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。     

柔性机械式大豆精量排种器设计与试验

针对免耕播种作业时沙土和碎秸等飘浮物被气吸式排种器吸入充种室内，导致排种工作部件损坏、排种质量降低等问题，设计了一种柔性清护种机械式大豆精量排种器。对排种器工作过程进行理论分析，确定了影响工作性能的主要结构与工作参数；通过单因素对比试验确定了对排种性能影响最小的护种毛刷材料；采用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法，以作业速度、充种倾角、护种距离为试验因素，以合格指数、漏播指数、重播指数和破损指数为评价指标，应用Design-Expert 8.0.6.1软件对试验结果进行方差分析。结果表明：各因素对合格指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、护种距离、充种倾角，各因素对漏播指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角，各因素对重播指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、充种倾角，护种距离影响不显著，各因素对破损指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角；当作业速度为8~12km/h、充种倾角70°、护种距离为-1.5mm时，排种合格指数大于94%、漏播指数小于3%、重播指数小于3%、破损指数小于0.2%，满足免耕大豆高速精量播种作业要求。     

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。     

大豆双行排种器的设计与试验

为解决现有大豆排种器播种均匀性差、存在漏播和重播等问题,设计了大豆双行排种器,主要包括排种总成、双排导种筒及壳体。以型孔倾角、导种筒倾角、作业速度为试验因素,以合格指数、变异指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行了三因素三水平正交试验;结合综合加权评分法得到型孔倾角30°、导种筒倾角60°、作业速度6km·h~(-1)时,排种器的合格指数为93.6%、变异指数为7.4%、重播指数为3.1%、漏播指数为2.3%。田间对比试验结果表明:正交试验优化后的大豆双行排种器比传统槽轮式排种器合格指数提高8.96%,变异指数降低26.73%,重播指数降低16.22%,漏播指数降低11.54%,作业性能优良。     

三叶式自动清换种大豆育种气吸排种器设计与试验

为了提高大豆育种试验中小区播种环节的机械化、自动化水平和播种精确度，针对大豆小区育种播种机清换种技术难题，设计了一种三叶式自动清换种大豆育种气吸排种器。以电机为动力源，驱动三叶式辅助充种清换种机构与齿轮式排种盘协同工作，完成相邻小区之间的不停机快速清种、换种和充种。阐述了排种器基本结构与工作原理，结合育种试验的要求，运用TRIZ理论空间分离原理，对关键部件进行理论分析，并确定了结构参数。对三叶式辅助充种清换种机构进行EDEM虚拟仿真，分析了辅助充种过程，确定了达到最佳辅助充种效果时的叶片倾角。根据小区育种农艺要求，以作业速度、真空度、清换种时间为试验因素，以合格指数、重播指数、漏播指数、清换种距离为试验指标，进行了三因素五水平二次正交旋转中心组合试验，结果表明：最佳工作参数组合为作业速度5.3km/h、真空度4.6kPa、清换种时间0.3s，此时排种器合格指数95.29%、重播指数3.29%、漏播指数1.42%、清换种距离554.6mm，满足大豆育种试验的播种要求。     

大豆集排带式排种器设计与试验

为简化播种单体结构,适应大豆窄行密植农艺对播种机的要求,设计了一种大豆集排带式排种器。阐述了该排种器的基本结构和工作原理,并通过理论分析确定了关键部件结构参数。应用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法进行了参数优化试验,建立了以气压、作业速度、清种振动频率为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标的数学模型,分析了各因素对合格指数、重播指数、漏播指数的影响规律。确定最佳参数组合为:气压4. 4 kPa、作业速度10. 5 km/h、清种振动频率44. 6 Hz,此时排种器性能指标为:合格指数90. 65%、重播指数1. 97%、漏播指数7. 38%。表明该排种器满足播种机的技术要求。     

倾斜双圆环型孔圆盘式玉米排种器设计与试验

针对现有气力式排种器作业质量受外界条件影响大以及传统机械式排种器难以满足高速播种要求的问题,设计了一种结构简单、充种效果好、可适应高速作业要求的倾斜圆盘式排种器;以黄淮海地区玉米种子的物料学特性为基础,对该排种器的充种、清种以及主要结构参数的确定方法进行了研究。采用二次正交旋转试验对其排种性能进行了试验,建立了排种器性能指标(合格指数、重播指数和漏播指数)与排种器倾角、型孔数、型孔盘转速的回归方程,确定了各参数对性能指标的影响规律,并进行了优化计算,对优化结果进行了验证试验。最后进行了田间试验,结果表明:在倾角为39°、型孔数为30个、机器前进速度为8.2~11.9 km/h时,排种器合格指数大于90%,重播指数小于3%,漏播指数小于8%,均满足国家相关标准要求。     

基于离散元的倾斜圆盘勺式大豆排种器仿真优化

为提高倾斜圆盘排种器的排种性能,以中黄39大豆种子的物料学特性为基础,对该型排种器的充种、清种过程进行研究,得出其垂直倾角及工作转速是影响排种器工作性能的两个重要因素。利用离散元软件EDEM进行仿真研究,设计了二次回归正交旋转组合试验,运用SPSS软件进行试验数据处理,以排种器合格指数、重播指数和漏播指数作为排种器性能的评价指标,分别建立其与排种器垂直倾角、工作转速的回归方程。运用MatLab中非线性优化fmincon函数,获得该型排种器最优参数组合为垂直倾角1 9.5°、工作转速4 6.7 r/min时,合格率为97.28%,重播率为1.98%,漏播率为0.74%。     

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。     

勺夹式蚕豆精量排种器设计与试验

为提高蚕豆机械化播种质量,解决蚕豆精量播种难题,结合勺轮式排种器和指夹式排种器的优点,设计了一种勺夹式蚕豆精量排种器。根据蚕豆种子物理特性,分析确定了种盘工作区域范围、弧形滑道结构参数、种夹机构参数以及托种板关键参数。以种夹长度、种夹宽度和弯折角为试验因素进行了3因素3水平正交试验,通过试验确定了种夹较优参数组合为种夹长度15.5mm,种夹宽度10mm,弯折角35°,在较优参数组合下本排种器的株距合格指数为 95.11%、漏播指数为1.61% 、重播指数为 3.28% ,满足设计要求,为蚕豆精量排种器的设计提供理论指导。     

预切种振动供种式木薯播种器勺链排种机构设计与试验

针对目前预切种式木薯精密播种器存在充种困难以及播种合格指数低等问题，在播种器中进一步设计勺链排种机构。阐述播种器工作原理以及设计勺链排种机构相关参数，基于最速降线理论对排种机构的捞种勺进行参数设计，并对机构作业的充种与投种过程中木薯种茎受力和运动状态进行理论分析，确定影响充种性能因素显著性主次顺序为捞种勺型式、捞种勺数量、输送链运动速度以及充种倾角。利用EDEM软件进行单因素仿真，得出不同试验因素对充种性能的影响规律；进行响应面BBD仿真试验，确定最优因素参数组合。研制播种器样机进行台架和田间试验，结果表明当充种倾角为37°、捞种勺数量为12个、输送链运动速度为0.63 m/s时，充种合格指数为93.8%,漏充指数为1.9%。田间试验表明预切种振动供种式木薯播种器勺链排种机构作业性能较优，满足木薯精密播种农艺要求。     

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,...     

丘陵坡地自吸式绿豆精密排种器设计与试验

为降低排种器倾斜状态对充种性能的影响,满足丘陵坡地精密播种作业的需求,设计了一种自吸式绿豆精密排种器。通过分析种子受力状态与计算吸附单粒种子的真空度,确定了勺式型孔与往复式吸气装置的主要结构参数。运用多体动力学软件ADAMS对往复式吸气装置进行了运动学仿真,得出活塞位移和速度随时间的变化曲线,证明了该装置设计的合理性。将充种层高度固定为70 mm,转速分别固定为115、125 r/min,排种器左右倾斜角(倾向种腔方向为负)分别选取-12°、-6°、0°、6°、12°,对3种排种盘进行了对比试验,结果表明,本文所设计的勺式型孔有助于在左右倾斜状态下辅助充种;选取排种轴转速、充种层高度为试验因素,以漏播指数、重播指数、合格指数为试验指标,进行了两因素五水平旋转组合设计试验,并利用Design-Expert软件对试验数据进行了分析,结果表明:当排种轴转速为138 r/min、充种层高度为65 mm时,漏播指数为2. 97%,重播指数为3. 43%,合格指数为93. 58%,各指标均符合国标要求。通过验证试验得到实测值与回归模型预测值的漏播指数相对误差为4. 4%,重播指数相对误差为2. 6%,合格指数相对误差为0. 2%,与寻优结果基本一致,证明了回归模型的合理性。     

坡耕地鸭嘴式玉米排种器间歇同步充补装置设计与试验

针对坡耕地环境下鸭嘴式玉米排种器排种质量差及性能不稳定等问题,以鸭嘴式玉米排种器为载体,设计了一种配套的间歇同步充补装置。阐述了排种器整体结构及工作原理,分析了种子在排种器内部排种、补种及导种过程,优化了间歇同步充补装置摇杆、内棘轮和鸭嘴式排种器直角导种部件等关键部件结构参数。结合理论分析和坡耕地播种农艺要求,选取作业速度、回位弹簧预紧力和作业坡角为试验因素,合格指数和变异系数为性能指标进行了单因素试验、正交试验及台架对比试验。试验结果表明,性能指标随作业速度和作业坡角增加先增加后降低,随回位弹簧预紧力增加先增加后趋于平稳;当作业速度为1 m/s、回位弹簧预紧力为15.6 N(型号T4,丝径为1 mm,中径为7 mm,原长为25 mm)、作业坡角为12°时,其排种性能较优,合格指数为98.7%,变异系数为10.2%;较传统鸭嘴式排种器其合格指数提高了9.5个百分点,满足坡耕地环境下精量播种作业要求。     

气吸式排种器卸种机构设计与试验

为解决气吸式排种器因吸孔堵塞、种盘振动较大导致的漏播问题和气流扰动引发的投种不均匀现象,优化设计了卸种机构。改进了卸种机构安装位置,确保排种器在携种区能够对种子有较好的吸附作用,防止飞种,同时减少碰撞和弹跳,使得种子在携种区气室末端脱落的概率相比于改进前降低了1.67%。推导出一种适用于卸种轮和种盘之间配合的齿面曲线,并通过ADAMS仿真的方式,提取啮合力、径向力和轴向力3个指标,模拟验证了卸种轮齿设计的合理性,表明该曲线方程适用于不同种盘和吸孔数卸种轮的设计,其啮合平稳可靠,具有良好的通用性。以卸种机构、前进速度和负压为因素进行3因素试验,通过分析不同速度下卸种机构和负压之间的差异性和试验整体方差,确定了影响合格指数、重播指数、漏播指数的关键因素。选取优化后的新卸种机构进行回归分析,通过回归方程得出所设计排种器在10、12、14 km/h作业速度下的最佳作业参数,并进行了试验验证。结果表明:新卸种机构能够有效提高合格指数、降低高速作业漏播指数和粒距变异系数,在作业速度为10~14 km/h、负压为3.43~3.81 k Pa时,合格指数达到96.8%,漏播指数小于等于2.0%,重播指数小于等于1.2%,各项指标优于国标要求。     

嵌入旋转气腔式水稻穴直播排种器设计与试验

针对气吸式排种器气压利用不充分、种盘旋转与橡胶垫存在摩擦、穴播均匀性差等问题,设计了一种嵌入旋转气腔式水稻穴直播排种器。基于ANSYS软件对腔体内部流场进行模拟仿真,以吸孔孔径和吸孔位置分布为影响因素、以气腔压力平均值和吸孔处的平均流速为评价指标进行数值模拟仿真研究。仿真结果表明：气腔流场分布比较稳定,可为吸种提供稳定的负压环境。应用JPS-12试验台进行试验验证,以气腔转速、负压和填种高度为影响因素,以播种合格率、漏播率和重播率为评价指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,运用Design-Expert 8.0.6对数据完成方差分析和显著性检验,得到回归方程和响应曲面图,通过分析各因素间的交互作用,确定了最佳参数组合：当气腔转速为21.61r/min、气腔负压为4.4kPa、填种高度为15.7cm时,作业性能最好,此时播种合格率93.6%,漏播率3.47%,重播率2.93%。试验结果与优化结果相符,满足粳稻穴直播要求。     

四杆平移式大豆小区育种排种器设计与试验

针对大豆小区育种清换种作业操作繁琐的问题,本文设计了四杆平移式大豆小区育种排种器。采用平行连杆机构配合可旋转的排种盘完成清换种作业,根据大豆小区育种作业要求对整机关键部件进行了设计,通过理论分析确定了大豆充种下限角度与排种盘转速的关系,以及排种器的排种盘直径、型孔尺寸、型孔数量、毛刷角度等结构参数数值。采用离散元软件进行仿真,模拟了排种器的排种过程,首先分析并验证了排种盘转速与下限角度的关系,进而在此试验基础上分析了种箱厚度对残余种子数的影响,试验结果表明：下限角度随排种盘转速增大逐渐减小,残留种子数随种箱厚度增加先减小后增大,并确定了下限角度119°、种箱厚度11 mm为排种器的优化结构参数。在最优参数下的田间试验表明：在理论粒距下排种器顺利清换种,作业结束后种箱内无种子残留,同时在作业速度3.6 km/h时粒距平均合格指数87.61%、重播指数6.63%、漏播指数5.75%,均达到优等品标准。     

穴盘式大葱育苗机精量排种器的设计与试验

针对现有蔬菜通用排种器大多以单粒取种为主、播种效率低、播种精度差等问题,将气吸式排种器与机械式排种器的优点充分糅合,研制了一款针对大葱育苗的精量排种器。通过理论分析和计算,确定了关键部件工作参数。搭建试验台,对排种器进行播种性能试验,以合格率、漏播率、重播率为评价指标,以窝眼倾斜角度、气室真空度、排种器转速为因素,进行三因素三水平二次回归正交试验。根据试验数据结果,采用Design-Expert软件建立了响应面数学模型,并对数学模型进行优化,结果表明:当窝眼倾斜角度为13.1°、排种器转速为9.91r/min、气室真空度为3.14kPa时,排种效果最佳。以优化后的参数进行试验验证,结果表明:漏播率平均值为2.524%,重播率平均值为1.132%,合格率平均值为96.344%,满足大葱精量播种要求。