自扰动内充种式大豆精量排种器的设计与试验

为提高大豆种子在排种器的活跃度和充种性能，改善大豆播种过程中机械式排种器的工作性能，设计一种自扰动内充种式大豆精量排种器。阐述排种器的结构和工作原理，依据大豆种子的外形特征及主要物理参数，对单粒种子在型孔内的3种主要不同姿态进行分析，确定了排种盘直径为140 mm、宽度为23 mm,型孔长度为7～11 mm、宽度和深度均为8 mm;根据工作原理与结构，分析排种器在充种、清种过程中种子受到扰种片的主要作用以及对排种性能的影响，并与传统结构形式的排种盘进行对比分析。为确定排种器的最佳结构参数与转速，运用EDEM仿真软件，以排种器转速、型孔长度和扰种片长度为研究对象、以排种合格率为试验指标进行正交试验。试验结果表明，影响排种质量的因素大小依次为排种器转速、型孔长度、扰种片长度；排种器最佳结构与工作参数为转速33.8 r/min,型孔长度7.3 mm,扰种片长度7.7 mm,排种合格率为95.3%。台架试验结果表明，最优参数组合下排种合格率为94.8%,与预测值基本一致，相对误差较小仅为0.5百分点，能够满足大豆单粒播种农艺需求。     

三七种子的大小对窝眼轮排种器充种性能的影响

【目的】探究窝眼轮排种器型孔尺寸与分级后三七Panax notoginseng种子的适配性对充种性能的影响规律,确定各级三七种子与适配型孔尺寸之间的关系。【方法】将三七种子分为4级,设计了4种不同型孔尺寸的窝眼轮排种器,利用离散元软件EDEM模拟各级种子在不同型孔尺寸排种器中的充种过程,分析各级种子在不同型孔尺寸排种器中的充种性能,得到各级种子适配排种器型孔尺寸,并进行了试验验证。【结果】各级三七种子均有适配型孔排种器,5.0～5.5和6.5～7.0 mm分级段的种子适配排种器型孔尺寸为7.5和8.5 mm;5.5～6.0和6.0～6.5 mm分级段的种子适配排种器型孔尺寸为8.0 mm。各分级段的种子在其适配排种器中充种时,合格指数均大于95.83%,漏播指数均低于2.00%,重播指数均低于2.17%。确定了种子长轴(l)与孔径(L)之间以及高轴(h)与孔深(H)之间的线性关系方程分别为L=0.58l+4.28和H=0.75h+3.96。【结论】排种器充种性能满足了三七播种的农艺要求,为窝眼轮排种器型孔尺寸的设计提供了理论依据。     

舀勺型孔轮式水稻精量排种器设计与试验

针对现有水稻排种器采用被动充种存在充种性能差、高速排种精度低的问题,设计了一种舀勺型孔轮式水稻精量排种器。阐述了该排种器的基本结构和工作原理,确定了排种轮、舀勺、型孔、护种板等关键零部件的结构参数,建立了排种器充种过程的力学模型。以冈优898 种子为试验材料,利用离散元法,选取排种轮转速、型孔倾角为试验因素,以排种合格率、重播率和漏播率为评价指标,进行单因素试验、对比试验和二因素五水平正交旋转组合试验,建立排种性能指标与试验因素之间的回归模型,利用响应面法分析了各试验因素对排种性能的影响规律,并采用多目标优化方法,确定了最佳参数组合。优化结果表明:排种轮转速为25.94 r·min ^-1、型孔倾角为34.75°时,排种器的排种性能最佳,排种合格率、重播率、漏播率分别为87.55%、9.79%、2.66%。为验证仿真结果的可靠性和排种器的适应性,以丰两优3948、冈优898、冈优3551 3个水稻品种种子为试验材料,对排种器进行台架性能试验和田间播种试验。试验结果表明:台架试验与仿真结果基本一致,丰两优3948、冈优898、冈优3551种子的排种合格率分别为84.40%、84.53%、83.74%;田间播种合格率分别为81.34%、82.13%、80.67%,3个水稻品种种子排种性能皆满足水稻精量播种要求。研究结果可为舀勺型孔轮式水稻精量排种器的结构优化和性能提升提供参考。     

水稻气压滚筒式集中排种器设计与试验

为提高水稻集排式精量穴直播的排种性能，采用正压气流充种、携种和投种原理，设计一种水稻气压滚筒式集中排种器。基于杂交稻机械物理特性参数和精量穴播农艺要求，提出一种气流孔均布于“碗状”型孔的结构，确定其主要结构参数，构建种子在充种和投种过程的力学模型。台架试验研究气流孔直径、滚筒转速和气流孔数量对排种性能的影响，并分析集中排种器对杂交稻品种的适应性。试验结果表明:影响排种性能的主次因素依次为气流孔数量、气流孔直径和滚筒转速；当排种滚筒转速为20 r/min、气流孔数量为7、直径为1.7 mm时，排种合格率为93.33%，漏播率2.50%，重播率4.17%，空穴率0.58%，各行排量一致性变异系数为2.08%。繁优609、F优 498和天优华占3个品种的排种合格率均达到90.00%，漏播率和重播率分别不高于6.00%和5.00%，种子破碎率低于0.20%，各行排量一致性变异系数低于3.00%，说明该排种器对不同杂交稻品种具有较好的适应性。田间试验结果表明，单穴平均播种量为3.56粒，播种合格率89.33%，平均穴距190.3 mm，达到水稻精量穴播排种要求。该研究可为水稻气压滚筒式集中排种器设计提供参考。     

双盘高速气力式水稻精量排种器的设计与试验

为解决现有排种器在高速作业下存在漏播率较大的问题,设计了一种双盘高速气力式芽种精量排种器。阐述了其基本结构和工作原理,以浸种催芽处理的黄华占常规稻作为研究对象,分析了种层高度对芽种漏充率的影响。利用ANSYS/Workbench仿真,对进气口角度进行两因素三水平试验,以充种区型孔压强、清种区型孔压强、携种区型孔压强为评价指标,进行方差分析,确定最佳进气口位置角度。研究结果表明:气室接口位置对负压区流场压强具有显著影响,进气口角度对负压区流场压强影响不显著。对现有单盘气力式精量排种器进行改进,分析了机组前进速度对排种器工作性能的影响,以合格率、漏播率、重播率、破损率为评价指标,进行了排种性能台架试验。试验结果表明:在满足精量播种的前提下,双盘结构排种器可将作业速度提高一倍,大大降低了漏播率;通过调节装置调节种层高度可一定程度上减小排种器漏充率,有利于改善充种环境,提高排种器的充种性能;当机组速度为1.8km·h-1时,吸室真空度为4.0kPa,排种器的排种性能最好,合格率为86.5%,漏播率6.3%,破损率0.35%。该研究可为气力式水稻精量排种器的设计与高速排种性能提供参考。     

花生排种器型孔结构的优化设计与试验

为解决现有花生排种器对种子尺寸适应性差的问题,设计了由调整片控制种窝尺寸大小的内充型孔轮式花生排种器．以单穴单粒率、重播率、漏播率为试验指标,以排种器转速、种窝长度、种子大小为试验因素进行二次正交旋转组合试验．试验结果表明,影响排种性能的主次顺序为：种窝长度、种子大小、排种器转速．在转速４０ｒ／ｍｉｎ,种窝长度９ｍｍ,种子大小１５.６ｍｍ的条件下,排种性能最佳,单穴单粒率９５.３％,重播率２.７％,漏播率２.２％．结果表明,通过调整种窝长度控制排种器的排种量,使排种器对种子尺寸具有良好的适应性．     

变容量型孔轮式排种器种子适应性研究

选取绿豆、芝麻、高粱等3种粒径为1～5 mm的种子,运用变容量型孔轮式排种器进行排种试验,分析排种均匀性、一致性、破损率等适应性参数,确定排种器对作物种子的适应性。结果表明:变容量型孔轮式排种器适用于芝麻、高粱的条播,不适应于绿豆的排种。通过正交试验分析转速、调节舌形式、调节舌宽度、播量调节档位对芝麻、高粱的排种均匀性、各行排量一致性和破损率的影响,当排种器的调节舌形式为圆头、调节舌宽度为8 mm、转速为50 r/min、播量调节档位为IV时,对提高芝麻、高粱的排种均匀性、各行排量一致性及降低破损率有利。     

玉米丸粒化种子配套排种器的研究

对玉米丸粒化种子在单粒排种装置窝眼充种过程进行分析 ,并采用正交试验设计 ,优选出适合于丸粒化玉米种子的型孔轮式排种器 ,即型孔中间位置、直径 15mm、偏心角度 +14°的型孔轮式排种器。通过试验各项试验指标均满足机械精量播种的要求 ,为玉米丸粒化种子在现有播种机上实现机械精量播种开辟了一条新途径。     

轴流气吸式排种器的设计与试验

针对传统气吸式排种器负压沿程损失大、结构复杂等问题，基于轴流风机原理及流体力学相关理论设计了一种不需要配备真空泵及配套管道设施的轴流气吸式排种器，简化了排种器结构。建立排种器型孔处种子的力学模型；以大叶香菜种子为排种对象，基于三维建模软件、CFD相关软件进行结构设计与数值模拟，确定了排种器关键部件的结构参数；搭建排种器试验台架，以扇叶转速、排种盘转速、型孔数量为影响因子，以种子吸附率为性能指标，进行三因子三水平二次回归正交试验，利用Design-Expert软件建立各影响因子与性能指标之间的回归模型，分析了各个因子对排种性能的影响规律。采用主目标函数法进行了优化，确定了最佳参数组合为扇叶转速1 914 r/min、排种盘转速11 r/min、吸种型孔数量18个，此时理论种子吸附率为92.81%。以此参数组合在试验台上进行试验验证，结果显示种子吸附率平均值为92.22%,与理论结果基本相符。该排种器可以满足蔬菜精密播种对排种器的性能要求。     

球勺内窝孔小麦精量排种器充种机理的研究

球勺内窝孔小麦精量排种器是以复式型孔为排种元件，应用多力联合充种原理，在结构工艺上是内侧充种垂直圆盘排种器应用于分蘖作物的新突破，从充种角度阐明其排种元素的位置和结构特点；对种子在充种过程中的受力状况进行了分析，论述了种子在重力、离心力、摩擦力和种间挤推力的联合作用下以填补空间，相向速度差、同向速度差的三种充种机理。     

内侧充种式花生精密排种器性能分析与破碎试验

为提高用于花生播种机的内侧充种式精密排种器的排种质量,降低排种器对种子破碎率的影响,探寻最佳的排种器工作参数组合。基于JPS-12型排种器试验台,采用三元二次正交旋转组合试验设计的方法,以排种轮转速、复式型孔充种孔长度、护种板起始角大小为试验因素,破碎率为试验指标,鲁花11号花生种子为试验对象进行了试验研究。运用DPS软件对试验数据进行了方差分析,结果表明,破碎率影响显著性顺序依次为护种板起始角大小、排种轮转速、复式型孔充种孔长度。运用Matlab软件对数学模型进行了参数优化,得出最佳参数组合为:排种轮转速38 r/min、复式型孔充种孔长度35 mm、护种板起始角大小22°,此时的破碎率为0.65%。试验验证结果表明,理论值与试验值差值为0.06%,最佳参数组合下的破碎率低于花生播种要求。     

偏心顶杆排种器的工作过程分析

为探明影响偏心顶杆排种器排种质量及工作性能的因素,建立了排种器的简化工作模型,推导出排种器工作时种子的位移和速度方程,界定了充种和投种过程．分析充种过程得知：型孔理论上应为椭圆型孔,并推导出椭圆型孔的大小与种子的大小、承种筒的外径和转速等之间的计算关系式．对投种过程分析得知：选择恰当的机组前进速度可保证排种器正常落种,提高种子的完好率．     

基于EDEM的窝眼轮式油菜排种器排种性能仿真与试验

【目的】研究不同型孔结构对窝眼轮式油菜排种器种子群扰动及排种性能的影响。【方法】借助离散元分析软件EDEM对3种不同型孔结构的窝眼轮式油菜排种器进行仿真分析,并进行试验验证。【结果】型孔结构对种子群扰动影响明显,种子群扰动量越大充种性能越好;转速在10~50 r·min~(-1)时,种子群扰动最大的30°倒角窝眼轮合格指数为86.6%~95.8%,明显优于不倒角窝眼轮的67.5%~90.6%和半径1.25 mm倒圆角窝眼轮的79.2%~93.5%。各轮对比试验发现,相同转速下,种子群扰动量越大漏播指数越小,型孔囊种空间大小因倒角方式而不同,且囊种空间越大,重播指数和变异系数也越大。【结论】影响各轮排种性能的主要因素是工作转速;由于重播指数较小,故合格指数主要受漏播指数影响;仿真与试验的结果有偏差,但变化趋势及其相互之间关系基本一致,用EDEM对排种器进行仿真分析具有一定可行性。     

滚轮圆刷式三七精密排种器的仿真分析与试验验证

为实现三七种子的精量播种,针对三七种子形状不规则、含水率较高易造成种子流动性差和不易充种的问题,设计了一种滚轮圆刷式三七精密排种器,阐述了其基本结构和工作原理,分析了型孔的形状和大小对充种的影响;为实现零速投种,对护种板安装角度进行了分析;研究了充种区种子的受力情况,建立了圆刷滚轮接触区内三七种子运动方程.对圆刷滚轮接触区内三七种子的运动情况进行了仿真分析,其结果与理论计算值基本一致.选取型孔轮转速、型孔直径和型孔深度为试验因子,以粒距合格指数、重播指数和漏播指数为评价指标,采用3因子3水平正交设计方法进行排种器台架试验.结果表明:型孔轮转速20r/min、型孔深度7mm、型孔直径8.5mm为较优组合,此时的粒距合格指数可以达到93.17%,重播指数为3.40%,漏播指数为3.43%,达到了三七种子精密播种的要求.     

油麦兼用斜锥型孔轮式集排器设计与试验

为满足长江中下游地区油菜和小麦播种要求、提高播种机作业效率、简化播种机结构并有效控制机械式排种方式的种子易破损和堵塞型孔等问题,设计一种无需清种与护种装置的油麦兼用斜锥型孔轮式集排器,提出一种油菜双圈、小麦三圈型孔交错排布以及斜锥形型孔结构。构建充种、携种、投种和输种等过程的力学模型,分别确定排种器充种时的最小充填高度比基准高度低10 mm、验证该集排器结构的合理性、得到油菜小麦型孔后倾角分别低于30°和15°时,油菜和小麦的最大投种角分别可达40.8°、34.4°以及油菜和小麦输种管与水平面夹角需不小于33°。正交试验结果显示,油菜型孔后倾角20°、充填高度为基准高度、转速20 r/min,小麦型孔后倾角5°、充填高度20 mm、转速15 r/min,油菜、小麦各行排量一致性变异系数分别低于6.00%、6.32%,总排量稳定性变异系数分别低于1.25%、1.00%,破损率均低于0.5%。田间试验表明,油菜、小麦播种试验出苗效果良好。     

基于离散元法的小麦精量排种器性能模拟试验

针对小麦精量播种技术缺乏合适的排种器的问题,设计1种窝眼轮式小麦精量排种器。采用离散元仿真软件EDEM对排种器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验,仿真分析型孔倒角类型、清种刷安装角度和排种轮转速3个因素对排种器排种性能的影响。仿真试验结果表明,当排种轮转速为50 r/min,型孔倒角类型为倒边角,清种刷安装角度为35°时,排种器工作性能最好;当型孔倒角类型为倒边角,清种刷安装角度为35°时,随着排种轮转速的增加,型孔重复充种数减少,型孔漏充种子数增加,总排种量减少,各排种管排种量的变异系数呈增加趋势。     

内充式三七精密排种器的设计

【目的】设计一种内充式三七精密排种器,为实现三七播种机械化提供支持。【方法】利用冲突解决原理对排种器关键部件进行设计,通过对排种器运动过程分析、理论计算和数值模拟,确定主要结构参数;利用EDEM离散元仿真软件,对排种器转速、导种槽倾角、凸包分布和种层高度进行单因素仿真试验,进一步确定各因素取值范围;以排种盘转速、导种槽倾角和种层高度为因素,以单粒率、漏充率和重充率为指标,进行二次回归正交旋转组合仿真试验,对排种器工作性能进行优化,并通过台架试验进行验证。【结果】影响单粒率的主次顺序为排种盘转速、种层高度和导种槽倾角;当排种盘转速为31.1~37.8 r/min,种层高度为46.6~58.2 mm,导种槽倾角为43.0°时,单粒率大于96.00%,漏充率小于2.50%;3组9次台架验证试验表明,排种器的充种单粒率平均值分别为96.67%,96.67%和96.33%,漏充率平均值分别为2.00%,2.33%和2.33%,重充率平均值分别为1.33%,1.00%和1.33%,台架验证试验结果与仿真试验结果一致。【结论】设计了内充式三七精密排种器,该排种器能满足三七播种的农艺要求。     

小麦精密排种器伤种的计算机模拟

内充种垂直轮式小麦精密排种器(专利号:ZL98244378.1)实现了小麦精密播种的精确、定量、可控,播种量的确定性和播种均匀性高于其他小麦排种器,解决了小麦精密排种的关键。根据该排种器的清种原理,不应有种子损伤。但试验结果表明其伤种率高于国家标准规定。因而解决如何降低其伤种率即成为研究该排种器的难点。本研究从种子的损伤形式入手,分析了种子尺寸、排种器的结构参数和运动参数对种子损伤的影响,并用计算机仿真模拟进一步优化了该排种器的结构和参数。     

基于EDEM的双排型孔轮式油菜排种器的排种性能分析

基于离散单元法和EDEM软件,建立了双排型孔轮式油菜排种器的离散元模型,对不同排种轴转速下种群扰动强度进行分析,研究排种轴转速和不同排型孔对排种器排种量和排种均匀性变异系数的影响。结果表明:当排种轴转速为30～90r/min时,单独使用第一排型孔排种,排种均匀性变异系数为42.75%～54.17%,单独使用第二排型孔排种,排种均匀性变异系数为38.46%～44.1%;排种器使用双排型孔同时排种,排种均匀性变异系数为28.2%～40.1%,双排型孔工作较单排型孔工作排种均匀性提高。该排种器种子充入型孔的极限转速为60 r/min,当转速为0～60 r/min时,单位时间的排种量呈线性变化,当排种器转速超过极限转速时,单位时间的排量相对减小。     

内侧充种垂直园盘排种器充种机理的研究

内侧充种垂直园盘排种器以复式型孔为排种元件，应用多力联合充种原理，从结构工艺上改变了传统的水平园盘、垂直园盘、型孔带式等排种器仅仅依靠重力，从上而下的充种。本文从充种角度阐明其排种元件的位置和结构特点；分析了“勺径侧三作用充种方式”依靠重力、离心力、摩擦力、种子群体间推挤力以填补空间、相向速度差和同向速度差三条充种途径诸机理。