振动气吸式穴盘精量播种装置种子群“沸腾”运动分析

根据散粒体抛射强度理论,以振动台的振动强度为参数,对振动气吸式穴盘育苗精量播种装置种子群运动规律进行了理论和试验研究.文中分析了种子群产生"沸腾"运动的充分必要条件,在此基础上,采用种子群被抛起时抛射幅值和吸种率作为试验指标判断"沸腾"运动的产生过程和程度.在符合播种农艺要求的吸种率大于90%时,理论临界振动强度与实际振动强度之间的误差小于10%,验证了种子群产生"沸腾"运动条件的正确性,因此可以用此条件作为设计该播种装置的理论依据.     

压电型振动气吸式穴盘育苗精量播种机设计与试验

为了适应微小尺寸的作物（林木、花卉及一些蔬菜）种子的穴盘育苗精量播种工作要求,采用压电振动方式驱动与气吸盘相结合的吸排种原理,设计了一种新型的精量播种机。对压电振动工作台进行结构、参数和驱动系统设计,基于逆压电效应,压电驱动器产生的微位移经放大机构放大后驱动种子盘振动,使种子克服相互间摩擦力而产生有利于吸种的“沸腾”运动,种子盘设计成1～2行吸种宽度、轻质材料、窄结构形式,并实现了补吸种,吸种率大大提高。试验结果表明：压电振动台的振幅超过1.3?mm以上,机械系统振动响应频率在13～55?Hz,且频宽可调（共振频率25?Hz）,种子吸种率在振动强度为1.4～1.7时均达到98%以上,满足穴盘育苗精量播种农艺要求,达到预期设计目的。     

大粒种子定向精量播种装置参数优化试验

针对传统精量播种机难以对大粒种子进行定向精量播种,该文基于直线振动器定向送种、气缸驱动种穴转向及负压针式播种技术,开发了一种可实现大粒种子45°定向精量播种的装置。以瓠瓜种子为播种对象,对定向种穴机构和负压播种机构进行参数优化试验,得到定向种穴与种子输送轨道出口的垂直距离为1.5 mm、水平距离为0、直线振动器送种速度为65 mm/s时,种子进入定向种穴内的成功率可达98.89%;负压吸嘴垂直运种速度为40 mm/s、种子压入基质深度为3 mm、压种停滞时间为1 s时,种子相对于设定方向的角度偏转平均值仅为0.8°。通过对大粒种子定向精量播种装置进行综合播种作业性能试验,得到该装置播种作业生产率可达6000穴/h以上,单粒率为97%,91%以上种子角度偏转小于10°,95%以上种子角度偏转小于15°,种子最大角度偏转小于25°。该研究可为大粒种子定向精量播种机的开发设计提供参考。     

基于离散元法的杂交稻振动匀种装置参数优化与试验

杂交稻栽培要求少本稀植、利用分蘖能力提高产量,现有的机械化播种技术不能满足此要求,亟需进行杂交稻精密播种技术的机理探讨。为探明振动匀种装置匀种过程中V-T型振盘的振频和振幅对杂交稻种群运动规律的影响,以及种群流动特性对播种性能的影响,该文基于离散元法,采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,实现了V-T型振盘工作过程模拟,得到振盘振频为57~59 Hz时,种群在振盘中分布均匀,播种效果较好。试验验证表明,利用离散元法模拟振动匀种装置匀种过程具有较高的准确性。在仿真结果的基础上,选取振盘振动臂材料、振动器安装角、气动振动器进气压强作为试验因素,进行了振动匀种装置参数优化试验,获得了杂交稻种子低播量下的最佳工作参数组合为振盘振动臂材料为60Si2Mn,振动器安装角度为47.5°,进气压强为0.26 MPa;此时播种合格指数为92.86%,空穴指数为1.14%,有效地提高了现有播种装置的性能。该研究对提高杂交稻精密播种技术提供了参考。     

水稻钵盘精量播种机充种性能试验

为优化水稻钵盘精量播种机有关参数,以提高其充种性能。利用研制的水稻钵盘精量播种机进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,研究了型孔直径、型孔厚度、种箱速度对充种率、损伤率和空穴率的影响。结果表明影响充种率和空穴率的因素主次顺序为型孔直径、型孔厚度、种箱速度;影响损伤率的因素主次顺序为型孔直径、种箱速度、型孔厚度;确定较优参数组合为型孔直径10 mm、型孔厚度4 mm、种箱速度0.115 m/s;此时充种率94.81%、损伤率0.479%、空穴率0.46%,研究结果为水稻钵盘精量播种机设计与性能改进提供依据。     

盘育秧精密播种流水线PLC控制系统设计

超级稻每穴1～2株的栽植农艺给机械插秧的盘育秧播种提出了低播量、高均匀性的严格要求,为满足超级稻少本稀植的农艺要求,研发了振动气吸式盘育秧精密播种流水线。设计了以PLC为核心,集自编程序、传感器、步进电机加减速驱动脉冲控制等技术为一体的自动控制系统。在GX-Developer-C V8的环境下采用梯形图方法编制程序实现播种作业的协调动作和部件运动的精确定位,并可接入PC机实现播种作业的在线监控。试验和检测结果表明,播量精确到每穴1～2粒（格）,均匀度合格率93.8%,空穴率5.6%,盘播种量一致性变异系数为2.5%,作业效率达每小时490盘,能满足超级稻及常规稻盘育秧精量播种要求。     

棉花双膜覆盖精量播种机的研制

为弥补传统精量播种模式存在的不足、减少作业环节和人工消耗,在分析膜上、膜下穴播优缺点的基础上,根据双膜覆盖精量播种技术的农艺要求,研制出一种棉花双膜覆盖精量播种机。通过田间对比试验,表明双膜覆盖精量播种较常规穴播出苗早2～3 d,出苗率≥94%,苗株齐壮。20万hm2的生产实践表明,研制的2BMSJ-12双膜覆盖精量播种机空穴率≤3%,穴粒数合格率≥85%;窄行最小行距为9 cm,能适应新疆棉花密植种植农艺要求,有助于推进新疆棉花生产全程机械化进程。     

水稻气力式排种器分层充种室设计与试验

为改善水稻种子在充种室内的流动性并提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,实现超级杂交稻(1~3)粒/穴精量穴播要求,在水稻气力式精量穴播排种器与种箱间设计了一种分层充种室。以含水率为20.3%(湿基)"培杂泰丰"超级杂交稻种子为对象,采用单因素试验和正交试验的方法,研究了不同吸室负压、吹种正压下,分层充种室对排种器排种性能的影响。试验结果表明,在吸种盘转速为30 r/min、吸室负压为1.6 k Pa、送种正压为0.1 k Pa、采用分层充种室的条件下,该排种器排出(1~3)粒/穴种子的概率为95.4%,空穴率为1.53%,大于4粒/穴的概率为3.07%,其中排出1粒/穴种子的概率为17.32%,2粒/穴种子的概率为58.72%,3粒/穴种子的概率为19.36%;与前期开展的水稻气力式精量穴播排种器排种性能试验结果相比较,增设分层充种室后,排种器播种精度提高。该研究表明,减小排种器中水稻种子之间的挤压力和摩擦力,改善种子的流动性,从而使吸种盘上吸孔对种子的吸附能力增强,是提高水稻气力式精量穴播排种器的性能的重要途径。该文为水稻气力式排种器结构优化与性能提升研究提供了重要参考。     

振动气吸式穴盘播种机的吸种性能研究

为了促进精量播种机的开发与应用,该文对振动气吸式穴盘播种机的吸种性能进行了理论分析。在种子盘近似单频被激振动的情况下,忽略种子空气阻力,使被抛掷的种子“沸腾”起来,以减少种子间的内摩擦力,提高吸种,固种能力。此时把空气流看作等熵流动,从而得出数学模型。试验结果与数学模型基本吻合。结果表明：在一定的真空度下,随着吸嘴直径的增大,吸种能力也随之上升,但吸嘴直径一定要小于种子的直径。吸种质量随吸嘴真空度的增加而提高,真空度较小时,对吸种高度的影响比较明显,真空度较大时,影响较小。真空度有一极限值48 kPa,在此真空度以上不能改善吸种质量;而在一定的真空度下,吸种高度随吸嘴直径变化比较明显均匀。     

摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器充种性能分析与验证

为解决杂交稻工厂化穴盘育秧低播量精密播种问题,提出了一种摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器,对种子充填过程进行了力学和运动学分析,确定影响试验指标的影响因素分别为型孔方向角、型孔带速度、型孔带倾角和种层厚度。通过EDEM离散元软件仿真分析了种子多次循环重复充种过程和充种效果,并分别分析了型孔带速度、型孔带倾角、种层厚度对充种性能的影响规律。基于仿真分析结果进行了较优组合验证试验,结果表明:在型孔方向角为90°,型孔带倾角为43°,型孔带转速为0.11 m/s,种层厚度为50 mm时充种合格率为96.4%,多粒率为1.4%,漏充率为2.2%,种子破碎率为0.18%,效果较优。摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器能够满足杂交稻低播量精密播种的农艺要求,研究结果为工厂化穴盘育秧精量播种机的设计提供参考。     

基于电容信号的玉米播种机排种性能监测系统

为了改善玉米播种机排种性能监测的可靠性,利用种子介电性质,研究一种基于电容信号获取与分析的播种性能监测方法。通过对玉米播种机排种过程的运动学分析,获得电容传感器极板长度的约束条件,为传感器设计提供理论性参考。设计了以单片机PIC18F2580、电容转换芯片MS3110及AD7685为核心的快速高精度电容检测电路。通过获取相邻种子的电容脉冲峰值间隔并计算脉冲积分面积,可以得到播种工况下的排种量、漏播量及重播量等参数。试验结果表明:系统对单粒玉米种子的监测精度为97.3%,在模拟播种机前进速度4.0km/h的条件下,系统的播种量监测精度为94.6%,漏播量监测精度为93.5%,重播量监测精度为88.1%。该系统能够有效地监测机具排种性能,有助于提高播种作业质量。     

预切种木薯播种器阶梯式振动散种机构设计与试验

针对预切种播种器对成堆木薯种茎进行精密播种时待充木薯种茎乱序、充种可靠性低等难题，在播种器供种环节设计一种阶梯式振动散种机构。建立了木薯种茎在阶梯式振动散种机构上运动过程的数学模型，对木薯种茎相对散种板的下滑运动和其在阶梯式调姿板上的抛掷运动进行理论分析，确定显著影响机构性能的因素分别是作业宽度、振动频率、台阶倾角以及限位挡角。基于离散元法（Discrete Element Method，EDEM）建立了木薯种茎-振动散种机构的仿真模型，单因素仿真试验明确了各因素对横向调姿成功率和散种输送成功率的影响规律。研制了阶梯式振动散种机构试验台，进行四因素五水平正交中心组合试验研究，并基于最优的因素参数组合对4个不同品种的木薯进行适应性测试，确定最佳参数组合。结果表明当阶梯式振动散种机构的供种箱作业宽度为643.41 mm、振动频率为55.58 Hz、限位挡角为145.06°、台阶倾角为80.13°时，横向调姿成功率为85.7%，散种输送成功率为88.2%；当在最优因素参数组合下进行试验，横向调姿成功率为85.6%，散种输送成功率为88.6%。研究为预切种式木薯精密播种器相关装备的研制提供指导参考。     

摩擦型立式圆盘精密排种器的设计与试验

为了解决机械式排种器种子充填力小、充填极限速度低的问题,该文提出了一种新的摩擦式精密排种器的结构,并研究了种子在充种空间内的受力、运动机理,该结构依靠摩擦式排种盘对种子的摩擦力驱使种子流动,增大种子充填力,改善充种效果。样机台架试验表明,在粒距为10 cm,种床带速为10.1 km/h时,排种盘型孔的极限线速度达到0.66 m/s,此时合格指数>95%,重播指数<5%,漏播指数<5%,该排种器能够满足高速精播要求。     

大蒜取种装置取种清种性能离散元模拟与试验

针对当前大蒜机械化种植单粒率低的问题,采用"取多留一"的设计思路,设计了爪式循环单粒取种装置,采用离散元技术建立大蒜充种与清种动力学模型,通过单因素仿真试验明晰了该装置完成单粒取种的内在机理。充种过程以取种爪中间板圆弧半径、圆心角及侧板横向间距为试验因素,以目标率为试验指标,通过Box-Behnken试验设计原理进行多因素仿真试验,得到影响目标率的参数依次为取种爪侧板横向间距、中间板圆心角、中间板圆弧半径;清种过程以清种栅板倾角为试验因素,以合格率、漏播率为试验指标,通过One-Factor试验设计原理进行清种性能试验,得到其响应曲线。采用Design-Expert8.0.6进行取种参数优化,结果表明各参数最优值分别为中间板圆弧半径为48.52 mm,中间板圆心角为72.59°,侧板横向间距为25.11 mm,栅板倾斜角度为7.41°;模型预测的目标率为90.64%,合格率为92.52%,漏播率为3.30%。开展了室内及大田试验,试验数据与优化结果一致,为大蒜机械化播种单粒取种技术研究提供了参考。     

气吸式胡萝卜起垄播种一体机研制

该研究结合山东等地的胡萝卜垄作种植模式,研制了一种集起垄、开沟、精量播种、覆土、镇压等功能于一体的气力式胡萝卜精量播种机,实现胡萝卜垄上窄行精量播种作业。该机采用负压吸种、正压吹杂完成单粒精量播种,主要由气吸式精量排种器、起垄整形装置、开沟分种装置、覆土器、机架及传动系统组成。根据吸种及投种过程的种子受力及运动分析,得到排种器气室真空度临界值,明确了投种位置及株距均匀性的主要影响因素。设计了双圈型孔排种盘,排种盘内外圈型孔所在圆周半径分别为87.5和95.0 mm,每圈型孔数量为30个。依据清种要求及作业空间,设计锯齿刮板式及偏心式刮种器,实现型孔两侧刮种;根据种植农艺要求,确定FL-2.5型风机,实现不同播种风量要求;采用3个双翼铧式犁起垄,并通过整形装置对垄形进行修整,一次完成2个梯形垄;遵循单体双窄行、浅开沟及少覆土要求,确定了开沟分种结构及覆土板参数。依据投种过程分析,采用低位投种方式,最低限度布置排种器,开沟分种装置总体高度在100mm左右。以排种盘型孔直径、排种盘转速和气室负压为试验因素,以粒距合格率、漏播率和重播率为试验评价指标,进行三因素五水平的二次回归正交旋转组合试验,获得排种器最佳参数组合为型孔直径1.6mm,排种盘转速18 r/min,气室负压4.4k Pa。田间试验结果表明,该机播种粒距合格率大于94%、漏播率小于5%、重播率小于4%,满足相关国家标准及胡萝卜种植农艺要求,可为胡萝卜精量播种机具的设计提供参考。     

自动定向大蒜播种机的设计与试验

针对现有大蒜播种机难以满足蒜种"鳞芽朝上、直立栽种"农艺要求的问题,该文设计了一种大蒜自动定向播种机。该播种机主要由底盘、机架、种箱、取种装置、蒜种定向装置、插播装置、气动控制系统和镇压轮组成。采用链勺式取种方式完成单粒取种,利用三级锥形料斗实现蒜种鳞芽定向,通过鸭嘴式插播器实现直立栽种。设计了各关键部件结构,通过试验研究探明了影响取种效果和鳞芽定向效果的主要因素,确定了合理工作参数组合。以兰陵大蒜为试验对象,取种试验表明,当播种机行进速度0.10 m/s、振动机构振动作用力15 N、十字轮转速20 r/min时,单粒取种率为93.50%,多粒率为2.30%,漏取率为4.20%,综合取种效果最优;蒜种定向试验表明,当3级料斗尖锥半顶角依次为45°、40°和30°时,料斗安装间距100 mm、料斗打开间隔时间0.4 s时的鳞芽朝上率为94.44%,综合定向效果最优。大蒜播种机田间试验结果表明,上述参数组合下鳞芽朝上率为89.2%,重播率为3.2%,漏播率为2.0%,播种效率为500～650 m~2/h,满足大蒜播种农艺需求。该文研究结果为推动大蒜播种机械化和自动化发展提供参考。     

蔬菜穴盘苗插入顶出式取苗装置研制

针对蔬菜穴盘苗自动取苗装置结构复杂、取苗性能差等问题,该研究综合顶出式取苗与插入夹持式取苗的优缺点,设计了一种插入顶出式取苗装置。首先对钵苗顶出过程进行受力分析,对抛出后的钵苗进行运动过程分析,得出造成顶出式取苗的钵苗翻滚的影响因素,提出插入顶出式取苗结构的优化目标,然后对送盘机构、插入顶出式取苗机构进行受力分析和参数优化。以辣椒钵苗为试验对象,选取苗龄、钵体含水率和取苗频率为影响因素,以取苗合格率、基质损失率和伤苗率为指标进行正交试验。试验结果表明：苗龄30 d、基质含水率60%、取苗频率120 株/min时,取苗成功率为97.22%,基质损失率为18.06%,伤苗率为1.39%,取苗效果最佳。以苗龄25 d的甘蓝和花椰菜苗进行不同蔬菜作物取苗验证试验,取苗合格率分别为93.75%和95.14%,基质损失率分别为17.21%和16.67%,伤苗率分别为4.17%和3.47%,满足蔬菜穴盘苗全自动移栽机取苗作业要求。研究结果可为蔬菜穴盘苗全自动移栽机的设计和作业参数优化提供参考。     

精密排种器组合式导种管设计与试验

针对不同排种速度下,种子投送轨迹的水平偏移量差异导致种子与导种管壁碰撞接触点不同,造成粒距一致性降低的问题,该研究在传统一体式固定导种管的基础上设计一种由结合段和投送段两段管体构成的组合式导种管,两段管体由转动副连接,在驱动机构作用下,可进行整体平移和绕转动副的旋转运动。对组合式导种管工作原理和投种过程进行理论分析,构建投种过程的种子动力学模型。运用离散元软件EDEM建立种子—管体仿真模型,以作业速度和投送段末端倾角为因素进行仿真试验,得到不同速度下两管体的最佳姿态,构建作业速度与组合式导种管运动关系数学模型。搭建导种性能试验平台,设计组合式导种管运动控制系统,进行导种性能验证试验,结果表明,组合式导种管在2～12 km/h作业速度下的姿态对种子具有较好的引导效果,与导种管初次接触后发生二次弹跳的种子占比小于2.39%;组合式导种管在不同作业速度下的排种粒距合格率均高于传统导种管,能够准确还原排种器的本征排种性能,在作业速度为2～6 km/h时排种粒距合格率在96.35%左右,在12 km/h时降至84.17%;组合式导种管各速度下的排种粒距变异系数较传统导种管平均降低24.65个百分...