气力滚筒式精密排种器结构设计及试验

为解决目前蔬菜田间有序直播生产过程劳动强度大的问题,以排种器的合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数作为评价指标,设计出一种气力滚筒式精密排种器。排种器结构采用固定配气盘与排种盘配合的侧面换气方法实行负压吸种和正压排种,每个排种器排种1行,排种位置为水平方向。为探讨精量排种器性能参数的最佳匹配,对吸种负压、排种正压、吹种流量和作业速度在实验室台架进行了单因素和正交试验。试验结果表明:当蔬菜种子直径为1.2~1.8mm时,最佳播种参数为吸种真空度为-7k Pa,清种流量为8L/min,排种气压为0.15k Pa,作业速度为1km/h;此时,合格指数为99.52%,漏播指数0.24%,重播指数为0.24%,变异系数为2.4 4%。设计出的排种器可根据农艺要求通过联轴器连接安装若干个播种单体,实现多行同时播种,行距最小为135mm。     

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。     

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。     

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,...     

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。     

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。     

种腔自净型气吸式玉米小区精量排种器设计与试验

为满足玉米育种试验的播种需要,设计了一种种腔自净型气吸式精量排种器,该排种器的充种腔与清种腔相互独立,排种与清种过程互不干扰,自净率达100%。通过考察育种试验用种子的形状,并结合育种试验的特点,确定了排种器关键结构参数。对种子吸附的过程进行动力学分析,并利用EDEM软件仿真验证了种量较少时搅种盘的种群扰动作用。利用Fluent软件模拟验证了当剩余种子不超过10粒、清种时间不超过1 s的情况下,清种真空度大于3 k Pa时,可保证剩余种子全部清出。对育种试验用种子进行分级处理,在真空度3～4 k Pa范围内进行单因素试验,结果表明,清种阶段已吸附在吸孔上的任一规格种子均能正常播种。排种器台架试验结果显示,播种机作业速度小于3. 6 km/h,真空度6～8 k Pa,刮种板工作面距离吸孔中心2～4 mm范围内时,排种器的漏播率小于1%,重播率小于4%,合格指数大于95%,各项指标符合国家标准要求,能实现有效排种,同时保证清种率达到100%。排种器田间试验证明,出苗效果符合育种试验的播种要求。     

小粒径种子气力自适应排种系统设计与试验

针对气力式排种器适宜工作负压与工作转速、种子尺寸等因素有关，而现有气力式播种机排种系统实际作业时工作气压为定值设置，不能适时优化调整的问题，以正负气压组合式小粒径种子排种器为对象，设计了一种气力自适应排种系统。该系统采用STM32单片机控制，通过随速调整排种器工作转速、实时监测排种性能，动态调整排种器工作负压，保证了排种器实际工作负压持续保持在实时工况条件下的最优值，实现排种性能的较优控制。台架试验结果表明，气力自适应排种系统在不同作业速度、种子尺寸工况下，排种合格指数均大于92%,漏播指数均小于6%,相较于固定气压设定和开环控制气压调节方法，排种合格指数分别提高9.02、3.84个百分点，重播指数分别降低8.44、1.99个百分点，漏播指数分别降低0.58、1.86个百分点。田间试验结果表明，搭载气力自适应排种系统的播种机实际田间作业时株距稳定性变异系数为14.27%,各行苗数一致性变异系数为7.03%,田间作业性能良好。该研究可为气力式播种机持续稳定单粒精量播种能力提升提供技术参考。     

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。     

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。     

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。     

轮勺式半夏精密排种器设计与试验

针对半夏种子形状不规则、表皮易破损造成播种中充种困难、易伤种等问题，在测定半夏种子物料特性的基础上，设计一种轮勺式半夏精密排种器，分析了半夏种子在充种区和清种区的受力情况，阐述了轮勺式精密排种器的工作原理。通过离散元单因素仿真试验，对排种器的种勺数量、取种轮转速、种层高度以及种勺型孔半径进行分析，并以取种轮转速、种层高度和种勺型孔半径为试验因素，以合格指数、重充指数、漏充指数为试验指标，进行了二次回归正交旋转组合台架试验，建立3个指标的回归模型，并利用回归模型进行排种器的设计参数优化。试验结果表明：影响合格指数的主次顺序为取种轮转速、种层高度、种勺型孔半径；当种勺型孔半径为7.5mm，取种轮转速为17.0~19.0r/min、种层高度为123.0~133.0mm，合格指数大于95.5%、漏充指数小于1.0%、重充指数小于3.5%，满足中药材半夏种植要求。     

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。     

高速播种机玉米姿控驱导式排种器设计与试验

针对机械式玉米排种器在播种机高速作业条件下排种精度下降且性能不稳定的问题,提出利用调姿齿与单元型孔对玉米种子充种姿态进行调控的技术思路,设计了一种姿控驱导式精量排种器,采用双侧种盘对置、单列排种结构布局,降低工作转速同时提高排种均匀性。完成了关键零部件的结构参数设计,分析了种子姿态调整原理,通过单因素试验与正交旋转组合试验获取排种器的最优参数组合,并开展排种性能对比试验。结果表明：调姿齿齿型为线型时,排种合格率提升效果最优,较无调姿齿可提升29.1个百分点;排种器的最优参数组合为：工作转速16.7r/min,型孔外壁面倾角46.9°与型孔圆角半径4.5mm,该条件下合格率、漏播率和重播率分别为91.6%、2.8%与5.6%;在作业速度8~14km/h范围内,排种器的合格率均高于90%,漏播率均低于3%,重播率均低于8%,破损率均低于0.5%,粒距均匀性变异系数均低于19%,且排种效果优于无姿态调控排种器与勺轮式排种器,满足玉米精量播种的技术要求。     

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。     

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。     

电动机驱动玉米气吸排种器总线控制系统设计与试验

车速对电动机驱动玉米气吸式排种器排种性能具有重要影响,为此设计了一种电动机驱动排种器CAN总线控制系统,采用CAN总线通讯的方法探究系统驱动排种器随车速的变化特性。该系统主要由人机交互设备、排种监测ECU、排种驱动ECU组成,参照ISO 11783协议,对播种机具总线系统进行了设计。以4行气吸式玉米排种器为对象,搭建试验台,对总线控制排种盘转速精度进行了试验。通过总线提取的排种盘转速闭环调控结果得出,排种盘转速位置PID控制调整过程中存在低速调节时间长、超调量大的问题。采用分段PID参数控制的方法,由试验结果将排种盘转速设定值分为低速(15～20 r/min)、中速(20～40 r/min)、高速(40～55 r/min) 3个阶段,分阶段赋予对应闭环调节参数,得出排种盘目标转速在低速阶段时平均响应时间、平均超调量分别为1. 84 s、38. 51%,与位置PID控制相比较,分别降低1. 63 s、34. 41%; 15～55 r/min时平均稳态误差绝对值为0. 97 r/min,标准差为0. 76 r/min,平均稳态误差绝对值减小0. 13 r/min。进行了总线系统落种监测精度试验,设定粒距20 cm,排种盘孔数为26个,车速4～12 km/h时,系统排种监测平均准确率为97. 53%,标准差为0. 48%。采用排种总线系统对车速影响排种器性能进行了试验,风机驱动轴转速为540 r/min,车速范围为4～8 km/h,测得风压范围为-6. 0～-5. 9 k Pa,播种合格指数平均为95. 68%,标准差为2. 29%;车速达到9 km/h时,合格指数降到90%以下,排种器漏播较严重。通过对播种总线系统车速和4行排种驱动电动机实时转速的监测,进行了车速阶跃变化播种系统响应试验,结果表明在车速4～12 km/h、2 km/h间隔递增过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为2. 00 s,标准差为0. 34 s; 2 km/h间隔递减过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为1. 83 s,标准差为1. 07 s,表明按照车速阶跃变化,该总线控制系统具有较好的响应性能。     

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...