水田机械式强制排肥装置设计与试验

目前水田机械施肥均匀性差，且作业时在施肥开沟器末端容易出现肥料粘结、架空、堵塞开沟器等现象。针对以上问题，本文设计了一种水田机械式强制排肥装置，并对其关键部件进行了结构设计及性能试验。将水田机械式强制排肥部件的工作过程分为3个阶段，通过运动学和动力学研究方法分析了各工作阶段肥料在螺旋强制排肥部件内的状态，以及影响排肥部件工作性能的关键因素，对螺旋强制排肥部件的直径、转速、螺距3个因素进行了设计计算。以排肥均匀性变异系数为响应指标，进行了螺旋强制排肥部件的单因素台架试验，通过对最小显著性差异进行统计分析，确定了各因素的取值范围；安排了二次正交旋转组合试验，并对试验结果进行了方差分析和响应面分析，确定了影响排肥性能指标因素的影响由大到小为转速、螺距、直径，建立了排肥性能指标与各因素之间的回归方程，运用Design-Expert软件对试验因素优化求解，确定了较优工作参数组合为螺旋输送器转速120.09r/min、直径23.90mm、螺距21.54mm，此时施肥装置台架试验的排肥均匀性变异系数为7.18%。将所设计的强制排肥部件分别安装在水稻插秧机及水稻气力式施肥播种机上，进行了田间验证试验，试验结果表明，机械式强制螺旋排肥装置工作稳定、堵塞率低，水田防堵塞效果优于无该部件的施肥机械。     

玉米免耕播种机滚筒式防堵机构的设计与试验

针对中国一年两熟地区麦茬地免耕播种玉米时小麦秸秆和杂草等易对播种机开沟器形成堵塞的问题,该文设计了一种驱动滚筒式主动防堵机构。依据流体力学边界层理论并结合对比试验分析得出滚筒的适合形状为抛物线型,将滚筒与秸秆的相对运动简化为均匀流对圆柱体的有环量绕流,得出滚筒的适宜转速。田间试验表明,驱动滚筒式防堵机构能有效防止秸秆杂草等对开沟器的堵塞,有较好的工作效果。在施肥开沟器与播种开沟器之间设置了张角为30o的分禾栅板,避免秸秆杂草等重新落入种沟而造成种子播在地表形成晾种。     

基于五杆机构的丹参膜上移栽机构设计与试验

针对丹参人工移栽作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有膜上移栽机不适合丹参裸苗移栽等问题,为保证丹参裸苗机械化移栽立苗率,结合"丹参大垄双行覆膜高效生产技术"提出的农艺要求,设计了一种五杆式丹参移栽机构,在建立五杆机构的工况约束条件和自由运动约束条件的基础上,结合机构运动学模型利用Matlab建立人机交互可视化辅助界面;借助辅助界面研究栽植器端点的区域轨迹分布特性和机构参数对栽植器端点运动轨迹的影响规律,根据机构运动轨迹要求,通过数值循环比较得到满足丹参膜上移栽要求的五杆机构各构件参数;运用LA-S系列植物图像分析系统测量丹参植株形态的特征参数并根据特征参数设计鸭嘴栽植器各参数。样机试验结果表明:基于五杆机构的丹参膜上移栽机构在满足丹参移栽农艺要求的同时能保证丹参裸苗移栽的大升程轨迹、立苗率要求和作业质量,丹参移栽机构的立苗合格率为97.3%、立苗优良率为94.0%、漏栽率为2.5%、株距变异系数为6.5%、栽植深度合格率为94.6%。     

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。     

基于离散元的玉米种子颗粒模型种间接触参数标定

由于EDEM(离散元法)中建立的玉米种子颗粒模型与实际玉米种子在外形、表面粗糙度等方面存在差异,若直接将实际测量的物性参数引入EDEM中进行仿真,会出现仿真失真的情况。针对此问题,该文提出一种建立数学回归模型主动寻找目标参数的方法,简化标定过程,将仿真试验和真实试验相结合,对玉米种子颗粒模型的种间静摩擦系数和滚动摩擦系数两个关键参数进行标定,使其在EDEM中建立的玉米种子颗粒重新获得与真实颗粒相近的物理特性。利用两种接触材料(有机玻璃板与铝质圆筒)进行玉米种子堆积角仿真试验,建立两个自变量为种间静摩擦系数、种间滚动摩擦系数的二元回归方程。以实际测量种群堆积角作为已知目标量进行数值求解,求得EDEM中玉米种间静摩擦系数和滚动摩擦系数这两个目标参数:玉米种间静摩擦系数为0.0338,玉米种间滚动摩擦系数为0.0021。将标定的玉米种子物性参数输入EDEM中进行仿真试验,通过提取关键特征尺寸和图像边界将试验结果与实际试验结果进行对比,结果表明:关键特征尺寸数值差异在4.70%以内,标定后的玉米种子堆积角边界与实际情况更接近,提高了仿真结果的可靠性。     

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％.     

基于ANSYS和ADAMS的玉米茎秆柔性体仿真

玉米柔性体模型的建立是研究玉米植株与玉米收获机构刚柔耦合多体动力学系统的关键步骤.根据玉米植株参数,通过有限元软件ANSYS建立了茎秆模型,对模型进行网格划分和接触点定义,生成ADAMS需要的模态中性文件.将建立的收获机构模型和模态中性文件导入ADAMS后,施加载荷、约束和驱动,对茎秆的运动状态进行了模拟,得出茎秆位置、速度等试验数据,研究茎秆在机构间的运动状态,为后续分析提供依据.     

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证

为研究种群扰动对排种器充种性能的影响,该文基于离散单元法理论,以气压组合孔式排种器为模型,运用EDEM软件对4种不同型孔结构排种盘的种群运动进行了仿真分析,以种子法向应力跳动量和种子平均法向应力总和作为指标,分析了各排种盘在不同转速条件下的种群内摩擦力的变化,仿真结果表明,种群扰动强度的增大并不能显著减少种子法向应力的总量,但会降低种子瞬态的法向应力即瞬时种子内摩擦力,据此推断出扰动强度最大的排种盘的充种性能较其他排种盘更优。在排种器试验台上进行了验证试验,选取6种转速,以漏充率为指标,分别对4种排种盘进行试验,结果显示扰种强度最高的排种盘在各转速条件下的漏充率最低。对比仿真与试验结果发现,增强排种盘对种群的扰动可以在一定程度上提高种子的充种性能。     

机械收获方式及籽粒含水率对玉米收获质量的影响

该文选用13个玉米品种为研究对象,通过田间试验系统研究了常规玉米栽培模式下延缓收获期间玉米含水率的变化规律,分析了果穗收获和籽粒收获2种收获方式对玉米收获损失率、籽粒破碎率和含杂率的影响,初步研究了不同机械收获方式及籽粒含水率对不同品种玉米收获质量的影响,建立了含水率与籽粒含杂率之间的数学函数。结果表明,延缓收获期间不同品种玉米的含水率均有显著的降低(P0.05),但其变化率存在差异。同期进行的果穗收获和籽粒收获2种收获方式的收获总损失率之间没有显著差异(P0.05),机械收获方式仅显著影响落粒率(P0.05)。延缓收获使落粒率和落穗率都显著下降(P0.05)。采用果穗收获方式时,籽粒含水率与各损失率之间不存在显著相关性;而籽粒收获时,籽粒含水率与落粒率、总损失率、破碎率和含杂率之间存在显著相关性。延缓进行籽粒收获后,籽粒含杂率均值为1.32%,总损失率均值为1.74%,均低于国标要求;而平均籽粒破碎率达13.23%,高于国标要求。含杂率与籽粒含水率之间满足线性关系,根据二者之间关系预测可知,籽粒含水率低于32.40%的收获就可以保证含杂率满足国标要求。该研究可为玉米籽粒收获技术的研究与推广提供数据支撑和科学依据。     

基于模态的玉米高速精密排种器振动特性分析

高速高效是目前玉米播种机的发展方向,但随着播种速度的提升,耕作地表激励所产生的振动会对排种器工作性能造成影响。为研究排种器在耕作地表激励下的振动响应,以气吸式玉米高速精密排种器为分析对象,通过模态分析、振动测试相结合的方法,研究排种器自身振动特性及其在播种作业过程中耕作地表激励下的振动响应,判断排种器是否会在工作工程中产生共振,影响工作性能,降低整机耐久性。分析结果表明:当播种机作业速度在6～12km/h时,经功率谱密度分析,耕作地表振动信号主激励频率范围为3～10Hz,远低于排种器总成的1阶约束模态53. 8Hz,排种器在工作过程中不会因地表激励引发共振,结构设计合理。本文有助于协助排种器设计人员了解排种器的刚度分布及地表激励振动频谱分布,对后续设计手段和设计流程的提升有一定的帮助。