气力集排式精量排种器内部流场分析与试验研究

为探究气力集排式精量排种器内部流场分布规律,确定排种器合理工作压力范围,采用分割实体方法构建排种器内部流场仿真模型并进行数值模拟。仿真分析发现充种区域压力较高且具有较高的扰种气流,排种气室内部压力适中且分布均匀,轴向不同排种行存在微小差异。气室压力试验表明:压力在2.5～5.5 kPa范围内,漏播指数始终保持在平均值为0.19%的较低水平,充种性能较好;重播指数随压力升高而增大,合格指数随压力升高而降低。综合考虑田间振动等影响,合理压力范围应为2.5～5.5 kPa较为适宜。     

气力式杂交稻精量穴直播排种器设计与试验

为实现杂交稻大田精量穴直播,解决杂交稻直播时因芽种流动性差和细长形状造成种箱中芽种架空或堵塞的问题,设计了一种气力式杂交稻精量穴直播排种器。阐述了其基本结构和工作原理,分析了梳种条对芽种的助吸作用;研究了充种区芽种的受力情况,建立了芽种不同姿态被吸附时吸室真空度方程。试验研究了有无梳种装置,排种盘转速以及排种盘群组吸孔直径、排种盘转速、吸室真空度3因素综合作用对排种性能的影响。试验结果表明:梳种条对芽种起到搅动、梳理作用,有利于提高排种器的充种性能;当排种盘转速为15 r/min,吸室真空度为3.5 k Pa,排种盘群组吸孔直径为1.6 mm时,气力式杂交稻排种器的排种性能最好,其合格率为86.5%。田间试验结果表明,排种器田间播种能够满足杂交稻大田精量旱穴直播的农艺要求。     

油菜精量穴播集中排种装置设计与试验

为实现油菜轻简化精量播种,设计了一种油菜精量穴播集中排种装置。基于油菜种子的机械物理特性和精量播种要求,提出了适宜油菜穴播1～3粒的渐开线状型孔,确定了主要结构参数。应用EDEM软件构建了穴播集中排种装置仿真模型,分析了型孔长度、截面尺寸和型孔深度对充种性能的影响,发现渐开线状型孔有助于充种,且型孔长度和深度分别为3. 5 mm和2. 6 mm的渐开线状型孔均充种1粒或2粒;护种带提高了投种一致性,当排种轮与护种带间隙为0. 2 mm时,成穴较优。通过台架试验研究了油菜品种和转速对排种性能影响,结果表明:品种、排种轮转速及其二者的交互作用对排种合格率均有显著影响,排种合格率随转速增加呈先增大后减小的趋势,在转速为20～40 r/min时,排种合格率(1～3粒)高于94%,穴距变异系数低于12%; 50穴的总粒数标准误差在10粒之内,排种量一致性变异系数低于10. 0%。田间试验结果表明,油菜平均株数为2. 05株/穴,能够适应不同含水率条件的油菜精量播种要求。油菜精量穴播集中排种装置可实现6行成行成穴精量排种,为轻简化油菜排种器结构设计和成穴精量播种提供了参考。     

气力式蔬菜精量排种器优化设计与试验

针对现有多行气吸式排种器因共用气室造成风压要求高、损失大的问题,设计了一种单盘多行独立气道式精量排种器。通过在紧贴排种盘吸气侧设计带有凹槽的气道盘,将气室分成相互独立的3条气道,分别对应排种盘上的3条排种行,从而降低排种过程所需的风压值,减少风压损失。对关键部件进行了仿真分析和对比试验,结果表明:吸种合格率达95%以上时,所需负压值比传统大气室排种器降低了1kPa。     

气力式高速精量排种器的设计

为实现高速精量播种,设计了一种气力滚筒式排种器,通过真空负压吸附种子,正压助力排种的工作原理,滚筒上设计斜面凸台增强吸种功能,使充种效果提高,增加了机具作业速度。试验表明,斜台的设置,提高了排种器的充种性能,减少了空穴率,提升了粒距合格指数,降低了粒距变异系数。     

水稻气力式排种器挡种装置设计与试验

借助高速摄影观察发现,水稻气力式精量穴播排种器吸种盘上吸孔所吸附的种子会由于吸力不足,在离心力作用下,在到达投种区前从吸孔附近落下,从而产生飞种现象,进而对排种器排出的每穴种子数量以及成穴性产生影响,降低排种精度。为此,设计了一种挡种装置,以含水率为21.1%的培杂泰丰种子为对象,采用多因素试验的方法,研究了不同吸室负压和不同排种盘转速下,安装挡种装置前后对飞种现象的影响;采用单因素试验的方法,研究了安装挡种装置后不同吸室负压下,不同排种盘转速对排种器吸种精度的影响。结果表明,安装挡种装置后,飞种出现范围减小,飞种出现的数量减少,排种器排种精度与成穴性能提高;当转速在25~40 r/min,吸室负压1.6 k Pa时,(1~3)粒/穴概率在93%~97%之间变化。试验结果显示安装挡种装置后能控制飞种的跌落范围,并使部分飞种落回充种室内,从而提高排种器排种精度。     

油菜精量联合直播机深施肥装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播时,土壤黏重板结且前茬水稻收获后秸秆残茬量大,机具易壅土、挂草堵塞,难以实现深施肥的难题,设计了一种油菜精量联合直播机主动防堵深施肥装置。基于主动刮削防堵原理,分析确定施肥铲入土部位曲线为与旋耕刀轴回转中心同心、包络旋耕刀末端运动轨迹的圆弧;根据深施肥铲防堵功能及铲体内肥料颗粒运动分析,确定过渡段下圆弧直径、入土段圆弧圆心角、过渡段上圆弧直径等施肥铲结构设计关键参数及其许用范围;以施肥铲末端肥料流出瞬时速度最大为优化目标,以施肥铲关键结构参数为设计变量、其许用范围为约束条件,构建施肥铲结构优化设计的数学模型;通过施肥过程离散元仿真分析,以施肥铲体入土段上端圆弧圆心角、过渡段圆弧直径为试验因素,以施肥铲末端肥料流出瞬时速度为响应指标,进行二次回归正交旋转组合试验,建立该数学模型的目标函数,求解得到施肥铲结构优化设计最佳参数为:入土段上端圆弧圆心角为36°、过渡段上端圆弧直径为93 mm、过渡段下端圆弧直径为66 mm。田间试验结果表明,安装深施肥装置的直播机作业后厢面平整度为17. 96～21. 37 mm,单个施肥铲黏附质量保持在1. 5 kg以下,施肥深度平均值为91. 10 mm,施肥深度合格率为93. 33%,施肥断条率为1. 08%,机具通过性良好,可满足稻油轮作区油菜种植施肥播种农艺要求。     

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。     

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。     

气力离心组合式小麦精量排种器设计与试验

针对传统小麦播种以无序种流、不定量排出的方式存在脉动性高、均匀性差的问题,设计了一种气力离心组合式小麦精量排种器,采用气力充种和离心清种的方式,种子有序均匀排出。对排种器的关键参数进行设计,建立充种和排种过程的动力学模型,确定充种角和落种角的初始范围。利用气固耦合仿真分析方法DEM-CFD进行排种器单因素试验,仿真结果表明,当充种角范围进一步缩小为36°～56°时,其携种性能较好;落种角范围进一步缩小为43°～63°时,其排种性能较好。在此基础上,以充种角、落种角、排种盘转速为试验因素,以漏播率、重播率、直线落种率为响应指标,进行正交旋转组合试验。试验结果表明,当充种角为47.75°、落种角为52.48°、转速为635.5 r/min时,排种器工作性能最优,此时,漏播率为2.78%、重播率为3.73%、直线落种率为93.46%,验证试验结果与优化结果基本一致。田间试验结果表明,当设置排种盘型孔内侧面充种角为47.8°、下侧面落种角为52.5°、排种盘转速在552～800 r/min范围内时,漏播率低于8.9%、重播率低于4.3%、排种合格率高于88.6%,符合小麦精量播种要求。     

稻田气力式变量施肥机肥料喷撒器设计与试验

目前水稻施追肥以离心圆盘式撒肥机为主,虽具有幅宽大、作业效率高的特点,但是变量控制精度差。为了满足水稻变量施肥的作业要求,设计了一种气力式变量施肥机,在满足幅宽要求的基础上,还能够实现在幅宽方向上的变量控制施肥。设计了用于该机的肥料喷撒器,对该喷撒器的肥料运动进行了理论分析,并对不同挡板结构的喷撒器进行气流流场模拟分析,对在不同转速下各排肥口的施肥量和不同挡板类型的施肥喷撒器在各自施肥范围内的施肥均匀性进行了试验。试验结果表明：转速对各排肥口的排肥量没有显著性影响,各排肥口的排肥量误差在均值的5%以内;转速和喷撒器的挡板结构类型对单一喷撒器施肥范围内的施肥均匀性具有显著性影响,以施肥均匀性变异系数为指标,排肥轮转速在30r/min左右时,整体排肥均匀性变异系数优于其他转速;而圆锥形挡板喷撒器在所有转速下其排肥均匀性变异系数均优于其他挡板结构的喷撒器,且当排肥轮转速大于30r/min时,该喷撒器的施肥均匀性变异系数小于8%。就挡板结构对喷撒器出口气流场的影响和施肥均匀性进行了比较研究,发现二者具有相似性,初步断定气流场对施肥均匀性具有一定影响。在实际作业过程中为了使单个排肥口的排肥均匀性更好,应当采用圆锥挡板喷撒器,并且在确定作业区域的施肥量下,尽可能调整车速,使排肥轮转速达到30r/min以上,以最大程度保证施肥区域的施肥均匀性。     

气力滚筒式精密排种器结构设计及试验

为解决目前蔬菜田间有序直播生产过程劳动强度大的问题,以排种器的合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数作为评价指标,设计出一种气力滚筒式精密排种器。排种器结构采用固定配气盘与排种盘配合的侧面换气方法实行负压吸种和正压排种,每个排种器排种1行,排种位置为水平方向。为探讨精量排种器性能参数的最佳匹配,对吸种负压、排种正压、吹种流量和作业速度在实验室台架进行了单因素和正交试验。试验结果表明:当蔬菜种子直径为1.2~1.8mm时,最佳播种参数为吸种真空度为-7k Pa,清种流量为8L/min,排种气压为0.15k Pa,作业速度为1km/h;此时,合格指数为99.52%,漏播指数0.24%,重播指数为0.24%,变异系数为2.4 4%。设计出的排种器可根据农艺要求通过联轴器连接安装若干个播种单体,实现多行同时播种,行距最小为135mm。     

椰糠有机肥混合机设计与试验

由于单一椰糠很难满足作物生长的各项要求,需要与畜禽粪便有机肥料搅拌混合形成椰糠有机肥.为解决椰糠与畜禽粪便有机肥物料的单一缺陷与资源浪费及环境污染问题,针对市面上的固体混合设备存在混合不均匀或功率不符,不能直接套用椰糠与畜禽粪便有机肥料搅拌混合的问题,设计了椰糠有机肥混合机,并对其主要结构进行设计,使用ANSYS软件进...     

气吸滚筒阵列式棉花精密排种器设计与试验

针对气吸式棉花精密排种器输气管路结构复杂、能耗大以及排种单体只能实现单行播种等问题,采用阵列吸孔吸种、侧向气吹清种等方式,设计了一种气吸滚筒阵列式棉花精密排种器,确定了该排种器关键零部件的结构参数,建立了充种过程的力学模型。以棉花种子为播种对象,以滚筒转速、吸孔直径、气室负压为影响因子,以合格指数、漏播指数和重播指数为排种性能指标,进行二次旋转正交组合试验,建立各影响因子与排种性能指标之间的回归模型,分析了各因子对排种性能的影响规律。采用多目标优化方法,确定最佳参数组合:滚筒转速为15.5 r/min,吸孔直径为3.5 mm,气室负压为4.2 k Pa,此时排种器的合格指数为93.5%、漏播指数为2.0%、重播指数为4.5%。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足棉花精密播种的要求。在此基础上进行了排种适应性试验,试验对象为几何特性存在一定差异的新陆早48号、新陆早52号、新陆早60号3种棉花种子,结果表明:合格指数均大于92%,漏播指数均小于3%,重播指数均小于5%,说明该排种器对不同品种的棉花种子具有一定的排种适应性。     

弧槽双螺旋式排肥器优化设计与试验

为实现排肥器的精量排肥,对采用错位叠加单螺旋排肥曲线原理的弧槽双螺旋式排肥器的排肥性能进行理论分析,确定其排肥量及影响其排肥性能的因素,以螺距S、弧槽半径Rp、中心距a为试验因素,并以均匀性变异系数、施肥精度为试验指标,进行了三因素三水平Box-Behnken试验,得到最优参数：螺距S为35mm,弧槽半径Rp为17.5mm,中心距a为35mm,在最优参数组合下制作排肥器并进行台架验证试验与对比试验,试验结果表明：台架试验的均匀性变异系数、施肥精度与仿真试验相对误差分别为5.07%、4.69%,仿真与台架试验吻合度较好,对比试验结果表明：优化后弧槽双螺旋式排肥器施肥精度为3.35%,施肥精度较高,优化后弧槽双螺旋式排肥器较未优化弧槽双螺旋式排肥器、单螺旋排肥器均匀性变异系数分别降低7.26、15.48个百分点,优化后的弧槽双螺旋式排肥器排肥性能良好。     

稻麦轮作区气动式小麦精准投种装置设计与试验

为实现稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦精量播种,设计了一种气动式小麦精准投种装置,该装置通过气动加速将小麦种粒高速精准投置于清洁土壤内。以稳态气体流速、入口负压为试验指标,出气室直径、喉嘴距和接收室直径为影响因素,利用Fluent分析进行气动式小麦精准投种装置的关键结构参数设计。Fluent分析结果表明:该装置的较优组合为出气室直径为6 mm、喉嘴距为10 mm、接收室直径为32 mm,此时稳态气体流速为524 m/s,入口负压为15.966 kPa。较优参数组合下的投种性能台架试验结果表明:当作业速度为1.2 m/s、投种高度为0.1 m、进气室压力为0.5 MPa时,小麦种粒可高速冲击进入土壤,实现高速精准稳着床点播、且无破损,平均投种速度为43.8 m/s,平均投种深度6.78 mm,投种速度、投种深度变异系数分别为8.3%、5.8%,投种性能稳定。     

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。     

叶片式排肥器参数优化设计与分析

为解决带有纵向螺旋钢丝的水田深施肥机具施肥量调节问题,设计了一种叶片式排肥器。同时,建立叶片式排肥器的数学模型,将结构轻巧和叶片间无间隙、排肥口近圆形确定为优化目标、排肥器结构要求作为约束条件,应用Visual Basic 6.0编写叶片式排肥器肥量调节软件对叶片式排肥器进行运动学优化。软件得到优化参数范围为:调节叶片及圆弧槽数量8个;叶片连接座销孔分布半径47mm;调节叶片销轴间距离13mm;形成圆弧槽曲线参数φ和θ分别为30°~40°和60°~75°。根据优化结果,应用Visual Studio 2010编写的叶片式排肥器参数化平台,可实现三维实体模型在Pro/E中快速生成,通过仿真对比分析对参数优化结果进行验证,并确定了圆弧槽曲线参数φ和θ分别为40°和60°。仿真结果表明:排肥器结构轻巧,排肥口变化均匀且叶片运动良好,设计的叶片式排肥器能够满足预期的设计要求。