气吸滚筒式玉米排种器充种性能仿真与试验优化

为了提高气吸滚筒式排种器充种性能,采用离散元分析的方法,对种层高度、振动频率、振动角度分别进行数值模拟,结果表明:在相同条件下提升种层高度,可以增长充种区弧长,增加充种时间,降低排种器的漏充率;振动频率增加,种子平均法向应力方差增大,即对种子的扰动性增强;合适的振动角度可以有效提高供种高度。减小内摩擦、增强种群扰动性、提高供种高度均可有效提高排种器充种性能。为寻找最佳参数组合,以郑单958玉米种子为播种对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行了排种性能试验,建立了种层高度、振动频率、振动角度3个主要因素与合格率、漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素及交互作用对合格率的影响规律,并进行了参数优化与验证试验。当最佳参数组合为振动角度45°,振动频率116~122 Hz,种层高度96~117 mm时,合格率大于90%,漏播率小于5%,重播率小于5%。经试验验证,试验结果与分析结果基本一致。试验结果表明该气吸滚筒式精密排种器对于玉米种子具有很好的播种适应性。     

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。     

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。     

气吸圆盘式微型薯排种器设计与试验

针对微型薯等大粒种子不易充种问题,设计了一种可振动供种的气吸圆盘式微型薯排种器。阐述了该排种器的工作原理,通过理论计算与数值模拟,确定了其主要结构参数。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素四水平正交试验方法,对排种器进行排种性能试验,结果表明:影响其排种性能的主次因素依次为作业速度、振动频率和吸种负压,较优参数组合为作业速度2.4 km/h、振动频率6.5 Hz、吸种负压6 k Pa,在此条件下排种合格指数为94.2、漏播指数为1.7、重播指数为4.1,满足微型薯的精密播种要求。研究了振动供种机构对微型薯造成的损伤情况:在不同的振动频率下,微型薯的破损率均小于1%,振动供种机构对微型薯的损伤不大。     

磁吸滚筒式排种器种箱振动供种仿真与试验

基于颗粒离散元法,以番茄磁粉包衣种子为对象,采用Hertz-Mindlin接触模型,建立了种子和排种器仿真分析模型,研究了种箱振动频率、振幅对种群运动规律及种箱供种性能的影响。仿真结果表明,在振动频率40 Hz、振幅0.50 mm和0.75 mm时,种群堆积高度稳定,可以达到稳定供种。为了验证仿真模型的可靠性,采用高速摄像拍摄了在种箱振动频率为40 Hz、振幅为0.75 mm条件下的供种情况,种子实际供种情况与仿真结果吻合。以种箱振动频率、振幅为试验因素,在磁吸滚筒式排种器上进行排种性能试验,得出种箱在振动频率40 Hz,振幅为0.50 mm和0.75 mm时,单粒率达92%,漏播率低于3%;在振动频率20 Hz和60 Hz时,不同振幅下的单粒率均小于80%。     

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。     

凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器设计与试验

针对人参种子流动性差,导致排种器在充种环节漏充严重、伤种率高等问题,采用增大种群扰动、减小局部种间摩擦力的方法,提高排种器的充种性能,并基于此设计了一种凸包异形孔窝眼轮式精密排种器。通过对充种区种子受力状态和运动状态进行分析,阐明了凸包异形孔结构提高排种器充种性能的机理;进行理论计算和对充种过程运动学分析,利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同结构参数对种群的影响,并确定了窝眼轮的结构参数;以窝眼轮转速、凸包高径比和种层高度为试验因素,以合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:影响合格指数的主次顺序依次为凸包高径比、窝眼轮转速、种层高度;当窝眼轮转速为29.75 r/min、凸包高径比为0.43、种层高度为53.92 mm时,充种性能最佳,此时合格指数为95.59%、重播指数为2.97%、漏播指数为1.40%。为验证排种器的工作性能,进行了台架试验和田间试验,结果表明,凸包异形孔窝眼轮式精密排种器的充种性能较好,满足人参播种要求。     

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。     

基于振动调序有序充种滚筒式排种器设计与试验

为解决机械式排种器充种过程中种箱中种群起拱和窝孔堵塞问题,提出有序供种思想,设计了一种基于振动调序有序充种滚筒式排种器。阐述了振动调序有序充种滚筒式排种器的工作原理,确定了关键零部件的结构与参数,建立了供种过程的动力学模型。以单粒率、多粒率、漏播率为排种性能评价指标,采用三因素三水平正交试验方法,研究了供种倾角、滚筒转速、窝孔开口大小对排种器排种性能的影响。试验结果表明:影响排种器性能因素的主次顺序为供种倾角、滚筒转速、窝孔开口大小;当供种倾角为38°、滚筒转速为8r/min、窝孔开口大小为13mm时,单粒率为90.24%,多粒率为4.45%,漏播率为2.09%,排种器满足棉花精量播种要求。     

基于DEM-CFD耦合的文丘里供种管供种均匀性仿真与试验

为研究影响文丘里供种管供种均匀性的机理,运用DEM-CFD耦合仿真方法分析了不同喷嘴口收缩角下,流体场、耦合场、颗粒场的变化规律,得出收缩角为70°时,流场场压变化明显,作用范围合理,耦合场未出现籽粒堆积现象以及颗粒场吹出种子连续均匀速度一致。为探索种子喂入量与气吹风压对文丘里供种管供种均匀性的影响,进行了正交试验,以供种量变异系数为试验指标衡量供种均匀性。由试验结果极差分析得出,影响均匀性的主次因素为种子喂入量、气吹风压。方差分析得出,种子喂入量为极显著因素,气吹风压为显著因素,两者交互项为不显著因素。试验结果表明,在种子喂入量为1.8kg/min,气吹风压为7kPa时均匀性最佳。在排种器转速为136r/min情况下对上述组合进行排种性能试验验证,得出合格指数为92.18%,漏播指数为0,重播指数7.82%,结果表明此种组合下文丘里供种管供种均匀稳定,与理论优化结果基本一致。     

小麦气送集排器等宽多边形槽齿轮式供种装置研究

针对小麦气送式集排器供种装置充种环节种子流动性差，导致充种及供种不稳定的问题，设计了一种具有等宽多边形槽齿轮的小麦供种装置。阐述了供种装置的工作原理，确定了等宽多边形槽齿轮的主要结构参数。利用EDEM仿真对比分析了不同结构型式槽齿轮对种群扰动能力、充种及供种性能的影响，结果表明，当供种轴转速为20r/min时，在仿真的1~10s内随等宽多边形槽齿轮边数的增加，种群平均动能均值逐渐减小，对种群平均扰动能力依次减弱，但相邻平均动能峰值间隔时间缩短，扰动种群的频率增加；等宽三边形、等宽五边形、等宽七边形、等宽九边形槽齿轮扰动下种群平均动能均值比圆形槽齿轮分别高371.32%、209.23%、91.02%、53.37%；以充种合格率（（2±1）粒/孔）和漏充率（0粒/孔）为指标，等宽七边形槽齿轮充种合格率为93.98%、漏充率为2.78%，供种粒数与供种时间具有较高的线性度，充种和供种性能较优。台架试验验证了等宽七边形槽齿轮式供种装置的供种性能及对排种性能的影响，结果表明，当转速为10~60r/min时，供种速率稳定性变异系数不高于2.14%，供种时破损率不高于0.20%，总排量稳定性变异系数不高于2.15%，排种时破损率不高于0.23%，满足小麦种子稳定供种要求。     

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EDEM软件的玉米育种排种器改进与充种性能试验

基于EDEM软件,以种腔自净型排种器为研究对象,对带凹槽排种盘扰动种群的过程进行了仿真分析,考察了种群平均法向力、种群距排种盘平均距离和种群运动平均速度3个指标,分析对比了带凹槽排种盘及无凹槽排种盘对种群离散程度的影响。仿真结果表明,在种子量较少的情况下,带凹槽排种盘可有效增强种群的离散程度,降低种子在被吸孔吸附前受到的种群内摩擦力,提高吸附率。台架试验验证了仿真分析的推论,通过在排种盘上设置凹槽的改进方式,加强排种盘对种群的扰动就可以在一定程度上提高排种盘吸孔吸附种子的能力,降低漏充率,使排种器的漏播率满足国标要求。     

基于EDEM软件的玉米育种排种器

基于EDEM软件,以种腔自净型排种器为研究对象,对带凹槽排种盘扰动种群的过程进行了仿真分析,考察了种群平均法向力、种群距排种盘平均距离和种群运动平均速度3个指标,分析对比了带凹槽排种盘及无凹槽排种盘对种群离散程度的影响。仿真结果表明,在种子量较少的情况下,带凹槽排种盘可有效增强种群的离散程度,降低种子在被吸孔吸附前受到的种群内摩擦力,提高吸附率。台架试验验证了仿真分析的推论,通过在排种盘上设置凹槽的改进方式,加强排种盘对种群的扰动就可以在一定程度上提高排种盘吸孔吸附种子的能力,降低漏充率,使排种器的漏播率满足国标要求。      

基于DEM-CFD的玉米气吸式排种器种盘设计与试验

针对玉米气吸式排种器高速作业下种子运动十分复杂、难以进行准确分析计算的问题,采用DEM(离散元)和CFD(计算流体力学)耦合的方法,模拟了气吸式排种器工作过程,分析了种子受到的曳力和运动速度,得出不同种子充种能力大小依次为:小扁形、类圆形、大扁形。经过仿真分析,有针对性地选取不易吸附充种的大扁形种子,建立充种过程数学模型,优化种盘型孔凸台高度和型孔凸台角度参数。为了获得排种器的最佳性能参数,以型孔凸台角度、型孔凸台高度、种层高度为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三因素二次旋转正交组合试验,并应用Design-Expert 8. 0. 6软件对试验数据进行多元回归分析和响应曲面分析,得到了各因素对指标影响关系。采用多目标优化方法,确定了最佳参数组合:型孔凸台角度为35. 76°,型孔凸台高度为3. 11 mm,种层高度为55. 61 mm,排种合格指数最高。此时,排种器性能指标为:合格指数91. 60%,漏播指数3. 90%,重播指数4. 50%。对优化结果进行验证试验,并与原排种器进行对比,验证结果与优化结果基本一致,且合格指数和漏播指数均优于原排种器,满足玉米精密播种的要求。     

气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器设计与实验

为解决辣椒等小颗粒、不规整种子机械化精量排种问题,设计了一种气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器。为此,阐述了气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器的工作原理,确定了各部件主要结构参数,并对种子吸附过程进行了力学分析。以新疆新选8819辣椒种子为试验对象,通过正交试验方法对影响排种器性能因素进行分析,得出影响排种器性能因素的主次顺序为气室压力、滚筒转速、吸种角度。当吸种角度为20°、种箱气室正压值为2kPa、滚筒转速为12r/min时,可获得单粒率为91.5%、多粒率为5.4%、漏播率为3.2%。经试验验证,样机满足辣椒育苗精量播种的种植要求。     

预切种甘蔗勺链式排种器设计与试验

针对目前预切种式甘蔗排种器普遍存在充种效果差、合格指数低等问题，设计了一种预切种甘蔗勺链式排种器。基于最速降线理论分析和待充蔗种的充种状态分析，阐明了最速降线可提高充种性能的原理；利用EDEM软件进行了单因素仿真试验，分析了不同种勺倾角和种勺数量对充种性能的影响。仿真结果表明，当种勺倾角为30°、种勺数量为15个时，充种性能较好；通过台架单因素试验，对种层高度调节装置和隔离板倾角进行了分析，为充种过程提供了有利条件。以作业速度、排种器倾角、种层高度为试验因素，以合格指数、漏充指数、重充指数为试验指标，进行二次回归旋转正交组合试验，分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响。结果表明，当种层高度为360mm、作业速度为1.45~2.37km/h、排种器倾角为9.53°~15.15°时，排种器平均合格指数为95.33%，平均漏充指数和平均重充指数分别为3.11%、1.56%，满足甘蔗种植要求。     

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。     

基于DEM-CFD的驱导辅助充种气吸式排种器优化与试验

针对驱导辅助充种气吸式排种器田间高速作业时因充种效果不佳造成排种质量下降的问题,对该排种器进行优化设计,分析了充种过程各阶段影响种子填充的因素,基于确定性颗粒轨道模型,将压力梯度力算法引入排种器DEM-CFD气固两相流耦合分析。从宏观尺度、微观尺度对充种过程各阶段临界点进行划分,并确定了各阶段充种性能评价指标。以种子吸附稳定时间、种子移出阻力、型孔处局部空隙率为指标,进行了三因素二次旋转正交组合试验,对试验结果进行多元回归分析,采用多目标优化方法,确定了排种盘导种槽最佳参数组合为导种槽曲率系数0. 265、深度2. 57 mm、斜面倾角15. 33°。为了验证优化设计结果,进行了排种器静止台架试验和室内振动环境模拟试验,将优化后的排种盘与原排种盘及其他2个测试盘在4种不同作业速度下进行对比,结果表明,优化后的排种盘在高速、振动条件下的充种性能有明显提升,当作业速度为14 km/h、随机振动主激励频率为9. 5 Hz、自功率谱密度峰值为0. 428(m/s~2)~2/Hz时,漏充率为1. 26%,充种性能较为稳定。     

气吸式三七育苗播种精密排种器设计与试验

针对机械式三七育苗播种排种器种子破损率高、需对种子进行预先分级处理等问题,基于负压吸种、毛刷滚清种、正压排种的工作原理设计了一种气吸滚筒式排种器。对充种阶段、清种阶段、携种阶段、投种阶段进行力学分析,研究排种器的主要结构参数,分析影响排种性能的主要因素;结合单因素试验,选取真空度、播种机作业速度、充种室种子质量为试验因素,以合格指数、漏播指数、重播指数为试验指标,进行了三因素五水平二次正交旋转试验,建立了试验指标与试验因素间的回归方程。借助Design-Expert 10.0软件,采用响应曲面法分析得出,影响充种性能的各因素主次顺序为：播种机作业速度、真空度、充种室种子质量。通过参数优化,得到最佳参数组合为：播种机作业速度0.18m/s、真空度9.6kPa、充种室种子质量1.2kg,此时合格指数95.6%,重播指数0.4%,漏播指数4.0%,满足三七播种的农艺要求。