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。     

大豆高速播种机侧置导引式精量排种器设计与试验

针对机械式排种器在高速作业条件下充种效果差,递种过程不稳定导致排种器合格指数低的问题,基于引导充种、缩短递种距离设计思想,设计了大豆高速播种机侧置导引式精量排种器,利用侧置型孔结构和导引板实现有序充种、稳定可靠递种。对充种、清种及递种过程进行了理论分析,建立了充填力模型,确定了影响排种器性能的关键参数为：充种倾角α、开口角β;确定了型孔的主要结构参数,并以合格指数、漏播指数为评价指标,采用二因素五水平中心旋转组合试验方法,对充种倾角α、开口角β开展仿真试验。结果表明：切向充填力随位置角的增大先增加后下降,z向充填力逐渐增大到最大值;充种倾角α、开口角β对合格指数、漏播指数影响极显著,得到结构参数的最优组合为：充种倾角α为11.50°、开口角β为119.05°;台架试验结果表明,在作业速度4~14km/h下,侧置导引式大豆排种器合格指数不低于95.27%,漏播指数不大于4.73%,破损指数低于0.53%,满足高速精密播种要求。     

基于最速降线原理的免耕播种机强制回土装置研究

针对免耕播种机在湿黏土壤条件下施肥铲回填性能弱,导致种肥同床的问题,基于最速降线原理设计了一种强制回土装置,将理论分析、虚拟仿真与试验相结合,探究强制回土装置最优结构与参数组合。应用三因素三水平正交试验方法,以作业速度、回流挡板间距和回流挡板与地表夹角为试验因素,以土壤回填率和单体通过性为评价指标,对影响强制回土装置作业性能的相关参数进行试验与优化研究。试验结果表明,在参数组合为作业速度1. 5 m/s、回流挡板间距112 mm、回流挡板与地表夹角60°时,土壤回填率为91. 2%,作业过程未发生单体堵塞现象。对比试验表明,优化后的最速降线式强制回土装置较直板式强制回土装置的土壤回填率提升了16. 5%。     

苔麸播种机气流输送式排种系统设计与试验

设计了一种苔麸播种机气流输送式排种系统,该系统主要由排种器、风送输种管、分配器和风机等关键部件组成。对排种器、风送输种管和分配器进行理论分析与设计,得到关键参数模型和理论值,完成风机选型,搭建了气流输送式排种系统试验平台。采用二次回归通用旋转组合设计试验,以风送输种管进口风速和播种量为影响因素,以总排种量稳定性变异系数和各行排种量一致性变异系数为响应指标,对气流输送式排种系统进行台架试验,运用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析、响应面分析,得到最优工作参数组合：风速25.42m/s,播种量15kg/hm2。最优参数组合试验结果表明,各行排种量一致性变异系数4.96%,总排种量稳定性变系数0.98%,试验值与理论优化值相对误差小于4.2%,种子破损率0.12%,排种均匀性变异系数20.4%,满足标准和农艺要求。     

开沟-排种单体式人参精密播种机设计与试验

针对人参播种机械化率低的现状,本文设计了一种开沟-排种单体式人参精密播种机。通过对链勺式人参精密排种器落种点、双圆盘开沟器工作性能和结构参数的分析,确定了开沟-排种单体的关键参数,设计了整机传动系统,可实现株距调整。利用土槽试验台架,选取作业速度、开沟深度、开沟器与排种器相对水平距离为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,设计了二次回归正交旋转组合试验。结果表明：当作业速度为0.42m/s、开沟深度为45mm、开沟器与排种器相对水平距离为95mm时,合格指数为94.53%,重播指数为4.308%,漏播指数为1.165%。为验证播种机的工作性能,加工2BS-10型开沟-排种单体式人参精密播种机,并进行了田间试验,结果表明：当株距为4cm时,播种机的合格指数为92.7%,重播指数为5.0%,漏播指数为2.3%,播深合格率为95.1%,未发现伤种情况,满足我国非林地人参种植的播种要求。     

基于EDEM的带状深松全层施肥铲作业参数优化与试验

为了实现一次施肥满足作物不同生育期的养分需求并提高肥料利用率,设计了一种适用于带状免耕播种机的深松全层施肥铲,并对深松铲、施肥管和施肥板的夹角进行理论分析与设计,得到关键参数的理论值。采用二次回归通用旋转组合设计试验,以肥量均匀变异系数为响应指标,以工作速度和作业深度为影响因子,利用EDEM建立深松全层施肥铲的离散元仿真模型,模拟深松全层施肥铲的工作过程,通过仿真分析得出试验数据;运用Design Expert软件对试验数据进行方差分析和响应面分析,得到最优工作参数组合为：工作速度3.81m/s,作业深度25.22cm。取工作速度4m/s、作业深度25cm进行田间试验,结果表明,本文设计的施肥铲在最优工作参数下,0~5cm、5~10cm、10~15cm、15~20cm土层的肥量均匀性变异系数分别为41.05%、24.11%、20.31%、14.63%,试验值与理论优化值相对误差为10.89%、4.06%、2.37%、3.10%。     

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。     

三七压穴精密排种装置设计与试验

三七播种株行距均为5 cm左右,属于密集精密播种,为实现三七高密度精密播种,克服开沟易堵塞的难题,设计了一种三七压穴精密排种装置。阐述了三七压穴精密排种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,以云南省文山市三七种子为研究对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种装置进行排种性能试验,选取压穴柱直径、前进速度、投种点到压穴点水平距离为试验因素,建立了合格指数、漏播指数、重播指数、各行排量一致性变异系数的数学模型,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响规律。结果表明,影响合格指数的因素主次顺序为:压穴柱直径、投种点到压穴点水平距离和前进速度。通过参数优化,确定了最优参数为压穴柱直径24. 5～29. 5 mm、投种点到压穴点水平距离330 mm、前进速度0. 44～0. 61 m/s,此时合格指数大于90%,漏播指数小于5%,重播指数小于5%。经2BQ-15型三七精密播种机整机试验可知,作业速度为0. 35 m/s时,播种机合格指数最高为93. 5%,满足三七播种要求。     

基于Android和CAN总线的玉米播种机监控系统研究

设计了一种基于Android和CAN总线的玉米精量播种机监控系统,通过GPS接收器采集播种机速度,采用CAN总线分布式控制方式完成主控制器和各个播种单体之间的指令传输,通过Android智能设备进行人机交互,实现播种行数任意拓展、拖拉机位置实时监控、播种作业参数在线调整、作业面积实时统计等功能。台架试验结果表明,系统人机交互功能正常,排种器驱动电机调速相对误差小于0.46%。与eTrex209x手持式GPS+北斗双星接收机的田间作业面积对比试验表明,本系统作业面积统计平均相对误差为0.81%,略高于eTrex209x的0.29%,测量标准差为0.06hm2,优于eTrex209x的0.11hm2;与地轮驱动播种对比试验的结果表明,随着作业速度的提高两种驱动方式的作业质量整体都呈下降趋势,但本系统播种合格指数、变异系数受速度影响较小,当作业速度达到12km/h时,变异系数为18.92%,合格指数为90.05%,分别优于地轮驱动方式的22.17%、83.25%。     

锥盘式荞麦精量排种器试验研究

为优化锥盘式荞麦精量排种器的最佳排种结构参数(排种盘型孔直径、型孔数量、锥形排种盘转速),降低荞麦播种时各行排量的一致性变异系数、总排量稳定性变异系数、种子破损率和排种均匀性,提升荞麦播种机械化水平,设计了9种不同型孔直径和不同孔数的排种盘,并采用L₂₇(3¹³)正交试验法设计试验方案,进行排种台架试验,研究3个参数对各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数、种子破损率、排种均匀性变异系数的影响,得到最优参数组合。台架试验结果表明：在4个指标同样重要的情况下,确定了当型孔直径为8mm、型孔数量为50孔、排种盘转速为25r/min时,排种性能最好,各行排量一致性变异系数为0.98%,总排量稳定性变异系数为0.58%,破损率为0.25%,排种均匀性变异系数为8.6%。     

红萝卜侧面悬置排种勺式精量排种器设计与试验

为解决传统机械式蔬菜排种器无法实现精量播种及存在伤种的问题,设计了一种红萝卜侧面悬置排种勺式精量排种器。采用排种盘侧面悬置的排种勺完成种子的充种、清种、投种,实现了非接触式作业过程,理论分析了种子进入及脱离种勺的运动过程,并阐明其不伤种的基本原理,确定了排种盘、排种勺以及排种管的基本结构参数,采用EDEM离散元仿真软件模拟了不同排种勺结构尺寸下的工作过程,以排种勺型孔直径、深度及放样曲面圆角比为试验因素,以单粒率、多粒率、空粒率为试验指标,采用三因素五水平二次通用旋转组合设计进行仿真试验,确定排种勺最优结构参数为：型孔直径5mm,深度4.3mm,放样曲面圆角比0.12,基于此参数进行离散元仿真试验,通过自制排种器试验台进行台架试验以及将排种器安装到播种机上进行田间试验,仿真试验结果为单粒率93%、多粒率4%、空粒率3%,台架试验结果为合格指数平均值92.2%、重播指数平均值4.6%、漏播指数平均值3.2%,相对误差分别为0.86%、15%、6.67%,田间试验结果为：合格指数90.5%、重播指数6.9%、漏播指数2.6%,证明此排种器精量播种性能良好。同时与毛刷窝眼轮式排种器进行损伤率对比试验,损伤率分别为0.43%、1.27%,相对误差为66.14%,表明种子损伤明显降低。     

铺膜铺管马铃薯播种机的设计与试验

针对新疆干旱地区马铃薯种植需求,设计了带有铺膜铺管装置的马铃薯播种机,分析了播种机工作原理,确定了关键部件结构参数。为研究其种植精度,以重种指数、漏种指数、播种深度合格率及粒距变异系数为评价指标,在新疆和硕展开田间播种试验。试验结果表明:该机具重种指数4.1%,漏种指数2.0%,粒距合格率9 3.9%,粒距变异系数1 8.3%,播种深度合格率8 5.0%;在机具作业速度为1.2 m/s时,生产率为0.5 6 hm~2/h。该播种机具性能优良,生产效率较高,可满足新疆干旱地区马铃薯种植要求。     

大豆集排带式排种器设计与试验

为简化播种单体结构,适应大豆窄行密植农艺对播种机的要求,设计了一种大豆集排带式排种器。阐述了该排种器的基本结构和工作原理,并通过理论分析确定了关键部件结构参数。应用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法进行了参数优化试验,建立了以气压、作业速度、清种振动频率为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标的数学模型,分析了各因素对合格指数、重播指数、漏播指数的影响规律。确定最佳参数组合为:气压4. 4 kPa、作业速度10. 5 km/h、清种振动频率44. 6 Hz,此时排种器性能指标为:合格指数90. 65%、重播指数1. 97%、漏播指数7. 38%。表明该排种器满足播种机的技术要求。     

玉米粒群批量整列系统参数优化与试验

为提高玉米分选机械化水平,针对传统玉米分选机器存在籽粒难以实现批量整列的问题,设计了一种能够高效批量整列的机械装置。阐述了该批量整列装置主要结构、工作原理和相关结构参数;对该装置关键部件进行结构设计,分析振幅差异式电磁振动系统和批量整列轨道的性能特点;对该装置的批量整列性能进行EDEM虚拟仿真试验,以轨道弧形区域圆心角、楔形挡板夹角、轨道宽度为试验因素,批量整列性能为试验指标进行虚拟正交试验,分析相关因素对批量整列性能参数的影响,获得合理参数组合为:轨道宽度为15.4 mm,弧形区域圆心角为45°,楔形挡板夹角为110°。台架试验验证结果表明:电磁振动系统振幅为1.5 mm,频率为52 Hz,振动方向角为28°,安装倾角为0°,附加质量为0.3 kg,一侧板弹簧调至87°,另一侧板弹簧调至35°,安装配重片处轨道振幅为1 mm时,批量整列合格指数为83.1%,粘连卡止指数为10.4%,滞后指数为6.5%,批量整列性能良好,批量整列系统性能满足玉米籽粒分选器性能要求。     

水田机械式强制排肥装置设计与试验

目前水田机械施肥均匀性差,且作业时在施肥开沟器末端容易出现肥料粘结、架空、堵塞开沟器等现象。针对以上问题,本文设计了一种水田机械式强制排肥装置,并对其关键部件进行了结构设计及性能试验。将水田机械式强制排肥部件的工作过程分为3个阶段,通过运动学和动力学研究方法分析了各工作阶段肥料在螺旋强制排肥部件内的状态,以及影响排肥部件工作性能的关键因素,对螺旋强制排肥部件的直径、转速、螺距3个因素进行了设计计算。以排肥均匀性变异系数为响应指标,进行了螺旋强制排肥部件的单因素台架试验,通过对最小显著性差异进行统计分析,确定了各因素的取值范围;安排了二次正交旋转组合试验,并对试验结果进行了方差分析和响应面分析,确定了影响排肥性能指标因素的影响由大到小为转速、螺距、直径,建立了排肥性能指标与各因素之间的回归方程,运用Design-Expert软件对试验因素优化求解,确定了较优工作参数组合为螺旋输送器转速120.09r/min、直径23.90mm、螺距21.54mm,此时施肥装置台架试验的排肥均匀性变异系数为7.18%。将所设计的强制排肥部件分别安装在水稻插秧机及水稻气力式施肥播种机上,进行了田间验证试验,试验结果表明,机械式强制螺旋排肥装置工作稳定、堵塞率低,水田防堵塞效果优于无该部件的施肥机械。     

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。     

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%、...     

气力输送式小麦播种机垂直型分配器设计与试验

传统小麦播种机存在作业效率较低、生产成本高、各行排量一致性差等问题,设计了一种适用于气力输送式小麦播种机的垂直型分配器。分配器采用垂直分配的种子分配方式,能使种子运动轨迹平滑,运动方向变化小,实现种子均匀分配。通过研究种子在分配器内部的受力情况,确定了风速、圆锥角度等对排种性能影响较大的关键参数;采用Flow Simulation对分配器进行了内部流场仿真,得出了气流场在不同圆锥角度及风速作用下的状态;通过对种子的运动仿真,得出了种子在分配器内运动状态,验证了垂直分配式分配器的分配效果。搭建了气力输送式小麦排种试验台,以排种器转速、圆锥角度和风速为试验因素,以小麦排种系统各行排量一致性变异系数为试验指标进行正交试验,确定较优参数组合为风速15m/s,排种器转速40r/min,圆锥角度90°。在该条件下,测试结果各行排量一致性变异系数2.78%,远远满足小麦播种各行排量一致性变异系数低于3.9%的要求。     

差速充种沟式小麦单粒排种器优化设计与试验

为实现小麦精播,设计了一种差速充种沟式小麦单粒排种器。运用力学分析、结构分析、理论计算、仿真试验、台架试验验证以及田间试验的优化流程对排种器参数进行优化。首先,应用EDEM离散元软件和Design Expert 84.0.6软件进行了仿真试验,完成了差速式小麦排种器参数的优化;然后进行了台架试验验证,结果表明,当转速为1r/s,弧形挡板固定在排种器端盖上,充种沟隔板间长度、充种沟宽度、充种沟高度分别为8.00、6.00、5.00mm,弧形挡板凸起斜度为42.68°时,粒距合格率为81.67%,重播率为12.50%,漏播率为5.83%,排种器排种均匀性变异系数为32.32%,台架试验结果与仿真试验结果一致;最后,对采用该排种器的7.5cm行距小麦播种机进行了田间试验,结果表明,在作业速度为4.8km/h时,粒距合格率为82.50%,重播率为9.17%,漏播率为8.33%,播种机的播种均匀性变异系数为30.12%。试验结果与仿真试验及台架试验结果基本一致。     

基于离散元法的施肥机排肥性能分析

为提高温室设施中施肥机排肥性能,对施肥机运动参数与几何参数的最优组合开展研究,对其排肥量进行研究分析并建立施肥机排肥机构的离散元模型。采用二次回归正交旋转组合试验设计,运用离散元软件EDEM对施肥机排肥性能进行正交虚拟试验,以各行排肥量一致性变异系数、总排肥量稳定性变异系数、施肥断条率作为排肥性能评价指标,对试验结果进行回归分析并应用SPSS软件得到各个试验因素的回归方程,利用Matlab绘制三维等值线图,确定各参数对性能指标的影响规律。对试验因素进行优化计算,得出最优参数组合:当进速度为7.35 km/h,转速为48.76 r/min,槽轮外径为53.28 mm时,各行排肥量一致性变异系数分别为1.08%,总排肥量稳定性变异系数为0.93%,施肥断条率为0.14%。采用台架试验验证仿真结果,证明应用离散元法研究温室设施中施肥机排肥性能的可行性。