基于EDEM的玉米精播高位投种着床位置影响因素研究

玉米精量播种机多采用高位投种,种子着床过程弹跳移位,粒距一致性变差的问题突出。为了探明高位投种着床位置影响因素,利用三维激光绝对臂测量机,扫描真实种沟外形,通过逆向建模方法构建种沟三维数字模型,采用正向测量和逆向验证组合标定种子与土壤接触参数：滚动摩擦因数0.22,滑动摩擦因数0.727,碰撞恢复系数0.16。基于标定参数的仿真试验与真实试验相比,着床种子与导种管出口距离误差为4.7%,仿真种子着床过程与真实过程接近。以播种作业速度、粒距和投种角为因素,以种子着床点与第1落点的纵向偏移量为指标,基于种沟三维数字模型,开展单因素仿真试验和两因素四水平仿真试验,单因素试验结果表明：高位投种过程中,粒距对种子纵向偏移量影响不显著（P＞0.05）,投种角和作业速度对种子纵向偏移量有显著影响（P＜0.01）;两因素四水平试验表明：相同投种角条件下,纵向偏移量随着作业速度的增大而增大;相同作业速度条件下,纵向偏移量随投种角的增大而增大;着床时种子与种床的纵向速度（种子速度沿作业方向的分量）与纵向偏移量呈线性相关关系,作业速度和投种角通过影响种子与种床的纵向速度影响种子着床分布。田间试验表明：随纵向速度增加,粒距合格指数先增大后减小,变异系数先减小后增加;粒距合格指数最大值出现在纵向速度为0.14m/s时,粒距变异系数最小值出现在纵向速度-0.18m/s时,说明纵向速度越接近零,播种效果越好,进一步验证了仿真试验结论。     

小区播种机锥体投种器分种均匀性的试验研究

为了提高小区播种机锥体分种器分种均匀性和自动化水平，解决传统小区播种机作业时分种不均匀、人工投种作业强度大、投种器水平度难以持续稳定调节等问题，设计了一种基于现有手动调节水平的自动调平投种装置。首先，为确保投种器分种均匀性与作业的稳定性，对投种器的结构进行设计；然后，对种子的落种过程进行理论分析，确定了关键部件结构；最后，利用SPSS25.0软件设计三因素三水平试验，分析了影响投种器分种均匀性的主要因素，结果表明：各因素对投种器分种均匀性影响程度的主次顺序为锥体角度、导种管直径、漏斗口直径。最优参数条件下分种时，投种器分种均匀性较好，能够满足小区播种机投种器分种作业的需求。研究结果可为小区播种机分种均匀性问题的深入研究提供参考。     

玉米姿控驱导式排种器导向投种机构设计与试验

针对玉米姿控驱导式排种器在高速工况下投种点位不一致,播种粒距均匀性不佳的问题,提出约束种子运动自由度并引导投种方向的方法,设计了一种新型导向投种机构,合理规划了待投种子的导种轨迹,进而确保投种点位及初速度恒定。完成了导向投种机构的结构参数设计与待投种子的动力学分析,明确了影响排种性能的关键参数及其取值范围,通过单因素与双因素试验获取了排种器的最优参数组合,并进行性能对比验证试验。结果表明,约束运移弧面圆心角取35°时,投种点位较为集中;在作业速度8 km/h、引导投种弧面半径24.3 mm时,排种性能达到最优,粒距合格指数、重播指数和变异系数分别为91.5%、4.7%和13.6%;当作业速度由8 km/h提升至14 km/h时,较原排种器粒距变异系数的降幅由0.1个百分点增大至2.7个百分点,采用导向投种机构可有效提升原排种器的高速作业性能。     

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RecurDyn仿真玉米育种精密播种单体的设计

为解决育种小区玉米播种过程中播种质量和播深均匀性普遍较差等问题，设计出一种玉米小区精密播种单体。该单体针对东北地区采用的免耕形式，通过理论分析对单体的整体结构和关键部件进行优化设计；同时，以前后连杆长度、弹簧刚度系数和弹簧预紧力为试验因素，利用RecurDyn运动学仿真优化软件对安装拉力弹簧的播种单体仿形效果进行仿真与参数优化。田间试验结果表明：设计的精密播种单体播深变异系数为3.47%,符合小区玉米精密播种的作业要求。     

小麦气流辅助直线投种装置设计与试验

针对小麦精量匀播作业条件下气流辅助投种装置内部压力梯度变化方向与种子运动方向不一致、造成种子倒流或碰撞、降低粒距稳定性等问题,设计了一种小麦气流辅助直线投种装置。基于气-固两相流数学模型建立CFD-DEM单向耦合仿真模型模拟投种过程,仿真结果表明：入口气压与管道长度对总压损失及流场压力分布影响显著;投种装置内部流场压力分布均匀,压力梯度变化方向与种子运动方向一致;小麦种子运动轨迹为“直线-曲线-直线”,无倒流与碰撞现象。以入口气压、管道长度、作业速度为试验因素,以粒距变异系数为试验评价指标进行了响应曲面优化试验。试验结果表明：影响粒距变异系数因素的主次顺序为入口气压、作业速度、管道长度;入口气压与管道长度和作业速度均存在交互作用。通过参数优化得到较优参数组合为：入口气压5.1kPa、管道长度24.2cm、作业速度0.11m/s,经土槽试验验证,该条件下粒距变异系数为6.3%,平均粒距为5.3cm,满足小麦精量匀播农艺要求。采用气流辅助直线投种可解决小麦种子倒流与碰撞的问题,从而显著改善播种作业效果,为小麦精量匀播提供技术支撑。     

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%。     

穴灌坐水播种机水阀结构参数优化与试验

为解决坐水播种作业中种子与施水同位问题,提出了种、液同时播施的机械化坐水播种作业工艺,并对水路系统进行分析设计,建立了设计参数的数学模型,通过对模型的优化求解,获得了作业要求范围内水阀的设计参数。在此基础上进行了播种整机的结构设计,并对单体进行了室内性能测试。试验表明,该机平均穴灌水量为94．5mL／穴,种子离穴灌水湿润中心距平均为14．2mm,穴粒数平均1．64粒,平均粒距27．5cm,重播指数小于1．48％,漏播指数不高于2．21％。试验单体各项测试性能均达到了设计要求。     

带式玉米高速导种装置旋夹纳种机理分析与参数优化

针对玉米在高速(12～16 km/h)播种时籽粒脱离种盘初速度大,与带式导种装置种腔内壁碰撞弹跳,发生碰撞异位,导致籽粒进入种腔精准度低等问题,以具有纳种机构的带式玉米高速导种装置为研究对象,建立籽粒夹取、转运和排放动力学模型,提出在拨指表面添加人字形纹路的改进方法,明确影响纳种稳定性与籽粒进入种腔精准度的主要因素。利用高速摄像与图像目标追踪技术进行单因素对比试验及多因素优化试验。单因素试验结果表明,播种速度较快时,有人字形纹路拨指轮纳种合格指数和种腔间隔变异系数均明显优于无人字形纹路拨指轮。为获得拨指轮改进后的纳种机构最佳性能参数,以轮心距、拨指轮转速及拨指长度为试验因素,以纳种合格指数与种腔间隔变异系数为评价指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,采用多目标优化方法,确定当轮心距为36.8 mm,拨指轮转速为584.97 r/min,拨指长度为10.8 mm时,纳种合格指数为98.23%,种腔间隔变异系数为0.24%。对优化结果进行验证试验,验证结果与优化结果基本一致。在相同条件下进行台架对比试验,结果表明,有带式玉米高速导种装置的作业性能远优于不安装带式玉米高速导种装置的作业...     

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。     

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。     

电磁直线振动式谷子精少量排种装置设计与试验

针对谷子播种难、间苗工作量大等问题，根据谷子免间苗精少量播种的农艺要求，研制了一种电磁直线振动式谷子精少量排种装置。按照国家标准对排种装置进行了排量稳定性和排种均匀性试验。结果表明:振幅为0.06～0.22 mm、排种槽截面形状为矩形（8 mm×3 mm）时，排量稳定性最好，其变异系数均＜2.6%；在排种槽截面为矩形，作业速度分别为0.8、1.0和1.2 m/s，相应振幅分别为0.10、0.12和0.14 mm条件下，得到每100 mm区段内种子的平均粒数分别为7.6、7.0和7.2粒，排种均匀性变异系数均≤22.75%。该排种装置试验指标值均满足国家谷物播种标准的要求，可用于谷子等小籽粒谷物的精少量播种。      

气吸机械复合式大豆精密排种器设计与试验

针对现有气吸式高速精密排种器遇负压骤降时易发生大量漏播的技术难题,设计了一种在排种盘上同时设有吸孔、导种槽和取种槽3种种子拾取机构的气吸机械复合式大豆精密排种器,其中导种槽引导种子向取种槽运动,取种槽拾取种子,同时吸孔产生吸力促进种子的拾取,通过3种拾取机构共同改变种群运移行为,保证气流负压骤降情况下的排种性能;通过离散元仿真设计和理论建模分析等方法,研究关键设计参数对种群运移规律的影响,并对关键部件几何结构参数进行优化设计;通过回归分析和多因素试验得出作业速度、取种槽和导种槽几何结构尺寸、负压均对排种器播种效果有显著影响,并得出排种器最优结构参数为:导种槽倾角45°、导种槽深度2 mm、取种槽上边宽度9.5 mm、取种槽下边宽度7.3 mm、取种槽深度5.7 mm、取种槽前后槽面宽度9.5 mm,在该几何结构条件下,当作业速度不大于8.6 km/h、负压不小于1.6 k Pa时,播种粒距合格率不小于95%;通过排种器的田间验证试验,最优结构参数条件下该排种器播种粒距合格率为93.67%、重播率为3.32%、漏播率为3.01%;通过台架对比试验得出当负压降至1.1 k Pa时,该排种器相较于勃农气吸式排种器和MASCHIO气吸式排种器,粒距合格率分别提高6.48、1.92个百分点,当负压降至0.6 k Pa时,粒距合格率分别提高9.12、4.25个百分点。     

播种机导种技术与装置研究进展分析

机械化播种是农业机械化的重要组成部分。机械化播种主要通过播种机将种子由种箱运移至种床合理位置,以确保种子行株距的分布均匀,为种子萌发、植株个体与群体生长发育创造良好的环境。机械化播种的技术核心是种子群的有序单粒化和单粒化状态的保持,即精量排种技术和种子平稳运移技术。种子由种箱运移至种床是一个多环节串联过程,导种环节是播种过程中使种子保持均匀有序状态入土的末端环节之一,既影响前序过程种子的有序状态,又决定后续种子田间分布的均匀性。本文根据物体自由度约束概念,将播种机导种划分为无约束导种、欠约束导种和全约束导种3种形式,系统阐述了3种导种技术与装置对种子运移的约束状态、技术特点和适用对象,结合国内外技术装备研究现状和机械化播种技术要求,指出了导种技术与装置的未来发展方向,为播种机导种技术研究与装置创新设计提供参考。     

六行同步小区条播机的研制

根据我国田间小区育种种植模式的特点,研制了六行同步小区条播机。该机由排种装置、投种装置、抬起装置、覆土装置、开沟装置、悬挂装置及电控装置等组成,可以进行6行同步播种,并能保证小区和小区之间不混种。在机器研制过程中,通过对电控系统和部分关键装置配合工作的分析,将带盘组合周期自净时序控制排种技术、相位导向种盒整体提升技术分别应用到排种装置及抬起装置上,实现播种作业异行异种、异区异种连续播种作业,使播种操作自动化、智能化;将弹性回转限位杆控种盒同步投种技术应用到投种装置上,降低了劳动量、提高了播种质量和效率。田间试验表明:该机排种装置的转速最大为0.34rad/s,皮带打滑率趋近于0,排种孔直径至少6.7mm,可提高播种精度、排种均匀性,降低伤种率、漏种率,满足小区条播机的播种作业要求。     

影响精密播种机田间性能试验准确性因素的探讨

播种均匀性是反映播种机作业质量的主要性能指标，对于精密播种机，用粒距合格指数、重播指数、漏播指数与合格粒距变异系数来考核。ＧＢ６９７３－８６《单粒（精密）播种机试验方法》中规定，播种单体的性能试验（包括静态试验、动态试验与承种沙床试验），在试验台架上...     

小区育种条播机落种部件的试验研究

为提高小区育种试验条播机播种作业的均匀性能,重点对影响小区播种机落种部件的相关运动进行理论分析,优化播种机落种部件的结构及参数,解决育种试验条播机中落种部件对育种自净性能影响及落种部件对锥体分种均匀性影响的问题,以提高育种试验的播种精度。     

小区微型精密播种机的研究

对水平圆盘型孔式排种器加以改进,设计了用于小麦播种的基本型孔。利用调节片调节型孔容积,利用U形槽调整种子与型孔相对方向,利用3个相互连环的圆盘形弹簧丝做种子处理系统,使不同千粒质量的小麦种子排种精度提高到97%以上。该设备用于小区播种,对迅速改变我国小区试验播种机使用现状以及提升小区试验播种水平具有重要意义。     

旋耕灭茬施肥播种联合作业机导种管设计

针对旋耕灭茬施肥播种联合作业机高位排种、低位投种的作业特点,进行了排种器导种管曲线形状的设计研究。为减小种子与管壁的碰撞,根据排出口种子作向后抛射运动情况,将导种管前段曲线设计成抛物线;为使种子在管内滑行时间最短,同时又具有合适的着地角和着地速度,导种管后段曲线设计成一摆线。台架试验证明:排种轮转速在20～30r/min工作范围内,播种均匀性变异系数最高为13.2%,明显低于国家标准,达到了预期效果。     

振孔式精密播种机主要部件的设计与试验

设计了一种振孔式排种器,以实现精密播种。试验结果表明:当振孔式排种盘处于工作状态时,由于击振器的敲击作用,产生受迫振动,提高了充种效果,提升了型孔的填充率。工作时,因为敲击震动有一定的强制投种作用,提高了投种频率,从而使机具的作业速度得以提高,降低了作业机具的粒距变异系数,且可对玉米、高粱、各种豆类等作物实行单粒精密播种。