气力滚筒式小粒圆形种子排种器孔口结构仿真分析

利用ANSYS/FLUNET软件建立了气力滚筒式排种器气流场动力学模型,在吸附种子的条件下,仿真分析吸孔结构分别为沉孔、锥孔和直孔对排种器吸种效果的影响。仿真结果表明:在吸孔直径相同时,锥孔吸孔吸种效果优于沉孔吸孔。以平均直径为Φ1.4甘蓝种子为播种对象进行试验验证,结果表明:对于小粒径种子播种,直孔吸孔对种子的吸种效果优于锥孔吸孔。     

单缸气动式玉米吸排种装置动力学模型的研究

设计了一种可安装在手提式或脚踏式玉米播种机上的单缸气动式玉米吸排种装置,通过人工踩踏产生空气压力,实现玉米种子的精量吸排种。按单刚体系统对种子的吸种过程、持种过程和排种过程分别建立动力学模型,结合试验研究影响吸排种效果的主要因素。在吸种过程中,增加气流速度或选用较小的玉米种子可以大大提高吸种效果。试验表明:播种频率在70次/min时,播种合格率为94.22%,为最佳播种频率;尺寸较小的种子漏播率较低,与动力学模型的分析结果一致。在排种过程中,活塞缸与种箱在压缩后复位越快,玉米种子越容易被吹出吸种口,因此安装单缸气动式玉米吸排种装置的手提式或脚踏式玉米播种机需选用复位力较大的复位弹簧或复位气缸。     

基于振动排序的玉米种子胚面定向装置设计与试验

玉米定向播种即种子尖端朝向一致和胚面朝向一致,可明显提高产量。为了实现玉米种子胚面定向,设计了一种基于振动排序的玉米种子胚面定向装置。设计了胚面定向装置螺旋轨道上的选向机构和定向机构,探明了玉米种子胚面定向原理,确定了选向机构和定向机构的尺寸参数和空间位置。采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化。以控制器输出电压、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离和翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离为试验因素,以胚面定向成功率为评价指标,进行了三因素三水平的Box-Behnken旋转正交试验。试验结果表明：控制器输出电压101 V、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离4.38 mm、翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离7.96 mm为最优参数组合。在最优参数组合条件下,胚面定向成功率为94.82%,且排料速度可达85个/min。为验证玉米种子胚面定向装置对不同品种玉米的适应性,进行了品种适应性试验,试验结果表明所选的玉米品种的胚面定向成功率均大于91%,满足设计要求。     

气吸针式摇摆叶菜精量播种机设计与试验研究

针对叶菜类种子粒径小且无规则形状、传统播种机存在精量化程度不高及播种成功率低等问题。以气吸针式播种方式为基础,设计了一种气吸针式摇摆叶菜精量播种机,并采用笔型气缸将直线往复运动转化为播种机摇摆往复运动来实现气缸运动一次完成两次播种。设计了导种结构代替传统播种机垂直运动方向的机械结构,并加入了振动装置使种子处于高频振动状态,提高种子吸附成功率的同时,也避免了种子间相互粘连。依据叶菜种子的三维尺寸,通过理论计算得出了实现种子吸附的临界气流速度为10.1m/s,且采用仿真软件对播种机核心部件笔型气缸的量程、吸嘴内腔结构和负压分流管的结构进行了确定。搭建了气吸针式摇摆叶菜精量播种试验平台,以负压大小、吸嘴口直径大小、种盘振动强度为试验因素,以漏播率、重播率、单粒率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,通过对方差与极差的分析确定了试验因素的最优组合参数,即负压大小-25kPa、吸嘴口直径大小0.6mm、种盘振动强度64Hz;依据此参数组合进行播种验证试验,漏播率为2.75%、重播率为5.5%和单粒率为91.75%,可满足叶菜的精量播种要求,为叶菜精量播种提供了一种新的方法。     

十字槽种肥分施及分层施肥开沟器设计

我国玉米在机械化播种施肥作业过程中存在土壤扰动大、施肥量大,易造成前期烧种和后期脱肥等问题。为此,设计了一种十字槽开沟器,主要参数为:立刀和横刀的入土角20°,立刀的入土隙角8°,斜切角70°,横刀宽度100mm,长度80mm,后倾角20°,种、肥管向两侧弯曲半径28mm,并制作试验样机进行了室内土槽试验。试验表明:玉米播种深度、种肥深度、种子与种肥间距及种子与基肥间距平均为44、43、52、102mm,变异系数13%,播种、施肥稳定性和一致性较好。所设计的十字槽开沟器一次开沟可实现种子、种肥双侧分施及种肥、基肥的分层施放,减少了开沟器作业过程中的土壤扰动,能够满足玉米播种施肥农艺要求。     

气吸滚筒式玉米植质钵盘精密播种装置优化设计与试验

为适应玉米植质钵育农艺对播种机的要求,设计了气吸滚筒式玉米植质钵盘精密播种装置。通过理论分析建立了种子吸种过程的动力学模型,得到影响吸种性能的主要因素为负压、前进速度、充种角。对吸种过程进行模拟仿真设计,进一步确定了影响种子吸附的主要因素。最后进行了播种装置性能试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为分析指标,通过三因素四水平正交试验得出最优参数组合为：前进速度0.22m/s、负压1200Pa、充种角20°,在此条件下进行了验证试验,得出合格指数为90.48%、漏播指数为4.24%、重播指数为5.28%,结果表明该播种装置满足播种机的播种要求。     

玉米种子尖端定向滑移方法与装置研究

为了进一步提高玉米种子定向成功率,设计了一种玉米种子尖端定向滑移装置,并对其定向原理进行了分析。装置主要由滑移间距控制机构和尖端定向机构两部分组成,且由于尖端定向机构是装置的关键部件,因而对其进行了结构设计。以旋转种槽长度l、种槽与水平面倾角θ、种子进入旋转种槽到种槽旋转的时间T为因素,以旋转种槽转过180°后玉米种子到旋转种槽轴心间的距离为指标,进行三因素三水平正交仿真试验,得到最佳工艺参数为：旋转种槽长度50mm,种槽与水平面倾角25°,种子进入旋转种槽到种槽旋转的时间0.02s。此条件下,玉米种子尖端定向效果最佳。研究可为提高玉米种子尖端定向提供参考。     

基于电磁振动的玉米种子定向排序输送技术

根据振动送料原理,提出了一种实现玉米种子定向排列输送的方法,对种子的定向过程进行了动力学分析,探讨了定向过程中种子各种姿态的变化过程与力学参数之间的关系。以郑单958玉米种子为试验对象,建立了振动定向试验装置;以台阶高度A、滑槽倾角B、振幅C和频率D作为影响因素进行了正交试验。试验结果表明:台阶高度A、滑槽倾角B及其交互作用对种子定向效果具有极显著影响;通过多重比较分析得出试验条件的最佳组合为:台阶高度为4 mm、滑槽倾角为4°、振幅为0.18 mm、频率为51.5 Hz。在最佳试验条件下分别对顺行和逆行种子进行10次重复试验,试验结果表明:顺行定向成功率为93.5%,逆行定向成功率为89.4%。采用高速摄影技术分别对顺行和逆行的种子进行了观察验证分析,分析表明:种子的实际运动状态与理论分析基本吻合。     

气力式西洋参排种装置的设计与试验研究

由于播种西洋参需用催出芽的种子,机械排种器播种时极易将种芽碰掉,影响发芽率,不能满足西洋参种子的播种要求。为此,设计了一种气力式排种装置,阐述了气力式精密排种器的工作原理,确定了其主要结构参数。同时,以威海文登西洋参种子为播种对象,采用二次正交旋转组合试验,对吸种装置进行了吸排种性能试验研究,建立了行进速度、吸气孔直径、负压3个主要因素与漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素对漏播率和重播率的影响规律,并进行了参数优化。对重播率影响的因素其主次顺序为:负压、吸气孔直径、行进速度;漏播率影响的主次顺序为:吸气孔直径、负压、行进速度。当行进速度为1.5m/s、吸气孔直径为1mm、负压为4 k Pa时,机播重播率低于3.3%,漏播率低于2.3%,装置综合性能达到最优。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足西洋参精密播种的种植要求。     

便携式蔬菜穴盘自动播种机设计与试验

针对现有中小农户大棚蔬菜穴盘栽培手工播种生产率低、劳动强度大等问题,以及国外大型播种机不适合我国中小规模种植经营户需求的现状,设计了一种应用于大棚栽培的穴盘自动化便携式播种机。该播种机一端可折叠,折叠后尺寸为500 mm×500 mm×750 mm,携带方便;播种机采用多功能集成化设计,将传统的穴盘打孔、播种集成于一体,通过激光传感器检测穴盘凹口位置,准确地实现了穴盘基质的自动打孔和播种。经油菜种子和黄瓜种子试验表明,当孔径处于0.6~1.2 mm时,选择真空度为8 k Pa,吸附效果较好;若选用0.6 mm孔径气吸吸头,当油菜种子气吸真空度超过6.2 k Pa,以及黄瓜种子真空度超过8.3 k Pa时,吸附成功率达到90%以上。经正交试验,发现油菜种子和黄瓜种子在孔径为0.6 mm,真空度为10 k Pa时吸附效果最好。与手工播种相比,播种机播种效率是手工播种效率12.9倍,较好地实现了蔬菜种子的穴盘播种。     

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...     

负压驱动水稻精量直播排种器设计与试验研究

为满足目前农户和育种专家对水稻精量穴直播的农艺种植要求,减少育秧插秧环节的人工劳动强度,采用储种仓预充种、负压多孔吸种、高压气力排种与清堵等多种方式和技术,设计开发了一种气力圆盘式水稻穴精量直播排种器,并采用有限元分析软件Fluent15. 0分析了吸种孔的孔径、吸种盘厚度的对气室内部压强、气流速度的作用,进而研究对排种性能的影响。将开发的排种器在自行改造的试验台架上进行了正交试验,研究了吸种孔的尺寸、圆盘转速、负压真空度对排种器排种性能的影响。结果表明:影响排种器排种性能的主次因素依次为:吸种孔直径尺寸、吸种盘的转速和气室的真空度,确定了排种器较为合理的参数:对于圆柱型吸种孔,孔的直径为1.4 mm、转速为30～35 r/min、气室负压值为1. 2～1. 4 k Pa时达到育种要求。同时,对优化后的排种器(吸种盘转速35 r/min、吸种孔直径1. 4 mm和气室负压值1. 4 k Pa)进行台架试验,结果表明:播种合格率为84. 22%,重播率为8.81%,漏播率为5. 97%,满足JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》中的参数指标。     

链式玉米精量播种机的设计与试验

针对播种过程中出现的投种点高、种子与排种器和开沟器碰撞致使种子下落位置随机、播种均匀性差的问题,设计了一种链式玉米精量播种机。该播种机主要由外槽轮式排种装置、链式送种装置、传动装置及镇压装置等组成,窝眼轮式排种器精量取种与勺链式穴播器定点投种联合完成播种作业。为研究播种机前进速度、投种包角及投种高度对投种装置性能的影响,以播种株距合格率为指标进行了正交试验。结果表明:投种高度对株距合格率的影响显著,播种机前进速度对株距合格率有一定影响,投种包角对株距合格率的影响不显著;当播种机前进速度为1.5~2m/s、投种包角为30°~45°、投种高度为25~30mm时,株距合格率为96.79%~99.6 7%。田间试验表明,该玉米精量播种机的株距合格率大于9 5%,单粒率≥9 0,空穴率小于5,满足玉米精量播种的要求。     

定量容腔可变的立式圆盘排种器机理研究与结构设计

针对传统的机械式排种器需将种子按尺寸分级,对不同尺寸种子更换排种盘的缺陷,在立式圆盘上设计了一种可通过调节容腔深度来改变大小的组合勺形复式型孔,从而实现不同容腔深度对不同尺寸的大豆进行充种的目的。为此,研究了这种组合勺形复式型孔的结构及排种器的工作原理,通过理论分析确定了这种组合勺形复式型孔的各项特征结构及参数如下:内基圆半径6.5mm,外基圆半径8mm,种勺内倾角75°,种勺外倾角3 0°,种勺倾角范围2 5°~3 5°,种勺厚度2 mm,充种倾角4 0°,清种倾角4 0°,清种区域角6 0°。种子尺寸范围在4.5~6.0 mm、6.0~8.0 mm、8.0~1 0.5 mm、1 0.5~1 3.0 mm时,分别对应的调节间隙范围为0~3 mm、2~5 mm、3~8 mm、5~1 2 mm。样机试验表明:此组合勺形复式型孔只需对结构进行简单的调节,即可实现对不同尺寸种子的播种。     

玉米定向穴播穴施肥免耕精播机研制

为了避免传统的种肥混施时种子肥料相互碰撞影响播种质量、化肥对种子生物活性的抑制,以及避免种肥侧位、种肥垂直分施时化肥分散分布、没有针对特定种子而导致利用率不高的现象,研究设计了玉米定向穴播穴施肥免耕精播机。该机能实现定量、定距和定穴的高效玉米免耕精密播种施肥作业,种子及肥料达到成穴分施要求,位置分布及两穴之间的土层厚度符合农业技术提出的指标要求,且播种量和施肥量之间的调节相互独立,同时降低成本,提高产量,保护土壤。      

倾斜圆台式精量排种器的设计研究

针对水平圆盘排种器对种子尺寸要求严格的问题,研制了一种能够实现丸粒化种子精量播种的排种器。该排种器的排种盘为圆台式并与水平面成一夹角,采用柔性清种,减少了种子的破损;在排种盘的两侧开有导种槽,不仅保证了丸粒化种子的顺利充种,而且便于型孔内多余种子的顺利清除。试验表明,该排种器具有充种效果好、种子破损少、重播和漏播指数低等优点。     

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。     

气吸式单、双排精密通用排种器的设计与试验

针对黑龙江省大豆播种采用边缘型孔式排种器或窝眼式排种器,玉米则多采用勺轮、指架、气吸平面多孔盘情况,结合传统排种器在充种、清种过程中伤种情况严重的问题,设计了一个能够满足黑龙江省的玉米单条、大豆双条作物播种农艺要求的排种器。以排种器的作业速度、风压为影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验设计方法,建立了排种合格指数、漏播指数的数学模型,分析此排种器对排种质量的影响规律。试验表明:当排种器风压为6. 61k Pa、作业速度为6. 82km/h时,排种作业性能最优,其合格指数为94. 41%,漏播指数为3. 67%。该排种器工作不伤种,排种性能综合指标超过90%,工作性能稳定。     

倾斜圆台型玉米精密排种器种子破损试验

针对机械式精密排种器伤种率高的问题,提出了一种基于丸粒化玉米种子的精密排种器.以排种轴转速、型孔直径、动盘锥角为因素,种子破损率为指标,运用二次回归正交旋转安排试验,建立了种子破损率与各影响因素之间的回归数学模型.通过Design-Expert 7.1软件对试验参数进行优化,确定排种轴转速13.2 r/min、型孔直径16 mm、动盘锥角26.5°为最佳参数组合,此时种子破损率为0.65％.验证试验表明该组合下试验误差较小.     

锥面导流水平盘式小麦精量排种器设计与试验

为实现小麦低播量精密播种,提高小麦精密排种器播种精度,提出了一种锥面导流水平盘式小麦排种器,对关键参数进行了设计和理论分析,通过EDEM离散元软件完成了导条型式、型孔个数、锥盘转速、锥盘锥角对充种性能影响的单因素试验。在此基础上以锥盘转速、种层厚度和型孔长度为试验因素进行了多元二次回归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分析,得到回归模型和因素对指标影响关系,确定了对单粒率影响由大到小依次为锥盘转速、型孔长度和种层厚度;对合格率影响由大到小依次为锥盘转速、种层厚度和型孔长度,转速和种层厚度、种层厚度和型孔长度间存在交互作用。基于回归模型进行多目标参数优化并对最优组合参数进行排种性能的台架试验验证,结果表明,在转速19r/min、型孔长度8mm、种层厚度为8mm时排种合格率为90.13%、漏充率为9.87%、单粒率为49.50%,与仿真优化结果相吻合,验证了仿真优化结果的可靠性。与原锥盘排种器的性能对比试验表明,设计的锥面导流水平盘式排种器在速度为3、4、5km/h时,合格率分别提高了3.4、2.1、1.9个百分点,3km/h时破碎率降低了0.2个百分点,无论排种性能还是破碎率指标均优于原锥盘排种器。