批次式种子清选机自动控制系统设计

批次式种子清选机是为满足试验小区种子特殊加工要求而研制的专用装备。为解决种子批次处理过程中操作工序多、劳动强度大、作业效率低等问题,该研究基于ARM（Advanced RISC Machine）嵌入式系统设计了批次式种子清选机自动控制系统。该系统由给料余量监测、筛面变频振动、激振清筛控制、筛面倾角调节等功能模块组成,以物料位置和状态信息为主要控制条件,采用优先控制策略及变频控制优化模型,明确了给料速度、振动频率、激振频率、筛面倾角的控制方法,实现物料位置特征信息精准提取、工作参数动态调整、作业过程自动控制及筛面高效清理。控制系统运行准确性试验结果表明,筛面倾角、给料速度、振动频率变异系数均小于3.19%,满足使用要求。在前期研究基础上开展批次式清选机作业性能试验,综合考察清选机自动控制下的作业质量。试验结果表明：设定工况下自动控制系统运行正常、工作可靠,净度、种子获选率、批次作业时长、作业效率变异系数分别为0.15%、0.26% 、2.2%和2.19%,实现了批次式种子清选机的自动化作业。研究结果可为种子及其他颗粒物料的批次处理装备自动化设计提供参考,为智能装备的研发奠定基础。     

批次式种子清选装置设计与试验

针对试验小区种质材料\     

再生稻联合收获机清选装置内部气流场分析与试验

为了高效完成再生稻脱出物的清选工作,有效利用气流对物料进行吹散分层,并提高水稻籽粒透筛效率,该研究对沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻联合收获机清选装置进行了改进,改进的清选装置采用六叶片离心风机作为清选风机,振动筛上筛使用百叶窗筛,其筛片为平整未经冲压的平板状结构。首先运用CFD软件对风机转速1050 r/min、筛片开度分别为20、25和30 mm工作参数下的清选装置内部气流场进行了数值模拟和对比分析,数值模拟结果表明筛片开度为20 mm时筛面上方气流速度的分布均匀,筛片开度越大,筛片之间越容易产生小型涡流,从而造成气流混乱;使用热线式风速仪在试验样机上进行了气流速度测量,对比实测气流速度和仿真的气流波动规律一致,验证了数值模拟结果的准确性;进一步通过田间试验对静态的模拟试验结果进行了补充,分别选取清选筛振动频率为6、7、8 Hz,得出清选筛振动频率6 Hz配合筛片最佳开度20 mm时清选效果最好,其籽粒含杂率为1.52%,损失率为1.11%;且由结果分析可知,百叶窗筛筛片开度大小对清选损失率的影响无主效应。该研究表明百叶窗筛适用于针对再生稻的清选工作,提出了针对再生稻物料的风筛清选装置的设计思路,为进一步研究打下了基础。     

巨菌草种茎辊式排种器结构优化及排种动力学仿真与试验

针对目前巨菌草种植机普遍存在的重、漏播率高、人工劳动强度大、种茎易破损等问题,该文设计了一种槽型辊式排种器。先分析排种过程中的种茎受力状态,推导出种茎的受力角为目标值的函数,确定送种辊入种槽长宽尺寸为20 mm×20 mm;其次,采用弹性垫料改善送种辊排种进程,基于受力角为目标的函数,优化求解得到垫料侧边垫料厚4 mm、底部垫料厚8 mm;最后采用虚拟样机软件ADAMS建立了种茎排种动力学模型,对其排种过程进行仿真,并在此基础上进行了实验室台架试验和田间排种试验。台架试验表明,排种器实现种茎有序地排种,垫料有效地提高排种流畅度;田间试验过程中排种作业稳定,排种合格率均值为93.33%,排种间距变异指数均值为13.63%,平均漏排和重排指数均值为4.1%和2.5%,各项指标均符合巨菌草种植要求。该研究可为同类排种器和巨菌草种植机的研制提供参考。     

油菜小麦兼用气送式集排器搅种装置设计及充种性能试验

针对小麦种子在气送式集排器供种装置中因流动性差导致充种能力不足的问题,设计了一种可提高小麦充种性能的搅种装置。该文分析了搅种装置影响充种性能的主要因素,确定了搅种齿与搅种轴的主要结构参数,并构建了种子在搅种装置作用下的充种力学模型。应用EDEM仿真分析了搅种装置安装位置对种群压力、种群与供种机构切向力和型孔充种数量及其变异系数的影响;台架试验研究了搅种齿结构及其排布对充种性能和搅种装置与供种机构转速比对供种性能的影响。结果表明：安装搅种装置能明显增加种群压力、切向力、型孔充种数量、充填角和充种合格率。搅种齿长度显著或极显著影响充填角和型孔充种数,搅种齿排列方式显著影响型孔充种数。研究得出影响充填角和型孔充种数的主次因素为：搅种齿长度>排列方式>搅种齿形状。在搅种齿形状为圆柱形,搅种齿长度为6 mm和双螺旋排列方式条件下,充填角、型孔充种数和充种不合格率分别为78.20°、1.73和0.69%。供种速率随锥孔轮数量、转速比和转速增加而增加,在转速为20～40 r/min条件下,选择锥孔轮数量为6和转速比为1.154优化组合时,供种速率及其变异系数分别为690～1340 g/min和0.23～0.80%。该研究为搅种装置结构改进和供种装置充种性能的提高提供了参考。     

水稻气力式排种器导向型搅种装置的设计与试验

为提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,在该排种器的吸种盘上设计并安装了一种由2个搅种齿组成的导向型搅种装置。以培杂泰丰、Y两优1号种子为对象,采用单因素试验和因素组合对比试验的方法,研究了吸室真空度、吸孔直径与搅种装置对排种器性能的影响。结果表明,排种器安装导向型搅种装置后,工作转速显著提高,对工作气流真空度要求降低,性能得到改善;在真空度2.0kPa、吸种盘转速30r/min、搅种齿厚度2mm、搅种齿楔角60°、内侧搅种齿安装角90°、外侧搅种齿间安装角60°以及吸孔直径1.6mm的最佳排种参数下,排种器对含水率20.7%的Y两优1号破胸芽种排出(3～4粒)/穴的概率为59.48%,≤2粒/穴率为15.03%,≥5粒/穴率为25.49%。试验结果显示导向型搅种装置对籼稻种子存在分离、导向、摩擦和支撑等助吸作用,可提高排种器的排种精度。     

种层厚度对油麦兼用集排器供种装置充种性能的影响

为研究种层厚度对油麦兼用集排器供种装置充种性能的影响,该文运用EDEM(engineering discrete element method)软件和高速摄像技术,对不同种层调节板倾角和种层厚度的种群运动与供种性能进行了仿真与试验研究。EDEM仿真分析了种层厚度与转速对种群压力、种群与供种机构切向力和充种数量的影响;台架试验研究了种层厚度对充填角和供种性能的影响。结果表明:倾角为60°种层调节板的种群压力较大,充填角和充种性能均较优;种群压力和切向力随纵向距离增加而增加,随横向距离增加而降低;随转速增加,种群压力趋于稳定,切向力随之增加,单个型孔充种数量降低5%。转速为10~50 r/min时,初始充填角、充填角和供种速率均随纵向距离增加和横向距离降低而增加,但充种数量变异系数呈先降后升的趋势。种群压力、切向力、初始充填角、充填角与供种速率均呈极显著正相关,种群压力和切向力与初始充填角和充填角均呈极显著正相关,种层厚度和转速影响充填角分别源于种群压力和切向力。在纵向距离分别为15和20 mm,横向距离为46 mm条件下,油菜、小麦供种速率变异系数和破损率分别均低于1.0%和0.1%。田间试验表明该优化种层厚度条件下的集排器油菜种植密度满足农艺种植要求。该研究明确了种层厚度影响油麦兼用集排器供种装置充种性能的原因,为油麦兼用集排器供种装置种层厚度调节和结构改进提供了参考。     

球勺内窝孔垂直圆盘排种器伤种过程计算机模拟

球勺内窝孔垂直圆盘排种器适合于单粒点播或定粒穴播作物。根据该排种器的排种原理，不应有种子损伤。但试用结果实际伤种率高于国家标准规定。因而如何降低其伤种率成为研制该排种器的难点。该文建立了种子的运动数学模型和力学数学模型，利用模拟方法，从运动学角度对排种器工作过程进行模拟，为排种器参数的优化提供依据，降低排种器的伤种率。     

具有复合充填力的立式浅盆型排种器充种机理

为了从力学角度研究提高机械式精密排种器的充种能力以适应高速作业需要,分析了排种器种腔内种子各方向力学特征及规律,建立型孔充填力模型,找出提高充填能力的有效途径,并以增加充填力种类为目标创新设计一种立式浅盆型排种器。其排种盘结构既能保留传统立式种盘的优点,又避免了离心力对清种产生的负面影响。运用离散元仿真分析软件EDEM(engineering discrete element method)进行仿真并用物理样机试验进一步证实了种盘转速提高时,作为复合力引入的重力与离心力的分力能明显起到保证种子完成向型孔内进入过程的作用,在高速区段平均充填率提高2.33%。该研究为机械式精密排种器的研究提供了借鉴与参考。     

水稻种子电场分选电极化力计算与验证试验

摘要：种子在电场作用下,会受到电极化力的作用,不同活力的种子介电常数会有差异,受到电极化力的大小也会有差异。通过对双电极不均匀电场条件下水稻种子的静电吸附试验,验证了不同活力种子所受的电极化力的差异。对水稻种子在双导线不均匀电场下的脱落条件进行了分析和计算,确定了水稻种子在双导线间的姿态调整机理及在不同姿态下所受的电极化力的大小。研究为介电式种子分选机的设计奠定了基础。     

油菜小麦兼用排种盘的排种器充种性能

油菜、小麦籽粒物理机械特性差异大,该文针对前期研究中油菜小麦气力式精量排种器结构中,需对不同类型种子更换排种盘的缺陷,研制了一种兼用型内嵌入导种条式排种盘及其型孔结构,以实现油菜小麦气力式精量排种器兼用。开展了其充种阶段内嵌入导种条上强制带动层种子的运动轨迹及充种区种子充填角的解析,构建了充种区强制带动层种子的力学模型;并结合高速摄像技术,分析阐明了充种区种子层的流动特性,试验研究了充种区油菜、小麦充填角与充种性能、内嵌入导种条对种子机械损伤。研究结果表明:转速范围为10~45 r/min时,排种器充种区种子充填角与转速线性相关,内嵌入导种条时的油菜、小麦充种角随转速的变化率值分别为1.6635、1.9929,相对无导种条式排种器,充填角平均增量分别为10.1°、13.45°,充填弧长平均增量分别为12.29、16.48 mm,充种性能明显提高;发芽率试验表明,排种盘内嵌入导种条对种子无机械损伤。排种器性能试验结果表明:吸种负压为-2 900 Pa、排种盘内嵌入导种条可使小麦排种的平均合格指数相对提高30.76%,漏播指数相对降低38.61%;吸种负压为-900 Pa、投种正压为500 Pa时,排种盘内嵌入导种条可使油菜排种的平均合格指数相对提高3.72%,漏播指数相对降低8.58%;在转速为20~30 r/min时,排种性能均能满足油菜小麦兼用精量播种的要求。该研究可为兼用型精量排种器结构改进及性能优化提供研究依据。