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。     

槽缝气吸式小麦精量排种器

设计了一种槽缝气吸式小麦排种器.通过试验对比分析了梯形、U形、V形以及“1”字缝隙式槽缝结构的排种器吸种均匀性,梯形槽缝式排种器的吸种变异系数最小,为7.0％,排种种子破损率小于0.30％,满足小麦精量播种的要求.但是由于在实际作业时,风机负压的波动,各缝隙处的气流吸力的差异,致使该排种器的各行排种量一致性没有提高,在不同变速情况下各行排种量的变异系数不大于4.4％.     

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DEM-CFD的驱导辅助充种气吸式排种器优化与试验

针对驱导辅助充种气吸式排种器田间高速作业时因充种效果不佳造成排种质量下降的问题,对该排种器进行优化设计,分析了充种过程各阶段影响种子填充的因素,基于确定性颗粒轨道模型,将压力梯度力算法引入排种器DEM-CFD气固两相流耦合分析。从宏观尺度、微观尺度对充种过程各阶段临界点进行划分,并确定了各阶段充种性能评价指标。以种子吸附稳定时间、种子移出阻力、型孔处局部空隙率为指标,进行了三因素二次旋转正交组合试验,对试验结果进行多元回归分析,采用多目标优化方法,确定了排种盘导种槽最佳参数组合为导种槽曲率系数0. 265、深度2. 57 mm、斜面倾角15. 33°。为了验证优化设计结果,进行了排种器静止台架试验和室内振动环境模拟试验,将优化后的排种盘与原排种盘及其他2个测试盘在4种不同作业速度下进行对比,结果表明,优化后的排种盘在高速、振动条件下的充种性能有明显提升,当作业速度为14 km/h、随机振动主激励频率为9. 5 Hz、自功率谱密度峰值为0. 428（m/s²）²/Hz时,漏充率为1. 26%,充种性能较为稳定。     

气力辅助充种式花生精量排种器设计与试验

针对花生播种向精准、高速方向发展过程中高速作业状态下花生种子充种效果差的问题,设计了一种气力辅助充种式花生精量排种器,重点设计了排种器排种盘结构和气力辅助充种结构。针对颗粒尺寸大、质量大的花生种子,通过对花生种子在排种器中堆积现象与充种时间进行分析,得出花生高速排种充种过程需增强充种性能,从而提高充种效率。通过对花生种子进行充种原理分析,阐明花生种子充种过程中种子与排种器的运动关系与受力关系,分析充种过程影响因素。通过设计带有导种槽的排种盘和带有辅助吹种型孔的辅助充种结构,分析计算排种盘吸种孔、导种槽的关键结构参数以及辅助吹种型孔参数与排列方式。以充种合格率和充种漏充率为指标,进行三因素三水平组合试验,对试验结果进行多元回归分析,以最优目标进行优化,确定排种盘最佳参数组合为排种器吸种负压5.156 kPa、花生高速播种机前进速度8.007 km/h、扰动吹种正压1.149 kPa,此时,花生充种合格率为95.84%、漏充率为4.06%,能够实现花生种子有效充种。     

气吸式玉米精量排种器双侧清种装置设计与试验

为解决气吸式玉米精量排种器清种装置设计不合理而造成漏清、过清,导致排种性能下降的问题,提出采用双侧清种装置进行清种作业的方法,并设计了双侧清种装置。对该装置清种过程进行分析,明确了造成重吸的原因,阐明了清种过程的运动机理,建立了清种过程数学模型,确定了上下侧清种机构关键参数的设计方法。选取第1级清种弧线顶部半径、第2级清种弧线顶部半径和工作转速为主要因素进行了全因素试验,对试验结果进行显著性分析,建立了因素与指标的回归方程,以漏清率和过清率最小为寻优条件,获得较优清种强度下的最佳参数组合为：第1级清种弧线顶部半径80.70mm、第2级清种弧线顶部半径81.42mm,并在最佳参数组合下进行了验证试验。试验表明,在较优清种强度参数组合下,当工作转速为26.67~37.33r/min时,漏清率均不大于1.10%,过清率均不大于1.03%,与理论优化结果基本一致。对比试验表明,工作转速为26.67r/min时,采用双侧清种装置漏清率降低6.70个百分点,过清率基本不变,排种器合格率提高7.04个百分点;工作转速为32.00r/min时,采用双侧清种装置漏清率降低4.63个百分点,过清率基本不变,排种器合格率提高5.07个百分点;工作转速为37.33r/min时,采用双侧清种装置漏清率降低7.41个百分点,过清率降低0.24个百分点,排种器合格率提高7.26个百分点。采用双侧清种装置有效降低了漏清率,在高速情况下对过清率也有所改善。     

气力式高速精量排种器研究现状及展望

高速作业是当前精量播种技术的发展趋势,气力式精量排种器是实现高速作业的关键技术载体。分析限制气力式排种器作业速度提升的主要因素,提出高速充种技术、稳定清种技术、投种过程种子平稳运动控制技术、排种器平稳驱动技术四项关键技术。综述气力式精量排种器主要类别及特点,梳理国内外气力式排种器研发应用现状,针对提出的四项关键技术分析国内外研究现状,得出稳定充种、有效清种、平稳投种、排种器平稳驱动是有效提升高速作业播种合格率、降低变异系数、保证粒距均匀性的主要技术措施。结合我国的情况分析高速精量播种存在作业速度及效率低、电驱技术及质量监控技术不完善等问题,提出气力式高速精量排种器需要加大自主创新,未来向着高精度、高效率、智能化方向发展。     

气送式玉米高速精量排种器供种系统设计与试验

针对气送式玉米高速精量排种器进行高速精量播种时排种器内存种量波动较大,无法维持最佳作业状态的问题,提出通过改进供种装置结构、优化供种控制模型的技术思路。设计了一种智能供种系统,采用可替换轮片的新型供种轮结构和以正弦函数为基础的波动变量供种方式,根据供种效果实时调节供种速度波动幅度,从而使排种器内的存种量保持在较好区间,确保排种器在较高作业性能下进行持续性工作。对关键零部件进行了结构参数设计,通过离散元仿真和台架试验获取并验证了不同结构的供种轮较优工作区间,同时对波动变量供种模型性能进行了试验验证。试验结果表明,新型供种轮能够通过改变自身结构在供种速度250~1500g/min范围内将供种速度变异系数保持在20%以下。优化后新型波动变量供种控制模型将使供种速度以波动变量供种的方式进行平滑变化,在供种速度500~1500g/min范围内围绕供种需求进行100g/min左右幅度的波动供种,满足玉米精量播种的技术要求。     

气吸式玉米精量排种器性能试验研究

为确定气吸式玉米精量排种器的各项性能指标,通过JPS-12型计算机视觉试验台对排种器进行了单因素和多因素的试验研究。为此,探讨了该排种器的吸室真空度、播种作业速度及投种高度对排种的合格率、重播率和漏播率的影响规律。多因素试验采用正交试验设计方法,方差分析得出:当播种作业速度、吸室真空度、投种高度分别是7km/h、4.5k Pa、100mm时,排种器的排种效果较好,其合格率可以达到97.78%。     

山东烟台市研制开发气吸式花生精量播种机、排种器

近日．烟台市农机研究所就新开发的气吸式花生精量播种机和播种机上的排种器,申报了国家实用新型专利并获国家知识产权局受理。     

双孔并行气吸式油莎豆精量穴播器设计与试验

针对大粒径油莎豆种子表面凹凸不平、尺寸差异大而导致穴播器充种、携种不稳定及难以实现精量播种的问题,结合油莎豆一穴2粒、等距穴播的农艺要求,设计了一种双孔并行气吸式油莎豆精量穴播器。以油莎豆为研究对象,阐述了穴播器的结构和基本原理,对穴播器关键部件进行设计,确定其结构参数,对充种、携种过程进行力学分析并构建种子动力学模型。采用Fluent仿真模拟分析双孔不同分布组合下不同位置截面流场的压力、速度分布情况,优选确定了型孔最佳组合方式。结合单因素试验,进一步分析影响穴播器排种性能的主要参数,选取排种盘转速、气室负压、型孔直径为试验因素,以合格指数、漏播指数、重播指数为排种性能评价指标进行三因素五水平二次旋转正交组合试验。对试验结果进行多元回归分析,确定影响穴播器性能指标的主次影响因素,并通过多目标优化确定最佳参数组合:排种盘转速为34.3 r/min、负压为19.79 kPa、型孔直径为6.83 mm,对此参数组合进行台架验证试验,合格指数为92.1%,漏播指数为3.63%,重播指数为4.27%,满足油莎豆精量播种要求,提高了排种均匀性。     

光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统研究

针对油菜精量播种作业速度提高导致种子流检测精度下降的问题,设计了一种光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统,由光纤计数式传感器、核心控制模块、降压模块、无线通信模块和网页终端组成。阐述了光纤计数传感器的种子流检测原理,运用质点运动学理论构建了种子与导种管接触运动力学模型,明确了该传感器的响应时间。系统工作时,通过光纤传感器检测下落的种子流对光纤进行遮挡产生的电压信号,通过不同模块对信号进行降压、收集、传输并结合终端进行实时显示与储存。选用华油杂62油菜种子为试验材料,以六度空间振动台为试验平台搭载油菜精量排种器,以振动频率、种盘转速和工作负压为试验因素,各行排种量及各行排量一致性变异系数的相对偏差为评价指标,开展了传感器精度试验、检测系统性能试验及田间试验。试验结果表明：单、双粒检测试验结果相对偏差最大为3.67%;各行排种量的实际值与检测值的相对偏差不超过4.0%;各行排量一致性变异系数的相对偏差不超过1.0%。田间试验表明油菜种子的播种量检测相对偏差不超过8.0%,系统整体误差较小,可为进一步开展油菜精量播种作业质量评价系统研究提供参考。     

双级振动精密排种器外槽轮式定量供种装置设计与试验

针对现有外槽轮式排种装置存在充种不均匀现象的不足,从定量供种理论与试验研究角度,深入探讨定量供种技术。设计了一种电磁振动勺型外槽轮式定量供种装置,对勺型外槽轮、振动板和橡胶弹性板等关键部件进行了结构设计,并结合该装置的结构特点,推导了定量供种的理论模型,同时在振动频率保持不变的情况下,对该装置进行了定量供种试验,得到电磁振动振幅和排种轮转速对实际供种量的影响规律。试验结果表明,当排种轮转速在0.8~6.6r/min、6.6r/min以上,电磁振动振幅分别选择10μm、15μm时,实际供种量接近于理论模型,定量供种的相对误差小于4%,该研究成果可为精密排种器的数字化设计提供参考依据。     

支持转速现场标定的玉米精密排种器电驱控制系统研究

针对现有玉米精密电驱排种控制系统无法快速适应多类型排种器排种控制的问题,在玉米CAN总线电动排种的基础上,设计了一种对玉米排种器排种驱动进行现场标定的电驱控制系统。系统在排种驱动电动机控制信号与排种盘转速之间的对应关系中,采用分段线性插值的方法现场获取排种器驱动曲线,实现排种盘转速标定与控制。以国产气吸式玉米精密排种器和指夹式玉米精密排种器为试验对象,在模拟车速下,对系统排种盘转速现场标定的控制准确性进行试验。电驱气吸式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距设定为25 cm,车速设定为3～12 km/h(间隔3 km/h),结果表明,系统调节时间最长为0. 80 s,稳态误差最大为0. 81 r/min,控制精度最低为97. 42%。电驱指夹式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距分别设定为20、25、32 cm,车速设定为4～9 km/h(间隔1 km/h),结果表明,总体排种盘转速平均调节时间为1. 09 s,标准差为0. 26 s;总体平均稳态误差为0. 38 r/min,标准差为0. 23 r/min;总体平均控制精度为98. 30%,标准差为1. 01%。与分段PID排种转速控制系统控制性能进行对比得出,支持转速现场标定的系统具有更好的适应性,平均调节时间减少0. 51 s,平均稳态误差增大0. 16 r/min,平均控制精度降低0. 63个百分点。选用指夹式排种器,进行了播种均匀性田间试验,株距为20 cm,车速范围为4～7 km/h(间隔1 km/h),结果表明,播种合格指数大于等于84. 26%,变异系数小于等于18. 29%,说明系统能够完成对玉米精密排种器排种转速控制曲线的高控制精度现场标定,能够精准控制电驱排种转速。     

带式大豆高速导种装置籽粒姿态矫正元件设计与试验

为解决带式导种装置在高速（13~16km/h）播种时单种腔内籽粒姿态不稳定、位置不一致的问题,设计了一种带式导种装置籽粒姿态矫正元件,该元件由5阶平行横纹构成,每3阶横纹对应1个种腔,横纹凸起高度为1mm。并采用丁腈橡胶材料制作,当大豆接触到第1阶横纹后会被其调整成籽粒长轴垂直于输种带运行方向进行稳定导种。通过分析籽粒在碰撞形变阶段和碰撞恢复阶段的状态,明确籽粒在矫正区内的理论二维输种位置。利用EDEM离散元仿真软件进行矫正横纹最佳高度仿真试验,以倾角合格率和偏移合格率为评价指标,通过单因素试验分析籽粒从限位-矫正过渡阶段至矫正阶段终点的位移曲线,明确矫正横纹高度对籽粒横向运移规律,并得到横纹高度1.00mm下籽粒倾角合格率平均值为95.7%,籽粒偏移合格率平均值为98.2%。利用高速摄像技术进行单因素对比试验,并以姿态变异系数和株距变异系数为指标进行矫正效果对比试验。对比试验结果表明,有矫正元件的带式导种装置姿态变异系数和株距变异系数均低于无矫正元件的带式导种装置;安装横纹高度为1mm、厚度为4mm的矫正元件后,籽粒姿态变异系数平均值为16.45%,株距变异系数平均值为12.78%,可满足高速精量播种作业要求。     

玉米高速精量播种机正压气流辅助吹送导种装置研究

玉米播种机高速、精量作业时,投种点高,种子因剧烈碰撞,而导致粒距均匀性差,为此基于文丘里原理,设计一种利用正压气流辅助输种的导种装置,确定了导种装置的主要结构和关键参数。分析了气流辅助输种,实现“零速投种”的机理。采用DEM-CFD耦合仿真方法模拟导种装置的工作过程,通过对比分析气流场、种子的出射速度,确定进气室收缩角为70°、进气室收缩段长度为8.2 mm。利用排种器性能测试平台进行速度匹配试验、弹跳试验、作业性能试验和对比试验,结果表明：作业速度为8～16 km/h、粒距为20～25 cm时,合格指数不小于85.7%;粒距变异系数不大于15.8%。与重力式导种管相比,作业速度越高,正压气流辅助导种装置的优良作业性能越突出,作业速度为16 km/h时,粒距合格指数增加13.6个百分点,粒距变异系数减少7.4个百分点,满足高速条件下精量输种的要求,有利于提升高速精量播种机整体作业性能。     

高速精量播种机带式高速导种装置导种性能红外监测系统研究

为解决带式高速导种装置导种过程中种带托片与种粒均经过监测点,无法区分脉冲变化特征,导种性能难以监测的问题,研究一种基于红外传感器的带式高速导种装置监测方法并设计了监测系统。利用其导种特性提出了双侧脉冲比较法,设计了带式高速导种装置监测模块硬件电路与软件程序。同时通过对监测系统采样试验结果分析,提出一种基于双侧脉冲值分析与能量掩码平滑算法（Bilateral pulse value analysis and energy masking smoothing algorithm,BPV-EMSA）的带式高速导种装置监测算法。仿真试验表明：该算法减少了原始脉冲的噪声和随机波动,使数据更加平滑稳定并突出了数据主要趋势和模式,同时抑制了瞬态脉冲干扰,提升了数据可解释性和分析准确性。监测系统精度试验结果表明：所设计的带式高速导种装置监测系统在不同作业速度下最高监测精度为97.65%,最低精度为95.99%,系统能够精确采集种粒经过监测点的脉冲变化。监测系统性能评价试验结果表明：播种合格率平均监测差值为2个百分点,播种漏播率平均监测差值为1.45个百分点,播种重播率平均监测差值为0.56个百分点。播种合格率相对差值不大于2.23个百分点,播种漏播率相对差值不大于1.78个百分点,播种重播率相对差值不大于1.00个百分点。该监测方法能够准确监测带式高速导种装置的导种性能。     

玉米品字形高速精量播种机正压气流导槽式导种装置设计与试验

针对2BDQ系列玉米品字形播种机高速作业时(12～16 km/h)因气流裹挟种子进入双侧导种装置速度过快产生剧烈碰撞,使双侧种子交错均匀程度下降导致落种品字成形率低的问题,设计一种正压气流导槽式导种装置。阐述了导种装置结构与上下组合式导槽导种原理,建立玉米种子在导槽上引种、附种过程的力学模型,探究导种过程中种子约束状态与导槽结构参数的关系。采用DEM-CFD耦合仿真方法,分析玉米种子导种速度轨迹并比较气流场确定上导槽与下导槽宽度比例,通过单因素试验确定上导槽高度、下导槽宽度与输送气流正压取值范围。以单因素试验结果为试验因素水平值,以品字形合格指数、导种一致性变异系数为试验指标,利用JPS-16型高速播种性能检测试验台进行三因素三水平Box-Behnken台架试验设计,得到导种装置最优参数组合并进行试验验证,并选用4种不同类型的玉米种子进行导种装置最优参数组合的适播试验。结果表明：最优参数组合为上导槽高度354.491 mm、下导槽宽度2.245 mm、输送气流正压0.739 kPa,验证试验下该参数组合的品字形合格指数为91.791%、导种一致性变异系数为6.111%,与优化结果相符,在田间试验作业速度12～16 km/h工况中测得品字形合格指数不低于85.1%。     

气力机械组合式单盘双行排种器设计与仿真分析

针对国内气力式精密排种器大部分关键技术还不够成熟,从国外购买相关装备价格昂贵,造成了很大的经济负担,为此设计了一款机械式单盘双行排种器安装于气力式排种器下方,构成组合式单盘双行排种器。对蜂窝式单盘双行排种器进行了理论分析并进行了结构设计,使用SolidWorks创建了各部件的三维模型并进行装配,将装配好的三维模型导入到动力学仿真软件Adams中,排种盘前进速度设置为1.5 km/h,对其它各部件添加约束进行仿真。仿真结果表明当型孔倾角为2°时,种子不可以下落;型孔的倾角为6°、10°、14°时,播种间距分别为13.4 cm、10.46 cm、9.5 cm,行距过大。当排种盘型孔倾角为18°时,播种间距为7 cm,满足农艺要求,为整机的加工制造提供理论依据。