kPa,排种盘转速16r/min时,排种合格指数达到9130%,且排种盘转速是影响排种性能的最显著因素。     

气吸滚筒式棉花精密排种器流场数值模拟与试验

针对气吸式精密排种器充种、携种阶段存在充种精度不高的问题,从提高排种器充种性能和精度出发,以气吸滚筒式精密排种器为研究对象,建立流场模型,利用Fluent软件对影响充种性能的滚筒负压腔负压与吸孔直径进行数值模拟,探究不同影响因素对排种器内部压力场与速度场变化规律的影响。通过试验对仿真进行验证,并以滚筒转速、吸孔直径、负压为影响因素,对排种器合格指数、漏播指数和重播指数进行试验研究,结果表明:在滚筒转速15.38r/min、吸孔直径3.59mm、负压5.04kPa时,排种器的排种合格指数为93.3%,漏播指数为2.58%,重播指数为4.25%,排种效果最好。     

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5～10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,...     

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。     

基于DEM-CFD耦合的玉米气吸式排种器仿真与试验

针对DEM-CFD计算量大的问题,首先利用Fluent仿真,通过设计进气口位置的三因素三水平正交试验,以充种区型孔压强、自清种区型孔压强、清种区型孔压强、携种区型孔压强为评价指标,进行极差和方差分析,确定最佳进气口位置参数;其次,基于离散单元法理论建立玉米籽粒黏结颗粒Bonding模型,对气道流场划分结构化网格,并设置相关参数,实现玉米气吸式排种器DEM-CFD气固耦合仿真;提取排种盘吸附玉米种子时的型孔流场压强,发现每个区域的压强都能稳定过渡,且压强由大到小为充种区、自清种区、清种区、携种区、卸种区;通过理论计算得出吸附压强最小值,并与仿真结果进行对比,结果表明仿真结果均大于理论计算吸附压强最小值;采用第1代常规气室结构排种器和本文设计排种器进行风压测定对比试验分析,验证了所选进气口位置参数的合理性;最后,以改变排种盘转速为例,选取排种器常用作业速度8、10、12、14km/h,以合格指数、重播指数、漏播指数为排种性能评〖JP2〗价指标,通过仿真考察其排种性能,并与台架试验进行对比。结果表明,在仿真模拟中,当作业速度不大于14km/h、〖JP〗负压为3kPa时,合格指数均不小于89.7%,漏播指数不大于7.8%,重播指数不大于2.5%;台架试验中,在相同的作业速度和负压下,粒距合格指数均不小于90.3%,重播指数不大于2.7%,漏播指数不大于7%;仿真试验与台架试验结果较为接近,验证了仿真模拟的可行性。     

气吸滚筒式棉花精密排种器流场分析

为分析气吸滚筒式精密排种器充种性能的影响因素和负压腔流场分布规律,建立了充种过程种子在气流场中的力学模型,利用Gambit软件建立滚筒负压腔仿真简化模型,运用Fluent软件对影响充种性能的吸孔形状、吸孔直径及滚筒负压腔流场分布进行了数值模拟。采用正交试验的方法设计试验方案,研究滚筒转速、吸孔直径及气室负压对排种性能指标的影响,结果表明:滚筒转速为12r/min、吸孔直径为3.5mm、气室负压为4.8k Pa时,排种效果最佳,合格指数为9 3%,漏播指数为2%,重播指数为5%,满足棉花种植农艺要求。     

气力轮式精密排种器大豆充种过程试验研究

采用均匀设计和高速摄像方法,研究气力轮式精密排种器在常压和加气条件下大豆种子在充种过程中的运动。试验结果表明:常压下,充种角小于45o时,种子面随充种包角增加而提高,无带动层;充种角大于45o时,排种轮上部出现带动层,带动层种子随排种轮转动到达清种位置;气力条件下,吹嘴进口压力>1.0kPa时,在充填区上部逐渐形成一个比较明显的回旋流动区,种子群在该区域形成沿逆时针方向运动的种子环流群,扩大了种子的充填范围。     

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。     

基于离散元的排种器振动对大粒径作物种群的影响

排种器工作效果受种群运动情况的影响较大,而振动则直接影响种群运动。为此,运用离散元软件模拟排种室内大豆种群(充种2 600粒左右)的运动,在排种盘转速为54r/min、排种器整体振动频率为14Hz情况下,振幅分别为0、1、2、3、4、5mm时,分析了振幅对排种室内种群运动的影响。通过软件后处理模块得到2~5s稳定状态内若干时间点的种群平均速度和种群所受压力。利用ORIGIN软件得到种群速度和受力同振幅的拟合曲线,结果表明:种群平均速度随排种器振幅增大而提高,种群所受压力随振幅增加而先降低后升高。本次仿真试验为室内排种试验振幅的选择提供了可靠依据。     

玉米大豆兼用腔盘组合孔式排种盘设计与充种性能试验

针对玉米大豆带状复合种植条件下传统机械式排种器不易实现二者兼用精量排种要求、现有气力式排种器排种速度提高因型孔漏充存在漏播断条等问题,设计了一种具有腔盘组合孔结构的排种盘,分析确定了排种盘关键结构参数,构建了吸附过程和吸运过程力学模型。应用EDEM离散元仿真与台架试验相结合的方法进行了排种盘型式优选试验,结果得出：腔盘组合孔式排种盘具有提高充种室种群定向运移平均速度和增大拖拽充种角的作用,有效抑制了型孔漏充率。以安装优选种盘的玉豆兼用排种器为对象,以机组前进速度和工作负压为试验因素,以漏充率和充种合格率为试验指标,采用二因素全因子试验设计开展了充种性能试验,结果表明：当机组前进速度为4.0～7.0 km/h、工作负压在3.0～4.0 kPa时,玉米和大豆种子漏充率均小于3.6%、充种合格率均不小于96%。田间验证试验表明,在机组前进速度为4.0～7.0 km/h、工作负压为3.0～4.0 kPa条件下,腔盘组合孔式排种盘的排种器播种玉米和大豆漏充率分别不大于3.8%、4.2%;当工作负压为3.0 kPa、机组前进速度为7.0 km/h时,自扰动腔盘组合孔式排种盘相比无扰动平面排种盘,播...     

气吸滚筒式棉花精量穴播器排种性能试验

针对气吸滚筒式精量穴播器作业过程中能耗大、排种性能不稳定等问题,以主要影响因素:取种盘吸孔线速度和充种负压为研究对象进行正交试验、回归分析,确定各因素对排种性能的影响规律及较优工作参数组合.结果表明:充种相对压力-4.5 kPa、取种盘吸孔线速度0.38 m/s时为较优作业参数组合,此条件下穴播器的单粒指数为98.67%、综合评价指数为99.00%、重播指数为0.67%、漏播指数为0.67%,满足精量穴播要求.     

气吸式水稻芽种排种器气室流场研究

以气吸式垂直圆盘排种器为研究对象，采用ANSYS软件对水稻芽种在充种过程中的速度场和压力场进行了模拟，并利用高速摄像技术，试验研究了精播水稻芽种排种器的充填过程。排种性能试验结果表明，真空度在2～3．51kPa范围内排种性能最好，排种盘线速度大于0．56m／s时，排种器的充填性能开始明显下降。在理论分析和试验的基础上，探明了充种过程的运动规律及其影响因素。     

气吹型孔轮式精密排种器吹气压力试验研究

通过台架和田间试验,得到了气吹型孔轮式精密排种器播种玉米适宜的吹气压力范围,并通过单因素方差分析试验考察了吹气压力对株距合格率的影响情况。台架试验发现,在吹气压力大于0.5kPa条件下,株距合格率基本能在90%以上,能够实现精密排种。考虑多种因素,建议实际田间作业压力适宜范围为0.4～0.5kPa。气吹型孔轮式排种器适宜吹气压力范围广,漏播率低,田间播种性能稳定可靠。     

气吸滚筒式棉花精量穴播器排种性能试验

针对气吸滚筒式精量穴播器作业过程中能耗大、排种性能不稳定等问题，以主要影响因素:取种盘吸孔线速度和充种负压为研究对象进行正交试验、回归分析，确定各因素对排种性能的影响规律及较优工作参数组合。结果表明：充种相对压力-4.5 kPa、取种盘吸孔线速度0.38 m/s时为较优作业参数组合，此条件下穴播器的单粒指数为98.67%、综合评价指数为99.00%、重播指数为0.67%、漏播指数为0.67%，满足精量穴播要求。     

扰动促充机械式绿豆精量排种器设计与试验

我国绿豆种植机械化水平较低，多采用撒播或条播，良种浪费严重，针对该问题并结合种植地块小且分散，每穴2～3粒的农艺播种要求，设计了一种采用凹型携种孔兜种、导种槽促进充种、毛刷清种护种的扰动促充机械式绿豆精量排种器。分析了扰动促充力学关系，确定了导种槽、携种孔和清种毛刷参数的设计方法。采用离散元软件EDEM仿真优化方法，以携种孔的结构尺寸参数为试验因素进行了三因素三水平的正交仿真试验，确定了较优的携种孔参数组合为：携种孔长度10.5mm、宽度6.5mm、深度5mm，对较优参数组合进行了验证试验，试验结果表明排种器的最优充种指数为96.05%，合格充种指数为1.64%，漏充指数为1.57%，与仿真优化结果一致。为考察排种器对速度的适应性，进行了速度单因素试验，试验结果表明作业速度小于等于8km/h时，合格指数大于90%，漏播指数小于5%，重播指数小于2%。为验证排种器对不同品种绿豆的适应性，进行了品种适应性试验，试验结果表明所选绿豆品种的合格指数大于95%，漏播指数小于5%，重播指数小于3%，均满足设计要求。     

气吸与机械辅助附种结合式玉米精量排种器

针对气吸式排种器播种玉米时漏播率较高、地头漏播严重等问题,设计了一种采用机械托种盘辅助附种的气吸式玉米精量排种器,利用托种盘窝眼对种子的托附和夹持作用,实现对气吸式排种盘的辅助附种.分析并确定了排种器工作区域和托种盘主要结构等关键参数.试验结果表明:在前进速度6～12 km/h时,该排种器的粒距合格指数A≥91.40％、重播指数D≤3.82％、漏播指数M≤4.78％、合格粒距变异系数C≤18.37％,具有良好的排种效果.在10 km/h作业速度下,该排种器(真空室相对压力-3 kPa)的各项性能指标均明显优于常规气吸式排种器(真空室相对压力-4 kPa),其中漏播指数比后者相对降低了29％.     

气吸圆盘式微型薯排种器充种性能模拟与试验

为提高气吸圆盘式微型薯排种器充种性能,以云南丽薯6号微型薯为播种对象,基于离散元法,以种子平均法向应力方差为指标,对振动频率和振动幅度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验结果与仿真效果一致。结果表明:增加振动频率和振动幅度可以增大种子平均法向力方差,增强对种子的扰动性,从而提高充种性能。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素五水平二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行排种性能试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在作业速度为2.4 km/h,吸种负压为6 kPa,种层高度为70 mm,振动频率为6.5~6.9 Hz,振动幅度为20~21 mm时,合格指数大于95,重播指数和漏播指数小于2.5。     

限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器设计与试验

针对目前小麦种子尺寸小、形状不规则导致传统排种器存在漏充率高、充种合格率低等问题,设计了一种限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器。排种器基于限制种子充种姿态的原理,增设弧形辅助充种板和搅种盘,使种子长轴与型孔长轴近似位于同一平面,在正负压良好充种的基础上获得更佳的单粒充种性能。通过对充种过程及种子田间分布情况的分析,计算确定排种器关键结构参数：型孔列数3列,每列型孔个数30个,型孔长度8mm、宽度5mm、深度3mm;并采用EDEM软件进行仿真试验,确定了弧形辅助充种板的最优角度为5°。在此基础上,利用Design-Expert软件,以型孔轮转速、真空度、搅种盘转速为试验因素,以充种合格率、漏充率、重充率为评价指标,进行三因素三水平二次回归正交试验。通过构建回归方程及响应面数学模型,分析了各试验因素对排种器充种性能的影响,且对试验参数进行综合优化,确定最佳参数组合：型孔轮转速66.27r/min、真空度3.52kPa、搅种盘转速52.00r/min,并进行试验验证,得到排种器充种合格率为92.70%,漏充率为3.47%,重充率为3.83%。该排种器满足小麦精密播种对排种器的性能要求。     

玉米扰动辅助充种高速气吸式排种器设计与试验

针对现有玉米气吸式排种器高速作业引起的种子漏吸,导致作业效果不佳的问题,通过增大充种区域,增加排种盘的充种时间,加强种群离散度,减小吸附压力,并基于此设计一种双重扰动辅助充种高速气吸式排种器。分析不同高度种层种子的受力平衡方程,计算扩容板位置和结构参数。分析扰种台柱和型孔作用下种子运动力学模型,并确定了带扰种台柱的中字型吸种孔排种盘的关键结构参数。以颗粒瞬态法向力为评价指标,运用EDEM软件仿真分析3种排种盘的扰动性能,结合台架试验检测3种排种盘充种性能,得到所设计的排种盘能够有效加强对种群的离散,强化排种盘的吸种性能。台架试验结果显示,当扰动辅助充种高速气吸式玉米排种器作业速度为8~10km/h、吸附负压为3.0~4.0kPa时,漏播指数不高于5.1%,重播指数不大于4.2%,粒距合格指数不小于94.6%,合格粒距变异系数不大于15.33%;当作业速度为12~14km/h、吸附负压为3.5~4.0kPa时,漏播指数不高于7.9%,重播指数不大于1.3%,粒距合格指数不小于92.1%,合格粒距变异系数不大于17.67%,高速条件下作业性能较好,各项指标均优于国家标准。     

集排式大豆精量排种器设计与试验

为了简化播种单体结构,提高播种质量,适应大豆窄行密植农艺对播种机的要求,设计了一种集排式大豆精量排种器。阐述了该排种器滑落吸种、碰撞清种工作方式,通过对充种区域的种子进行受力分析,确定了种子吸附时排种器所需气压范围;分析下落种子相对滚筒的速度及其通过吸孔的次数;对多自由度密封结构进行了受力分析,确定了气室铰接的结构参数;应用高速摄像技术,选取合格指数A、重播指数D、漏播指数M为试验指标,气压、作业速度为试验因素进行了双因素重复试验。试验结果表明:当气压为3、4 k Pa,作业速度为4~12 km/h时,合格指数随作业速度增大呈下降趋势;当气压为5、6、7 k Pa,作业速度为4~12 km/h时,合格指数随作业速度增大呈先上升后下降趋势;漏播指数随气压增大呈下降趋势,且随作业速度增大呈上升趋势;当气压为5 k Pa,作业速度为4~12 km/h时,合格指数大于95%,漏播指数小于2%,该排种器能够满足播种要求。