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。     

异形孔窝眼轮式油菜排种器设计与试

设计了一种异形孔窝眼轮式油菜排种器,阐述了它的结构形式及工作原理,选择了合理的窝眼布置方式.通过正交试验分析了型孔布置方式、型孔尺寸和排种轴转速对排种器排种均匀性、合格率、漏播率和重播率的影响.在最优参数组合下进行播种试验,其播种合格率为98.3%,漏播率为0.6%,重播率为1.1%,对油菜种子适应性好.     

基于离散元的倾斜圆盘勺式大豆排种器仿真优化

为提高倾斜圆盘排种器的排种性能,以中黄39大豆种子的物料学特性为基础,对该型排种器的充种、清种过程进行研究,得出其垂直倾角及工作转速是影响排种器工作性能的两个重要因素。利用离散元软件EDEM进行仿真研究,设计了二次回归正交旋转组合试验,运用SPSS软件进行试验数据处理,以排种器合格指数、重播指数和漏播指数作为排种器性能的评价指标,分别建立其与排种器垂直倾角、工作转速的回归方程。运用MatLab中非线性优化fmincon函数,获得该型排种器最优参数组合为垂直倾角1 9.5°、工作转速4 6.7 r/min时,合格率为97.28%,重播率为1.98%,漏播率为0.74%。     

充种沟式精密排种器的设计

针对槽轮式排种器很难达到精密播种、合理密植的缺点,研究并设计了一种用于精播小麦的机械式充种沟式精密排种器。阐述了其结构与工作原理,通过对充种槽尺寸的计算与对不同尺寸充种槽的排种试验确定了关键部件尺寸,并测出其漏播率、重播率及单粒率。     

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。     

柔性机械式大豆精量排种器设计与试验

针对免耕播种作业时沙土和碎秸等飘浮物被气吸式排种器吸入充种室内,导致排种工作部件损坏、排种质量降低等问题,设计了一种柔性清护种机械式大豆精量排种器。对排种器工作过程进行理论分析,确定了影响工作性能的主要结构与工作参数;通过单因素对比试验确定了对排种性能影响最小的护种毛刷材料;采用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、充种倾角、护种距离为试验因素,以合格指数、漏播指数、重播指数和破损指数为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件对试验结果进行方差分析。结果表明：各因素对合格指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、护种距离、充种倾角,各因素对漏播指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角,各因素对重播指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、充种倾角,护种距离影响不显著,各因素对破损指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角;当作业速度为8~12km/h、充种倾角70°、护种距离为-1.5mm时,排种合格指数大于94%、漏播指数小于3%、重播指数小于3%、破损指数小于0.2%,满足免耕大豆高速精量播种作业要求。     

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。     

夹持式打瓜精量排种器性能试验与参数优化

因打瓜籽形状的不规则性和品种类型的多样性,现有新疆打瓜种植主要以气力式播种机播种为主,吸附稳定性较低,其排种性能有待进一步提高。为解决打瓜精量播种问题,实现节本增收,设计一种夹持式打瓜排种器,选用新疆广泛种植的黑色大片打瓜籽为试验材料,采用Box-Behnken中心复合设计方法评价排种器转速、取种块有效夹持长度及取种块宽度因素与单粒合格率、漏播率及重播率间的影响关系。以打瓜排种器高合格指数、低重播指数及低漏播指数为优化目标,利用Design-Expert对排种器转速和取种块参数进行优化求解,得出排种器最佳参数组合为:排种器转速43.38 r/min,取种块有效夹持长度9 mm,取种块宽度7.82 mm,此时合格指数为84%,重播指数为9.38%,漏播指数为6.12%。结合排种器的进一步试验验证,得出该参数组合下排种器排种合格指数为83.97%,重播指数为9.33%,漏播指数为6.16%,与理论优化值非常接近,说明该夹持式打瓜排种器能够实现对打瓜的机械式排种,为打瓜精量播种新装备的研究和改进提供参考借鉴。     

气力式西洋参排种装置的设计与试验研究

由于播种西洋参需用催出芽的种子,机械排种器播种时极易将种芽碰掉,影响发芽率,不能满足西洋参种子的播种要求。为此,设计了一种气力式排种装置,阐述了气力式精密排种器的工作原理,确定了其主要结构参数。同时,以威海文登西洋参种子为播种对象,采用二次正交旋转组合试验,对吸种装置进行了吸排种性能试验研究,建立了行进速度、吸气孔直径、负压3个主要因素与漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素对漏播率和重播率的影响规律,并进行了参数优化。对重播率影响的因素其主次顺序为:负压、吸气孔直径、行进速度;漏播率影响的主次顺序为:吸气孔直径、负压、行进速度。当行进速度为1.5m/s、吸气孔直径为1mm、负压为4 k Pa时,机播重播率低于3.3%,漏播率低于2.3%,装置综合性能达到最优。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足西洋参精密播种的种植要求。     

气力窝眼轮组合式谷子穴播排种器性能试验

为改善谷子穴播排种器播种效果,使用JPS-12型排种器性能检测试验台,以真空度、吸孔直径、窝眼轮转速为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为试验指标对气力窝眼轮组合式谷子穴播排种器的排种性能进行单因素和多因素试验研究。通过单因素试验明确了排种质量随试验因素的变化趋势,通过正交试验获得了气力窝眼轮组合式谷子穴播排种器的较优参数组合,即真空度为2.0kPa、吸孔直径为1.0mm,窝眼轮转速为20r/min。对较优参数组合进行试验验证,结果表明:合格率93.9%,重播率3.1%,漏播率3.0%,能够满足谷子穴播的要求。     

凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器设计与试验

针对人参种子流动性差,导致排种器在充种环节漏充严重、伤种率高等问题,采用增大种群扰动、减小局部种间摩擦力的方法,提高排种器的充种性能,并基于此设计了一种凸包异形孔窝眼轮式精密排种器。通过对充种区种子受力状态和运动状态进行分析,阐明了凸包异形孔结构提高排种器充种性能的机理;进行理论计算和对充种过程运动学分析,利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同结构参数对种群的影响,并确定了窝眼轮的结构参数;以窝眼轮转速、凸包高径比和种层高度为试验因素,以合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:影响合格指数的主次顺序依次为凸包高径比、窝眼轮转速、种层高度;当窝眼轮转速为29.75 r/min、凸包高径比为0.43、种层高度为53.92 mm时,充种性能最佳,此时合格指数为95.59%、重播指数为2.97%、漏播指数为1.40%。为验证排种器的工作性能,进行了台架试验和田间试验,结果表明,凸包异形孔窝眼轮式精密排种器的充种性能较好,满足人参播种要求。     

双列交错勺带式马铃薯精量排种器优化设计与试验

为提高马铃薯机械式排种器作业质量,满足精密播种要求,改进设计了双列交错勺带式马铃薯精量排种器,阐述分析了排种器总体结构及工作原理,优化了双勺交错排种总成、主动驱动总成和振动清种装置结构参数。为研究排种器最佳工作参数,以工作转速和振动幅度为试验因素,株间合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,进行了多因素二次正交旋转组合设计试验,建立了排种性能指标与试验参数间数学模型,运用Design-Expert6.0.10软件对试验结果进行处理分析,对回归模型进行优化验证。试验结果表明,当排种器工作转速为31.5 r/min,振动幅度为11.7 mm时,排种作业性能最优,其合格指数为89.92%,提高了19.9%,重播指数为5.12%,漏播指数为4.96%。田间适应性播种试验表明,排种器对不同尺寸类型马铃薯品种均具有良好的适应性。     

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。     

玉米气吸式精密排种器试验研究

为明确投种高度、真空度、排种盘转速对气吸式玉米精密排种器的影响,以2BMG系列免耕播种机上配置的QYP-1气吸式玉米精密排种器为研究对象,以投种高度、真空度、排种盘转速为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为评价指标,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,确定了最佳参数组合为:投种高度21.5cm、真空度4.3kPa、排种盘转速16.5r/min时,合格率94.14%,重播率2.48%,漏播率3.38%,作业性能最好。对优化结果进行验证试验,结果为合格率93.82%、重播率2.56%、漏播率3.62%。实际结果与优化结果数值差异很小,试验结果准确可信,且各项指标均满足玉米精密播种农艺要求。     

扰动促充机械式绿豆精量排种器设计与试验

我国绿豆种植机械化水平较低,多采用撒播或条播,良种浪费严重,针对该问题并结合种植地块小且分散,每穴2～3粒的农艺播种要求,设计了一种采用凹型携种孔兜种、导种槽促进充种、毛刷清种护种的扰动促充机械式绿豆精量排种器。分析了扰动促充力学关系,确定了导种槽、携种孔和清种毛刷参数的设计方法。采用离散元软件EDEM仿真优化方法,以携种孔的结构尺寸参数为试验因素进行了三因素三水平的正交仿真试验,确定了较优的携种孔参数组合为：携种孔长度10.5mm、宽度6.5mm、深度5mm,对较优参数组合进行了验证试验,试验结果表明排种器的最优充种指数为96.05%,合格充种指数为1.64%,漏充指数为1.57%,与仿真优化结果一致。为考察排种器对速度的适应性,进行了速度单因素试验,试验结果表明作业速度小于等于8km/h时,合格指数大于90%,漏播指数小于5%,重播指数小于2%。为验证排种器对不同品种绿豆的适应性,进行了品种适应性试验,试验结果表明所选绿豆品种的合格指数大于95%,漏播指数小于5%,重播指数小于3%,均满足设计要求。     

丘陵坡地自吸式绿豆精密排种器设计与试验

为降低排种器倾斜状态对充种性能的影响,满足丘陵坡地精密播种作业的需求,设计了一种自吸式绿豆精密排种器。通过分析种子受力状态与计算吸附单粒种子的真空度,确定了勺式型孔与往复式吸气装置的主要结构参数。运用多体动力学软件ADAMS对往复式吸气装置进行了运动学仿真,得出活塞位移和速度随时间的变化曲线,证明了该装置设计的合理性。将充种层高度固定为70 mm,转速分别固定为115、125 r/min,排种器左右倾斜角(倾向种腔方向为负)分别选取-12°、-6°、0°、6°、12°,对3种排种盘进行了对比试验,结果表明,本文所设计的勺式型孔有助于在左右倾斜状态下辅助充种;选取排种轴转速、充种层高度为试验因素,以漏播指数、重播指数、合格指数为试验指标,进行了两因素五水平旋转组合设计试验,并利用Design-Expert软件对试验数据进行了分析,结果表明:当排种轴转速为138 r/min、充种层高度为65 mm时,漏播指数为2. 97%,重播指数为3. 43%,合格指数为93. 58%,各指标均符合国标要求。通过验证试验得到实测值与回归模型预测值的漏播指数相对误差为4. 4%,重播指数相对误差为2. 6%,合格指数相对误差为0. 2%,与寻优结果基本一致,证明了回归模型的合理性。     

鸭嘴式谷子穴播排种器设计与试验

针对现有谷子排种器条播时重播严重的问题,结合农艺要求,设计了一种鸭嘴式谷子穴播排种器,并分析了排种器的工作过程,确定了排种器与鸭嘴式扎穴器的组合以及排种器转速、取种管直径、取种管角度。采用响应面优化试验,分析了排种器转速、取种管直径、取种管角度对穴粒数合格率、漏播率及重播率的影响,结果表明：在取种管角度为55°、取种管直径为8.5 mm、排种器转速为60r/min时,穴粒数合格率为96.70%,漏播率为1.74%,重播率为1.56%,排种性能较优。     

基于系统集成的种肥控制布局设计

为了实现施肥播种的高精度控制,设计了种肥控制系统,包括播种控制和施肥控制。播种时,首先检测施肥播种机前进速度,根据播种间距设定值,控制排种轴转速;排种轴通过PID方法进行调速控制,采用PSO方法迭代计算PID调整参数。施肥控制中,首先建立每公顷施肥量和排肥器每分钟排肥量之间的关系,再建立排肥轴转速和每分钟排肥量之间的模型,并根据试验对其进行标定。结果显示：排肥轴转速和每分钟排肥量呈线性关系,线性决定系数达到0.99;漏播率范围为4.6%～6.7%,重播率范围为1.2%～2.7%;排肥相对误差分布范围为1%～8.4%。     

基于卡尔曼滤波PID控制的精量排种器优化设计与试验

针对设施蔬菜种植过程存在漏播、重播问题,设计基于卡尔曼滤波PID控制技术的精量排种器。分别对排种器关键组件和监测装置进行结构设计,建立传感器实时监测车速信号的控制系统,同时以不同作物株距值共同作为控制依据,补偿融合卡尔曼滤波的PID控制方法,通过调控电机保持转速的稳定性,从而实现精量播种。仿真结果表明：卡尔曼滤波的引入,对噪声干扰起到良好抑制作用,可提高系统稳定性。以排种盘转速和行走速度为变量,以株距合格率、重播率、漏播率和株距变异系数为指标,进行两因素五水平的二次回归正交旋转组合试验。台架试验表明：在不同车速下,株距变异系数均在规定的≤35%指标范围内,排种盘转速为10 r/min,行走速度为1.6 km/h时,株距合格率为95.9%,重播率为2.9%,漏播率为1.9%,株距变异系数为12.1%,满足设施蔬菜的精量播种要求。     

窝眼轮式小麦排种器参数优化试验研究

为了改善小区小麦精密排种器排种不均匀、重播漏播现象,设计了一种窝眼轮式小麦精密排种器。以"西农223号小麦"为试验对象,进行了基于离散元法的排种器优化设计,同时采用了三因素三水平二次正交旋转组合试验,建立了粒距合格率、种子重播率、种子漏播率与窝眼数量、端面间距、排种轮转速三因素之间的数学模型,并进行正交试验,分析了各因素对种子重播率、粒距合格率、种子漏播率的影响,确定了各因素的最佳参数组合为:窝眼数量为38个、端面间距为5mm、排种轮转速为20r/min。台架试验结果表明:粒距合格率为95.92%、种子重播率为2.50%、种子漏播率为1.58%,为窝眼轮式小麦精密排种器的研发提供了设计依据。