摩擦型立式圆盘精密排种器的设计与试验

<正>排种器是实现精密播种的核心部件,排种精度及均匀性是衡量排种器工作性能的重要指标,完善排种器的性能是提高播种质量,增加产量的基础。立式圆盘排种器是一种典型的机械式精密排种器,具有结构简单,工作性能可靠,价格低廉等优点,但在高速播种作业时,播种质量和作业效果将大大降低。为了满足高速播种作业要求,提高型孔极限线速度,国内外研究人员从改进型孔结构、增加种子充填力等方面进行了大量的研究工作。排种器主要依靠重力、离心力、气流压力、气流吸力、电磁力来进行     

磁吸式穴盘精密播种器排种机构的设计

对磁吸式穴盘精密播种器的关键部件一排种机构进行了设计，研究了机构的组合运动规律，确定了机构的结构参数和运动参数，以及由等加速、等速、等减速和停歇组成的机构组合运动规律，不仅满足了机构运行平稳、准确、快速等要求，而且保证了精密播种的质量。     

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...     

基于Fluent/EDEM的水稻精量排种盘参数化设计与仿真分析

为解决气吸式水稻精量播种机排种器在作业中存在排种稳定性差等问题,利用有限元与离散元仿真方法设计并优化气吸式精量育种用排种盘。利用离散元仿真方法探究排种盘的扰种性能,利用排种器内水稻种子的运动速度来判定排种器内扰种部件最优的结构参数。通过有限元分析,以气吸式排种器中吸气口处的压强大小以判定排种盘最佳结构参数,进行排种盘流场的仿真优化设计与验证。通过仿真分析,获得最优状态下排种盘的最优结构参数:排种盘总厚度为3 mm、扰种台的高度为2 mm,其内部表面形状为圆弧状结构,并利用Ansys Fluent进行流场分析与验证。     

基于CATIA的ML型联轴器参数化建模及系列化库的实现

在零部件的设计中,对于相同结构下不同型号的零部件,若在设计中不断对模型的尺寸进行修改和调整,会极大地延长产品的开发周期及生产效率。针对这一问题,以针对某企业的某种产品配套使用的ML型联轴器为例,使用CATIA进行参数化建模,并借助Excel表建立起一个简单实用的ML型联轴器系列化库,可实现各型号ML型联轴器的快捷调用。经实际应用,证明该设计方法能够快速地设计出满足客户需求的产品,同时可对库里的不同型号产品进行管理和配置。     

育秧播种机振动排种盘的虚拟样机的验证

电磁振动排种盘是水稻育秧播种机的核心工作部件,其工作性能的好坏直接影响到水稻育秧播种机的播种质量。依照此理论建立的虚拟样机的固有频率是,振动排种盘的振动速度为42.3083mm/s,通过理论计算出的固有频率与虚拟样机的固有频率只相差1.264HZ,理论计算出的速度与仿真得出的振动排种盘速度只相差1.3083mm/s,因此,按照此理论建立的振动排种盘虚拟样机是正确的。     

气力式集中排种器研究设计

目前,大功率拖拉机在播种作业中的应用不断增加,与其配套的大型播种机却相当缺乏。为此,研制了气力式集中排种器。详细介绍排种器充种室、吸气室、排种盘、排种环带、吹种室、剔种装置、吹种管等结构的设计。性能试验表明,排种性能符合单粒精密播种要求。     

基于组合式排种辊的穴盘播种机的设计与机理分析

穴盘精密播种设备主要用于实现穴盘精密播种,是设施播种育苗环节的关键设备,可以减轻播种作业的劳动强度,提高播种效率。针对现有圆辊型孔式穴盘播种机的排种辊更换不方便、适应性差的问题,为满足丸粒化蔬菜种子精密播种的需要,设计了一种基于组合式排种辊的穴盘播种机。该机采用可拆卸排种辊的结构形式,排种辊采用排种盘分体组合式,由独立的排种盘组合而成,针对常用的50穴、72穴、128穴标准育苗盘设计了组合排种辊,不同育苗盘的播种作业只需要更换相应的排种盘,实现一机多用,并通过对排种盘清种和护种过程进行运动和受力分析,为播种机的完善设计与试验提供理论支撑。     

针吸式蔬菜穴盘育苗精量排种装置的设计与试验

根据穴盘育苗农艺要求并结合茄科类蔬菜种子物理特性,设计了一种针吸式蔬菜穴盘育苗精量排种装置。对排种装置的结构及工作原理进行了描述,分析确定了吸针和种盘的结构参数。对吸孔直径、真空负压值及振动频率3个因素进行了试验研究,分析得出最优参数组合。开展了排种装置性能试验,结果表明:排种装置的播种合格率(单粒率)可达到96.31%,漏播率和重播率分别为1.20%和2.49%,能够较好地满足播种需要。     

提高气吸式垂直圆盘排种器性能的研究

通过对垂直圆盘气吸式排种器种子吸附过程的计算分析,找出了传统计算排种器真空度公式的不足,给出了新的计算方法。理论分析指出:减小种子与吸种盘之间的相对速度可以提高垂直圆盘气吸式排种器对种子的吸附能力,从而提高排种器的工作效率。在此基础上,设计了能够提高种子初速度的装置—助吸销。经试验证明,该装置能够高效与可靠地工作。     

限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器设计与试验

针对目前小麦种子尺寸小、形状不规则导致传统排种器存在漏充率高、充种合格率低等问题,设计了一种限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器。排种器基于限制种子充种姿态的原理,增设弧形辅助充种板和搅种盘,使种子长轴与型孔长轴近似位于同一平面,在正负压良好充种的基础上获得更佳的单粒充种性能。通过对充种过程及种子田间分布情况的分析,计算确定排种器关键结构参数：型孔列数3列,每列型孔个数30个,型孔长度8mm、宽度5mm、深度3mm;并采用EDEM软件进行仿真试验,确定了弧形辅助充种板的最优角度为5°。在此基础上,利用Design-Expert软件,以型孔轮转速、真空度、搅种盘转速为试验因素,以充种合格率、漏充率、重充率为评价指标,进行三因素三水平二次回归正交试验。通过构建回归方程及响应面数学模型,分析了各试验因素对排种器充种性能的影响,且对试验参数进行综合优化,确定最佳参数组合：型孔轮转速66.27r/min、真空度3.52kPa、搅种盘转速52.00r/min,并进行试验验证,得到排种器充种合格率为92.70%,漏充率为3.47%,重充率为3.83%。该排种器满足小麦精密播种对排种器的性能要求。     

气吸式玉米排种器清种机构参数化设计与试验

为解决气吸式玉米排种器重播指数高和难以保证清种机构设计合理性的问题,优化设计了气吸式排种器的清种机构。通过定义种子被吸附时占据型孔直径的比值概念,建立了清种过程数学模型,分析了清种过程的运动机理,得出种子被吸附所需占据型孔直径的比值随种盘型孔中心线速度变化不明显,但随型孔直径的增大明显降低;分别对清种机构安装位置、锯齿边缘倒角、清种曲线进行了分析和设计,建立了适于气吸式排种器清种机构的参数化数学模型,并分析得出影响清种机构形状的关键因素为种子尺寸和种盘型孔所在半径;采用DEM-CFD耦合仿真方式对清种过程模拟分析,验证了所设计的清种曲线能够起到很好的逐级清种作用,并得出种子所受清种冲击力的大小顺序为大扁形、小扁形、类圆形。采用优化后的清种机构与上代排种器进行对比试验,结果表明,在风压为-3 kPa、作业速度为8～14 km/h时,优化后的排种器合格指数不小于92. 0%,重播指数不大于1. 6%,漏播指数不大于6. 3%;优化后的清种机构能够在降低重播指数的同时减少漏播,有效地提高了合格指数,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性,从而验证了清种机构参数数学模型的合理性,可为气吸式排种器清种机构设计提供理论依据。     

定向排列纵横切分马铃薯种薯切块机设计与试验

针对马铃薯种薯需求量大以及人工切种工作量大、劳动强度高、切种效率较低等问题,设计了一种定向排列纵横切分马铃薯种薯切块机,可同时完成马铃薯种薯清土除杂、大小分选、种薯排列、切块、薯块杀菌消毒、薯种碎片清选和集薯输送等多种作业。该种薯切块机包括种薯分选装置、定向排列装置、纵切装置和横切装置,采用纵刀和横刀组合切块工艺,可有效提高种薯切块效率,降低劳动强度。以中间电机Ⅱ转速、上下胶皮辊中心距和薯刀梳子安装角为试验因素,以薯块合格率、薯块盲眼率和种薯损耗率为试验指标,进行了响应曲面试验,采用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行分析,得出最优参数组合为:中间电机Ⅱ转速为965.76 r/min,上下胶皮辊中心距为315 mm,薯刀梳子安装角为104.61°,最优参数组合条件下薯块合格率94.86%,薯块盲眼率1.84%,种薯损耗率9.72%。在最优参数组合条件下进行了验证试验,结果表明,薯块合格率为92.13%,薯块盲眼率为1.91%,种薯损耗率为10.21%,与预测值相比,薯块合格率、薯块盲眼率及种薯损耗率的相对误差分别为2.88%、3.80%、5.04%,满足马铃薯种薯切块要求。     

基于DEM-CFD的玉米气吸式排种器种盘设计与试验

针对玉米气吸式排种器高速作业下种子运动十分复杂、难以进行准确分析计算的问题,采用DEM(离散元)和CFD(计算流体力学)耦合的方法,模拟了气吸式排种器工作过程,分析了种子受到的曳力和运动速度,得出不同种子充种能力大小依次为:小扁形、类圆形、大扁形。经过仿真分析,有针对性地选取不易吸附充种的大扁形种子,建立充种过程数学模型,优化种盘型孔凸台高度和型孔凸台角度参数。为了获得排种器的最佳性能参数,以型孔凸台角度、型孔凸台高度、种层高度为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三因素二次旋转正交组合试验,并应用Design-Expert 8. 0. 6软件对试验数据进行多元回归分析和响应曲面分析,得到了各因素对指标影响关系。采用多目标优化方法,确定了最佳参数组合:型孔凸台角度为35. 76°,型孔凸台高度为3. 11 mm,种层高度为55. 61 mm,排种合格指数最高。此时,排种器性能指标为:合格指数91. 60%,漏播指数3. 90%,重播指数4. 50%。对优化结果进行验证试验,并与原排种器进行对比,验证结果与优化结果基本一致,且合格指数和漏播指数均优于原排种器,满足玉米精密播种的要求。     

群组吸孔气吸式芹菜排种器设计与试验

气吸式排种器可实现小颗粒种子的精密排种,但芹菜种子球度较小,且农艺要求一穴多粒,成为芹菜气吸式排种器精量排种的难点。为此本文基于CFD流体仿真,结合多因素、多水平试验分析及验证等方法,设计一种群组吸孔的气吸式芹菜精量排种器。以西芹“文图拉”芹菜种子为研究对象,首先,根据芹菜种子三轴尺寸,确定吸孔形状及尺寸;其次,通过CFD流场仿真研究不同吸孔分布结构下吸孔负压并确定群组吸孔数量;再次,通过理论分析推导确定最低吸种负压;最后,以气室真空度、种盘转速、吸孔分布结构为试验因素,以漏播率、重播率、合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验。通过极差分析和方差分析确定了影响排种性能的主次因素与最佳参数组合。结果表明：气吸式芹菜精密排种器较优组合参数为气室真空度-4 kPa、种盘转速20.75 r/min、吸孔分布结构为正等边三角形,此时播种合格率为88.9%,漏播率为5.1%,重播率为6.0%。田间试验结果为：合格率83.48%,重播率9.15%,漏播率7.37%。本研究实现了气吸式芹菜精密穴播,可为一穴多粒球度较小的小颗粒种子精量排种器设计提供参考。     

小型多功能种子筛选装置的研制

为解决水选法可选出饱满种子,但不宜用于选除因受到物理性损伤而破碎的种子、机选法能够选出完好种子但会对种子造成一定的损伤及完整却不饱满的种子难以选除的实际,在现有种子筛选装置的基础上,确定了小型多功能种子筛选装置的总体方案,并完成了筛选、动力等关键部件的设计,设计出一款集水选法、机选法于一体且对不同种子适用的小型种子筛选装置。运用三维软件对种子筛选装置进行建模分析,以验证设计的可靠性。试验结果表明:经过机械筛选,继续采用隔水筛选法筛选种子,可获得较高质量的种子;在完成机械筛选后,继续采用筛选水分离法筛选种子,可以获得较高质量的种子。     

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。     

纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置设计与试验

针对马铃薯种薯切块机械化程度低的问题,设计了一种纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置,对其关键部件进行设计,通过对马铃薯种薯切割过程的力学分析、运动学分析和能量学分析,建立了切种能量的数学模型,确定了影响马铃薯切种效果的主要因素。以切种效率、切种合格率为评价指标,以圆盘刀半径、输送辊与圆盘刀垂直中心距、圆盘刀轴转速和夹持辊轴转速为试验因素,进行了四因素四水平正交试验。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:当圆盘刀半径为180 mm、输送辊与圆盘刀垂直中心距为190 mm、圆盘刀轴转速为115 r/min、夹持辊轴转速为56 r/min时,切种效率为74.5 kg/min,切种合格率为98.8%,满足马铃薯切种作业要求。