V型凹槽拨轮式导种部件设计与试验

为提高导种投送均匀性与稳定性,满足精量播种作业要求,设计了一种V型凹槽拨轮式导种部件,对其滑移导种曲线、V型凹槽和柔性拨种轮进行优化分析。依据离散元法建立导种部件—玉米籽粒间作用模型,运用EDEM软件对导种投送环节进行虚拟仿真,分析籽粒在导种管内滑移状态。以勺式玉米排种器为排种载体,结合正交试验设计和虚拟仿真技术进行多因素正交旋转试验,以机具前进速度、排种器工作转速和导种曲线投种点切线倾角为试验因素,合格指数与变异系数为试验指标,采用多目标变量优化方法建立因素与指标间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件进行数据处理优化。仿真表明,当前进速度、工作转速和切线倾角分别为7.69km/h、29.47r/min和46.10o时,导种均匀性及稳定性最好,其合格指数为92.05%,变异系数为8.00%。在此基础上,利用室内台架开展了高速摄像测定试验、性能对比试验及振动适应试验。试验结果表明,多数籽粒在导种管内以平稳状态滑移,极少数出现不规则碰撞及翻滚;所设计的导种部件对不同类型玉米籽粒适应性良好,且其合格指数与无导种管基本相同,变异系数优于可伸缩塑料导种管、弧形导种管及无导种管,可适用于勺式、指夹式和气吸式玉米排种器;在振动幅度为1～3mm、振动频率为1～4Hz工况下,振动幅度及频率对导种部件作业均匀性影响较小。     

指夹式玉米精量排种器导种投送运移机理分析与试验

为研究指夹式玉米精量排种器籽粒投送运移规律,提高排种器导种性能,建立了导种投送过程的运动学和动力学模型,分析了各因素对运移稳定性及投送落种轨迹的影响。采用多因素二次通用旋转组合试验研究了工作转速和倾斜角对排种均匀稳定性的影响,运用Design-Expert 6.0.10软件对试验数据进行优化分析得到其最佳工作条件。在此基础上,运用镜面反射成像原理,搭建了排种轨迹测定试验台,结合高速摄像与图像目标追踪技术对落种籽粒轨迹运移规律进行了研究。试验结果表明,在工作转速为15~45 r/min、倾斜角为0°工况下,籽粒正面轨迹及侧面轨迹的水平位移随工作转速增加而增加,株距变异系数随工作转速增加而降低;当工作转速大于35 r/min时,籽粒轨迹及落点位置分布逐渐离散,株距变异系数明显增加,其正面水平位移稳定在12.9~14.3 mm内,侧面水平位移稳定在3.7~4.8 mm内,平均株距变异系数为15.13%。在工作转速为30 r/min、倾斜角为-12°~12°工况下,轨迹投种角随倾斜角的增加而减小,其整体角度稳定在66.4°~79.6°内。该研究为优化设计指夹式玉米精量排种器关键部件及配套导种管提供了参考。     

带式玉米高速导种装置旋夹纳种机理分析与参数优化

针对玉米在高速(12～16 km/h)播种时籽粒脱离种盘初速度大,与带式导种装置种腔内壁碰撞弹跳,发生碰撞异位,导致籽粒进入种腔精准度低等问题,以具有纳种机构的带式玉米高速导种装置为研究对象,建立籽粒夹取、转运和排放动力学模型,提出在拨指表面添加人字形纹路的改进方法,明确影响纳种稳定性与籽粒进入种腔精准度的主要因素。利用高速摄像与图像目标追踪技术进行单因素对比试验及多因素优化试验。单因素试验结果表明,播种速度较快时,有人字形纹路拨指轮纳种合格指数和种腔间隔变异系数均明显优于无人字形纹路拨指轮。为获得拨指轮改进后的纳种机构最佳性能参数,以轮心距、拨指轮转速及拨指长度为试验因素,以纳种合格指数与种腔间隔变异系数为评价指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,采用多目标优化方法,确定当轮心距为36.8 mm,拨指轮转速为584.97 r/min,拨指长度为10.8 mm时,纳种合格指数为98.23%,种腔间隔变异系数为0.24%。对优化结果进行验证试验,验证结果与优化结果基本一致。在相同条件下进行台架对比试验,结果表明,有带式玉米高速导种装置的作业性能远优于不安装带式玉米高速导种装置的作业...     

基于EDEM-RecurDyn的玉米指夹式排种器振动特性分析与优化

为降低振动对指夹式排种器排种性能的影响,设计了一种具有辅助夹持结构的玉米指夹式排种器,阐述了指夹式排种器工作原理,并对辅助夹持的指夹和种盘等各关键构件结构进行了优化设计,建立了指夹夹持动力学模型。运用RecruDyn软件建立排种器虚拟样机模型,基于玉米籽粒特性在EDEM软件中构建玉米籽粒颗粒,通过EDEM-RecurDyn耦合仿真模拟了振动条件下排种器充种、携种及排种过程,分析对指夹式排种器排种性能影响的主要因素。最后结合台架试验,选取排种器作业速度、振动幅值和振动频率为试验因素,以排种器合格指数和漏播指数为试验指标进行排种性能试验验证。研究表明,指夹打开28.65°夹持玉米籽粒时,符合指夹式排种器在振动条件下的运动过程,耦合仿真分析结果与指夹式排种器实际运动过程基本一致,夹持过程中指夹和种盘共同配合下能够有效降低振动对排种器夹持性能的影响,满足设计要求;当作业速度为3.8km/h、振动幅值为5mm、振动频率为32.52Hz时,排种器合格指数和漏播指数分别为91.0%、6.68%,排种器台架验证试验得出该参数组合下排种器排种合格指数为和漏播指数分别为90.0%、7.1%,与理论优化值非常接近,证明辅助夹持结构在排种作业中可以保持较好的稳定性,使得排种器具有良好的排种效果,满足精密播种作业要求,为玉米精密播种装置的改进设计提供参考。     

玉米精密排种器性能对比试验

气吸式、指夹式和倾斜勺式3种玉米精密排种器具有不同性能和最佳工作速度.通过在台架上进行性能对比试验,分析了在不同速度下各类型排种器粒距合格指数、重播指数、漏播指数及合格粒距变异系数的变化趋势,得出不同排种器的最佳工作速度.试验结果表明:随着工作速度的增加,各类型排种器性能均下降,且最佳工作速度不同.其中,倾斜勺式的最佳工作速度为10km/h,气吸式和指夹式的均为6km/h左右.     

指夹式精量玉米排种器改进设计与试验

为满足精密播种作业要求,采用夹持充种、振动清种及柔性导种等方式,对指夹式精量玉米排种器进行了改进设计。通过对其工作原理的分析,对关键部件取种指夹、振动区及零速导种带的结构参数进行了优化。为提高排种器作业性能,得出其最佳工作参数,以工作转速和弹簧丝径为试验因素,粒距合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标进行二次正交旋转组合设计试验,运用Design-Expert 6.0.10软件进行试验数据处理,建立因素与指标之间数学模型以进一步优化。试验结果表明,弹簧丝径为0.77 mm,排种器转速小于19.2 r/min时,合格指数为86.90%,重播指数为9.62%,漏播指数为3.51%,合格指数比改进前提高13.5%,破损率为0.4%。在此基础上进行排种适应性试验,结果表明指夹式精量玉米排种器对大扁马齿型籽粒具有良好的适应性,满足精密播种农艺要求。     

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。     

玉米高速精量播种机正压气流辅助吹送导种装置研究

玉米播种机高速、精量作业时,投种点高,种子因剧烈碰撞,而导致粒距均匀性差,为此基于文丘里原理,设计一种利用正压气流辅助输种的导种装置,确定了导种装置的主要结构和关键参数。分析了气流辅助输种,实现“零速投种”的机理。采用DEM-CFD耦合仿真方法模拟导种装置的工作过程,通过对比分析气流场、种子的出射速度,确定进气室收缩角为70°、进气室收缩段长度为8.2 mm。利用排种器性能测试平台进行速度匹配试验、弹跳试验、作业性能试验和对比试验,结果表明：作业速度为8～16 km/h、粒距为20～25 cm时,合格指数不小于85.7%;粒距变异系数不大于15.8%。与重力式导种管相比,作业速度越高,正压气流辅助导种装置的优良作业性能越突出,作业速度为16 km/h时,粒距合格指数增加13.6个百分点,粒距变异系数减少7.4个百分点,满足高速条件下精量输种的要求,有利于提升高速精量播种机整体作业性能。     

旋耕灭茬施肥播种联合作业机导种管设计

针对旋耕灭茬施肥播种联合作业机高位排种、低位投种的作业特点,进行了排种器导种管曲线形状的设计研究。为减小种子与管壁的碰撞,根据排出口种子作向后抛射运动情况,将导种管前段曲线设计成抛物线;为使种子在管内滑行时间最短,同时又具有合适的着地角和着地速度,导种管后段曲线设计成一摆线。台架试验证明:排种轮转速在20～30r/min工作范围内,播种均匀性变异系数最高为13.2%,明显低于国家标准,达到了预期效果。     

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。     

动定指勺夹持式玉米精量排种器优化设计与试验

为提高机械式玉米排种器作业质量与适播范围,设计了一种基于限位导引的动定指勺夹持式玉米精量排种器,阐述了排种器总体结构及工作原理,优化了关键部件指勺种盘和限位导引总成结构参数。以排种器工作转速和调控摆臂调节尺寸为试验因素,株间合格指数和变异系数为试验指标,进行了单因素试验分析各因素对性能指标的影响规律。试验结果表明,排种器对各等级尺寸玉米种子均具有良好的适应性。为研究排种器最佳工作参数,采用多因素二次正交旋转组合设计试验,建立了性能指标与试验参数间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件对试验结果进行处理分析,对回归模型进行优化验证。试验结果表明,当工作转速为30.5 r/min,调节尺寸为12.0 mm时,对圆形大粒玉米种子作业性能最优,其合格指数为88.41%,变异系数为12.32%,满足精量播种作业要求。     

基于卡尔曼滤波PID控制的精量排种器优化设计与试验

针对设施蔬菜种植过程存在漏播、重播问题,设计基于卡尔曼滤波PID控制技术的精量排种器。分别对排种器关键组件和监测装置进行结构设计,建立传感器实时监测车速信号的控制系统,同时以不同作物株距值共同作为控制依据,补偿融合卡尔曼滤波的PID控制方法,通过调控电机保持转速的稳定性,从而实现精量播种。仿真结果表明：卡尔曼滤波的引入,对噪声干扰起到良好抑制作用,可提高系统稳定性。以排种盘转速和行走速度为变量,以株距合格率、重播率、漏播率和株距变异系数为指标,进行两因素五水平的二次回归正交旋转组合试验。台架试验表明：在不同车速下,株距变异系数均在规定的≤35%指标范围内,排种盘转速为10 r/min,行走速度为1.6 km/h时,株距合格率为95.9%,重播率为29%,漏播率为1.9%,株距变异系数为12.1%,满足设施蔬菜的精量播种要求。     

齿勺气送式芝麻精量集排器设计与试验

针对芝麻种子球形度低、流动性差导致排种过程充种稳定性差,难以实现精量播种的实际问题,基于芝麻的机械物理特性和播种农艺要求,设计了一种采用倾斜齿勺式型孔充种、气送辅助导种的芝麻精量集排器,确定了其主要结构参数,构建了充种、携种和投种环节中芝麻种子颗粒群的力学模型。应用EDEM开展了排种器排种性能仿真试验,采用三因素三水平正交试验与Box-Behnken响应面分析了型孔高度、型孔右壁倾角和齿勺倾角对排种性能的影响,结果表明,型孔高度为1.92 mm、型孔右壁倾角为8.4°、齿勺倾角为28.6°时,各行排量一致性变异系数和平均排种量分别为1.69%、3.7 g/min。以排种轴转速、种层充填高度为试验因素,以各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数为试验指标,进行排种性能二因素三水平试验,试验结果表明：排种轴转速15 r/min、种层充填高度10 mm时,各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数分别为1.62%、0.40%,排种性能较优。田间试验表明,机组作业速度为2.9 km/h时,芝麻平均种植密度为36株/m²,播种均匀性变异系数低于4%,满足芝麻田间播种要...     

小白菜正负气压组合式精量排种器设计与试验

针对小白菜精量复式播种机采用单体排种器播种时传动系统复杂、各行出苗效果差异明显等不足,设计了2个排种盘可同时播8行的小白菜正负气压组合式排种器,阐明了排种器的工作过程、原理及主要结构参数,理论分析确定了排种盘和排种口结构参数及其种子迁移轨迹。利用DEM-CFD气固耦合动网格模型分析了排种盘转速、气室负压和气室正压对排种性能的影响,试验结果表明：负压对排种器合格指数、重播指数及漏播指数均有显著影响,负压为-3000Pa、正压为300Pa、转速为30r/min、品种为中箕青605时,各行平均合格指数为93.12%、重播指数为3.59%、漏播指数为3.29%。利用JPS-12型排种器检测试验台开展了台架试验,试验结果表明：排种盘转速为30r/min、负压为-3000Pa、正压为300Pa时,各行平均合格指数为91.32%、平均重播指数为6.19%、平均漏播指数为2.49%。以较优因素水平组合开展了田间试验,试验结果表明：小白菜平均苗数为10株/m、株距平均值为100.48mm,各行苗数一致性变异系数为8.05%,满足小白菜种植农艺要求。     

锥向离心式排种器的设计与数值模拟及试验

为满足高速精量排种作业要求、提高机械式排种器作业效率、改善排种质量,设计了一种锥盘离心式高速精量排种器,阐述了其基本结构和工作原理,并运用数值模拟方法对排种性能进行分析研究。通过采集的不同尺寸分布的玉米籽粒,运用EDEM软件进行排种性能仿真,探究了充填过程中籽粒重播、漏播的形成姿态及产生原因。仿真结果表明:籽粒到达末端的出种口时的3种姿态出现的平均概率为平躺21%、侧卧66%、横立13%;当工作转速为45~75 r/min时,排种器对大圆粒形玉米籽粒排种性能最优,合格率大于92. 4%;对小圆粒和楔形籽粒排种性能次之;对马齿形和小球形籽粒排种性能较差,其合格率大于82%;随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势,满足精密播种要求。其籽粒运动规律与结论可为离心锥盘式排种器的改进及优化提供理论基础和实践依据。     

气力针式行星轮系窄行密植精密排种器设计与试验

针对菠菜等小粒径蔬菜种子采用窄行密植、播种均匀性要求高,缺乏适用播种技术装备的问题,设计了一种适用于菠菜等小粒径蔬菜种子密植精密播种的气力针式行星轮系多行并联低位投种精密排种器。阐述了排种器工作原理,构建吸种和投种环节种子力学模型,确定排种器主要结构参数;利用ADAMS软件仿真分析行星轮系排种机构吸种针的静轨迹和动轨迹,明确低位零速投种条件;开展排种器性能试验。排种试验结果表明,影响合格指数的主次顺序为排种转速、吸种负压和卸种正压,最佳参数组合为排种转速19.56r/min、吸种负压2.05kPa、卸种正压1.00kPa。经台架试验验证,其性能指标为合格指数均值91.48%、漏播指数均值4.28%、重播指数均值4.24%。投种试验结果表明,当投种正压为0.8~1.0kPa、工作转速为18~20r/min、投种高度小于200mm时,粒距变异系数不大于13.2%,工作性能较优。     

夹持式玉米精密排种器设计与试验

为了简化机械式玉米排种器结构,提高作业质量,设计了一种夹持式玉米精密排种器,通过压种环在各工作区域的不同结构配合夹种块控制种子的位置及运动状态,实现排种作业。结合玉米种子几何尺寸,对充种过程进行理论分析,获得种子填充力的变化规律,阐述了清种、投种工作原理,设计了夹种块、压种环等关键部件。为检验排种器的排种性能,选用天农九(大粒)、红旗688(中粒)、黄金糯(小粒) 3种不同几何尺寸的玉米种子为试验对象,以播种机工作速度为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行单因素试验。试验表明,天农九排种效果较佳,在工作速度为11 km/h时,其合格指数为90. 1%,重播指数为9. 1%,漏播指数为0. 8%,满足排种作业要求。     

变粒径双圆盘气吸式精量排种器优化设计与试验

针对现有气吸式圆盘型精量播种机播种不同尺寸种子需要更换排种圆盘的缺陷,为节约成本、提高排种器通用性,基于现有圆盘型排种器,设计了一种变粒径双圆盘气吸式精量排种器,无需更换圆盘便可实现不同粒径种子的精量播种。阐述了排种器基本结构与工作原理,并对其工作过程及关键部件进行了理论分析,确定了型孔排布、型孔形状、型孔锥角等关键结构参数,运用Fluent仿真分析了5种组合型孔对气室流场的影响,通过仿真分析获得了最佳组合型孔参数,并在JSP-12排种试验台上进行了排种均匀性试验及正交试验,得到排种性能较好时的负压、排种盘转速等参数的合理范围。结果表明:当排种器圆盘型孔为60°锥角的倒角型型孔,转速为34. 5 r/min、负压为4. 1 k Pa时,其合格率为90. 46%、漏播率为2. 59%、重播率为6. 94%,排种性能较优,满足播种要求。通过田间试验跟踪观察种子后续生长情况,试验得出排种器的平均合格率90. 16%、漏播率2. 77%、播种各行排量一致性变异系数5. 34%、总排量稳定性变异系数4. 86%,与传统排种器相比作业质量显著提升。     

指夹式玉米精密排种器试验优化研究

排种器是精密播种机的核心部件之一,其排种质量的优劣影响到播种质量的好坏。指夹式玉米精密排种器是一种用于玉米精密播种机的机械式排种器,其结构设计复杂,影响环节多。为此,研究了其结构及工作过程,对主要部件进行了功能分析,并进行了指夹式排种器的优化试验。试验结果表明:添加橡胶薄垫的排种器的合格指数为87. 91%,重播指数为8. 23%,漏播指数为3. 92%,添加塑料薄垫的排种器合格指数为83. 24%,重播指数为11. 31%,漏播指数为5. 57%,两种材料都符合农业作业要求。通过对比,选择橡胶材料作为排种盘附加材料。此外,当振动频率为14Hz时,播种的合格率最高;当排种盘转速为4km/h时,播种的合格率最高。