精量播种机V型凹槽拨轮式导种部件设计与试验

为提高导种投送均匀性与稳定性,满足精量播种作业要求,设计了一种Ⅴ型凹槽拨轮式导种部件,对其滑移导种曲线、Ⅴ型凹槽和柔性拨种轮进行优化分析。依据离散元法建立导种部件-玉米籽粒间作用模型,运用EDEM软件对导种投送环节进行虚拟仿真,分析籽粒在导种管内滑移状态。以勺式玉米排种器为排种载体,结合正交试验设计和虚拟仿真技术进行多因素正交旋转试验,以机具前进速度、排种器工作转速和导种曲线投种点切线倾角为试验因素,合格指数与变异系数为试验指标,采用多目标变量优化方法建立因素与指标间的数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件进行数据处理优化。仿真表明,当前进速度、工作转速和切线倾角分别为7.69 km/h、29.47 r/min和46.10°时,导种均匀性及稳定性最优,其合格指数为92.05%,变异系数为8.00%。在此基础上,利用室内台架开展了高速摄像测定试验、性能对比试验及振动适应试验。试验结果表明,多数籽粒在导种管内以平稳状态滑移,极少数出现不规则碰撞及翻滚;所设计的导种部件对不同类型玉米籽粒适应性良好,且其合格指数与无导种管基本相同,变异系数优于可伸缩塑料导种管、弧形导种管及无导种管,可适用于勺式、指夹式和气吸式玉米排种器;在振动幅度为1~3 mm、振动频率为1~4 Hz工况下,振动幅度及频率对导种部件作业均匀性影响较小。     

V型凹槽拨轮式导种部件设计与试验

为提高导种投送均匀性与稳定性,满足精量播种作业要求,设计了一种V型凹槽拨轮式导种部件,对其滑移导种曲线、V型凹槽和柔性拨种轮进行优化分析。依据离散元法建立导种部件—玉米籽粒间作用模型,运用EDEM软件对导种投送环节进行虚拟仿真,分析籽粒在导种管内滑移状态。以勺式玉米排种器为排种载体,结合正交试验设计和虚拟仿真技术进行多因素正交旋转试验,以机具前进速度、排种器工作转速和导种曲线投种点切线倾角为试验因素,合格指数与变异系数为试验指标,采用多目标变量优化方法建立因素与指标间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件进行数据处理优化。仿真表明,当前进速度、工作转速和切线倾角分别为7.69km/h、29.47r/min和46.10o时,导种均匀性及稳定性最好,其合格指数为92.05%,变异系数为8.00%。在此基础上,利用室内台架开展了高速摄像测定试验、性能对比试验及振动适应试验。试验结果表明,多数籽粒在导种管内以平稳状态滑移,极少数出现不规则碰撞及翻滚;所设计的导种部件对不同类型玉米籽粒适应性良好,且其合格指数与无导种管基本相同,变异系数优于可伸缩塑料导种管、弧形导种管及无导种管,可适用于勺式、指夹式和气吸式玉米排种器;在振动幅度为1～3mm、振动频率为1～4Hz工况下,振动幅度及频率对导种部件作业均匀性影响较小。     

气流辅助高速投种精量播种机压种装置设计与试验

气流辅助高速投种能够减小种子在导种管内因与管壁碰撞而产生的株距变异,但气流作用增大了种子落地的初速度,导致落地后弹跳对株距均匀性产生影响。为此,设计了一种适于气流辅助高速投种的精量播种机压种装置,在种子落地时,利用压种轮与土壤双向挤压作用实现种子精准定位。将压种装置安装在大豆精量播种机上进行了田间试验,结果表明,作业速度、导种管末端与压种轮的水平距离对株距合格指数、变异系数影响均显著,种子投射角对株距合格指数影响不显著、对株距变异系数影响显著。采用压种轮、压种舌和无压种条件下的对比试验表明,压种轮能够显著减少种子落地弹跳,采用压种轮的株距合格指数、变异系数明显优于采用压种舌和无压种条件,压种轮最优工作参数组合为作业速度9.5km/h、投射角30°、导种管末端与压种轮的水平距离75mm,在此工作条件下株距合格指数、变异系数分别为95.68%、10.32%。     

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。     

基于EDEM-RecurDyn的玉米指夹式排种器振动特性分析与优化

为降低振动对指夹式排种器排种性能的影响,设计了一种具有辅助夹持结构的玉米指夹式排种器,阐述了指夹式排种器工作原理,并对辅助夹持的指夹和种盘等各关键构件结构进行了优化设计,建立了指夹夹持动力学模型。运用RecruDyn软件建立排种器虚拟样机模型,基于玉米籽粒特性在EDEM软件中构建玉米籽粒颗粒,通过EDEM-RecurDyn耦合仿真模拟了振动条件下排种器充种、携种及排种过程,分析对指夹式排种器排种性能影响的主要因素。最后结合台架试验,选取排种器作业速度、振动幅值和振动频率为试验因素,以排种器合格指数和漏播指数为试验指标进行排种性能试验验证。研究表明,指夹打开28.65°夹持玉米籽粒时,符合指夹式排种器在振动条件下的运动过程,耦合仿真分析结果与指夹式排种器实际运动过程基本一致,夹持过程中指夹和种盘共同配合下能够有效降低振动对排种器夹持性能的影响,满足设计要求;当作业速度为3.8km/h、振动幅值为5mm、振动频率为32.52Hz时,排种器合格指数和漏播指数分别为91.0%、6.68%,排种器台架验证试验得出该参数组合下排种器排种合格指数为和漏播指数分别为90.0%、7.1%,与理论优化值非常接近,证明辅助夹持结构在排种作业中可以保持较好的稳定性,使得排种器具有良好的排种效果,满足精密播种作业要求,为玉米精密播种装置的改进设计提供参考。     

指夹式精量玉米排种器改进设计与试验

为满足精密播种作业要求,采用夹持充种、振动清种及柔性导种等方式,对指夹式精量玉米排种器进行了改进设计。通过对其工作原理的分析,对关键部件取种指夹、振动区及零速导种带的结构参数进行了优化。为提高排种器作业性能,得出其最佳工作参数,以工作转速和弹簧丝径为试验因素,粒距合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标进行二次正交旋转组合设计试验,运用Design-Expert 6.0.10软件进行试验数据处理,建立因素与指标之间数学模型以进一步优化。试验结果表明,弹簧丝径为0.77 mm,排种器转速小于19.2 r/min时,合格指数为86.90%,重播指数为9.62%,漏播指数为3.51%,合格指数比改进前提高13.5%,破损率为0.4%。在此基础上进行排种适应性试验,结果表明指夹式精量玉米排种器对大扁马齿型籽粒具有良好的适应性,满足精密播种农艺要求。     

指夹式玉米精量排种器导种投送运移机理分析与试验

为研究指夹式玉米精量排种器籽粒投送运移规律,提高排种器导种性能,建立了导种投送过程的运动学和动力学模型,分析了各因素对运移稳定性及投送落种轨迹的影响。采用多因素二次通用旋转组合试验研究了工作转速和倾斜角对排种均匀稳定性的影响,运用Design-Expert 6.0.10软件对试验数据进行优化分析得到其最佳工作条件。在此基础上,运用镜面反射成像原理,搭建了排种轨迹测定试验台,结合高速摄像与图像目标追踪技术对落种籽粒轨迹运移规律进行了研究。试验结果表明,在工作转速为15~45 r/min、倾斜角为0°工况下,籽粒正面轨迹及侧面轨迹的水平位移随工作转速增加而增加,株距变异系数随工作转速增加而降低;当工作转速大于35 r/min时,籽粒轨迹及落点位置分布逐渐离散,株距变异系数明显增加,其正面水平位移稳定在12.9~14.3 mm内,侧面水平位移稳定在3.7~4.8 mm内,平均株距变异系数为15.13%。在工作转速为30 r/min、倾斜角为-12°~12°工况下,轨迹投种角随倾斜角的增加而减小,其整体角度稳定在66.4°~79.6°内。该研究为优化设计指夹式玉米精量排种器关键部件及配套导种管提供了参考。     

坡耕地鸭嘴式玉米排种器间歇同步充补装置设计与试验

针对坡耕地环境下鸭嘴式玉米排种器排种质量差及性能不稳定等问题,以鸭嘴式玉米排种器为载体,设计了一种配套的间歇同步充补装置。阐述了排种器整体结构及工作原理,分析了种子在排种器内部排种、补种及导种过程,优化了间歇同步充补装置摇杆、内棘轮和鸭嘴式排种器直角导种部件等关键部件结构参数。结合理论分析和坡耕地播种农艺要求,选取作业速度、回位弹簧预紧力和作业坡角为试验因素,合格指数和变异系数为性能指标进行了单因素试验、正交试验及台架对比试验。试验结果表明,性能指标随作业速度和作业坡角增加先增加后降低,随回位弹簧预紧力增加先增加后趋于平稳;当作业速度为1 m/s、回位弹簧预紧力为15.6 N(型号T4,丝径为1 mm,中径为7 mm,原长为25 mm)、作业坡角为12°时,其排种性能较优,合格指数为98.7%,变异系数为10.2%;较传统鸭嘴式排种器其合格指数提高了9.5个百分点,满足坡耕地环境下精量播种作业要求。     

基于DEM的导种管优化设计方法研究

为提高玉米精量播种机播种均匀性,需要合理的导种管引导种子进入种沟,基于离散元法研究玉米精量播种机导种管的优化设计。以零速投种理论为基础,采用运动学能量守恒方程分析导种管主曲线,得到种子在导种管出口处的水平速度方程;基于Isight软件RSM优化模块设计试验,结合所得导种管出口处水平速度方程,以圆弧段夹角α、直线段与竖直方向夹角β、直线段高度h₁、圆弧段半径R为因素,考虑分析出口水平速度及实际农艺种子株距的范围调节,增加排种盘角速度ω为因素,以株距变异系数、出口水平速度为响应设计试验对主曲线参数进行优化求解。在ω为15～45 r/min参数范围下,以出口水平速度小于0.1 m/s,变异系数小于5%进行寻优求解,得到导种管主曲线的最佳参数组合为：α=25°,β=11°,h₁=200 mm,R=625 mm。根据所得最佳参数采用CATIA软件建立三维模型并3D打印进行台架试验,台架试验所得种子变异系数为11.58%、合格指数为98.2%、漏播指数为0.83%、重播指数为0.97%,结果表明导种管主曲线优化设计合理。     

导种环槽U型孔组合型轮式前胡排种器设计与试验

为推进中草药前胡全程机械化生产,解决前胡种植环节无适用播种装置问题,设计一种导种环槽U型孔组合轮式排种器。阐述播种装置及排种器的结构和工作原理,依据前胡种子的外形特征及主要物理力学参数,分析得出排种器关键结构参数及工作参数,构建充种和排种过程中前胡种子颗粒群的力学模型。应用离散元软件EDEM对排种器的排种性能进行仿真优化试验,研究U型孔深度、U型孔宽度和导种环槽倾角对平均播种量和排种均匀性变异系数的影响,采用Box-Behnken响应面优化法进行三因素三水平正交仿真试验,得到U型孔深度为4.65 mm、U型孔宽度为13.63 mm、导种环槽倾角为47.01°时,平均播种量和排种均匀性变异系数分别为0.199 g/s和12.37%。以排种轮转速、种层初始充填高度为试验因素,以行内排种均匀性变异系数、总排量稳定性变异系数、各行排量一致性变异系数为试验指标,进行供种性能两因素五水平二次回归正交旋转组合台架试验。台架优化试验结果表明,排种轮转速为25.69 r/min、种层初始充填高度为46.70 mm时,行内排种均匀性变异系数、总排量稳定性变异系数、各行排量一致性变异系数分别为18.62%、...     

气吸式单、双排精密通用排种器的设计与试验

针对黑龙江省大豆播种采用边缘型孔式排种器或窝眼式排种器,玉米则多采用勺轮、指架、气吸平面多孔盘情况,结合传统排种器在充种、清种过程中伤种情况严重的问题,设计了一个能够满足黑龙江省的玉米单条、大豆双条作物播种农艺要求的排种器。以排种器的作业速度、风压为影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验设计方法,建立了排种合格指数、漏播指数的数学模型,分析此排种器对排种质量的影响规律。试验表明:当排种器风压为6. 61k Pa、作业速度为6. 82km/h时,排种作业性能最优,其合格指数为94. 41%,漏播指数为3. 67%。该排种器工作不伤种,排种性能综合指标超过90%,工作性能稳定。     

轮勺式大蒜单粒取种装置设计与试验

针对因大蒜颗粒大、形状不规则和表面粗糙而造成漏播及重播率高的问题,设计了一种轮勺式大蒜单粒取种装置,该装置主要由取种勺、取种轮、驱动电机、支架、种箱等组成。对取种区、输种区和排种区的大蒜分别进行了受力分析,阐述了轮勺式大蒜单粒取种装置的原理,通过离散元仿真软件对取种勺及取种轮的结构形状进行了对比优化,确定了取种勺及取种轮的最优结构,采用数理统计的方法确定了取种勺的尺寸区间。以取种勺的半径、长度和取种轮转速为试验因素,以漏充率和合格率为响应指标进行了正交回归试验,建立了漏充率和合格率的回归模型,对回归模型进行了参数优化。最优参数组合为取种勺半径16. 30 mm、取种勺长度38. 50 mm、取种轮转速10. 0 r/min,在最优参数组合下进行了台架试验,得漏充率5. 50%,合格率91. 10%,与回归模型预测结果基本一致。     

电控播种系统设计与试验

播种是农业生产的重要环节,传统播种机使用地轮为排种器提供动力,地轮打滑对播种均匀性产生影响,不利于播种质量的提高.为此,设计了电控播种系统,使用旋转编码器采集行进速度,系统的微处理器结合设定播种信息和速度信息计算得出电机理论转速,驱动排种器转动,完成播种作业.JPS-12排种器试验台试验表明:播种合格指数大于96.64...     

链式玉米精量播种机的设计与试验

针对播种过程中出现的投种点高、种子与排种器和开沟器碰撞致使种子下落位置随机、播种均匀性差的问题,设计了一种链式玉米精量播种机。该播种机主要由外槽轮式排种装置、链式送种装置、传动装置及镇压装置等组成,窝眼轮式排种器精量取种与勺链式穴播器定点投种联合完成播种作业。为研究播种机前进速度、投种包角及投种高度对投种装置性能的影响,以播种株距合格率为指标进行了正交试验。结果表明:投种高度对株距合格率的影响显著,播种机前进速度对株距合格率有一定影响,投种包角对株距合格率的影响不显著;当播种机前进速度为1.5~2m/s、投种包角为30°~45°、投种高度为25~30mm时,株距合格率为96.79%~99.6 7%。田间试验表明,该玉米精量播种机的株距合格率大于9 5%,单粒率≥9 0,空穴率小于5,满足玉米精量播种的要求。     

气力针式行星轮系窄行密植精密排种器设计与试验

针对菠菜等小粒径蔬菜种子采用窄行密植、播种均匀性要求高,缺乏适用播种技术装备的问题,设计了一种适用于菠菜等小粒径蔬菜种子密植精密播种的气力针式行星轮系多行并联低位投种精密排种器。阐述了排种器工作原理,构建吸种和投种环节种子力学模型,确定排种器主要结构参数;利用ADAMS软件仿真分析行星轮系排种机构吸种针的静轨迹和动轨迹,明确低位零速投种条件;开展排种器性能试验。排种试验结果表明,影响合格指数的主次顺序为排种转速、吸种负压和卸种正压,最佳参数组合为排种转速19.56r/min、吸种负压2.05kPa、卸种正压1.00kPa。经台架试验验证,其性能指标为合格指数均值91.48%、漏播指数均值4.28%、重播指数均值4.24%。投种试验结果表明,当投种正压为0.8~1.0kPa、工作转速为18~20r/min、投种高度小于200mm时,粒距变异系数不大于13.2%,工作性能较优。     

勺轮式排种器设计与大豆种子离散元法排种仿真

排种器作为播种机关键部件,其工作性能与可靠性直接影响播种机整体作业质量。机械式排种器具有结构简单、价格低廉、维修方便等优点,勺轮式排种器作为机械式排种器的一种,在硬度较大、较规则种子播种作业中得到广泛应用。为此,应用Solid Works软件设计了一种勺轮式排种器,应用离散元软件对排种器排种大豆种子进行了计算机数值模拟,得到了排种器工作性能较好的工作参数。由离散元软件计算机数值模拟结果得到:勺轮组合转速为10~13 r/min,排种器种子室内种子数量在1 800~2 100粒时,排种器整体工作性能较好;且适当的振动可提高本设计的排种器的工作性能。该研究为勺轮式排种器的设计与优化提供了一种方法。     

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。     

圆台格盘式马铃薯育种试验播种机设计与试验

针对我国马铃薯育种试验播种作业效率低,以及株距均匀性差导致的育种试验播种精确性无法满足育种要求等问题,设计了一种采用圆台格盘式排种装置的马铃薯育种试验播种机,使种薯从同一位置进行排种,从而提高株距均匀性。并以株距合格率和株距均匀性变异系数为评价指标,对种薯在排种、导种和落地后的运动状态进行了分析,得出影响上述指标的因素为拖拉机前进速度、格盘投种高度、落种口初始位置与机器前进速度方向夹角;并基于旋转回归正交试验,建立了评价指标与影响因素间的回归模型,得出试验指标最佳时的因素范围;通过田间验证试验得出当拖拉机前进速度为0.14m/s、格盘投种高度为0.64m、落种口初始位置与机器前进速度方向夹角为18.24°时,株距合格率为87.1%,株距均匀性变异系数为13.4%,各项性能指标均满足国家标准要求。     

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％.     

2BDG-2型谷子精少量电动播种机设计与试验

为解决丘陵山区分散小块地谷子播种量大、间苗工作量大等问题,按照谷子精少量播种要求,设计试制了2BDG-2型谷子精少量电动播种机,该播种机主要由电力驱动系统、动力传动系统以及倾斜圆盘式精少量排种装置等零部件组成,能够一次完成开沟、精少量排种、覆土和镇压等播种作业。依据谷物播种的国标,进行了排种装置的排种性能和播种机播种均匀性的试验。排种性能试验结果表明:不同地轮转速和理论穴距下的各行排量一致性和总排量稳定性的变异系数均≤1.27%、种子破损率≤0.08%。播种均匀性试验结果表明:不同作业速度和理论穴距下的穴距合格率均≥86.81%,重播率、漏播率和合格穴距变异系数分别≤7.40%、7.28%和6.97%,各项参数均达到谷物播种的国标要求。该研究可用于丘陵山区分散小块地谷子精少量播种。