种子撒播器的改进试验与思考

<正>四川省达州市地处丘陵山区,在多为坡地的旱地上,主要种植小麦、油菜,作为主要粮食作物种植面积较大,据2017年统计,达州市小麦种植面积60942公顷,油菜109326公顷。长期以来,电动种子撒播器是主要的播种工具。一、现有种子撒播器结构的不足种子撒播器是利用离心力的将种子撤于土壤中的一种驱动装置,其结构和质量关系种子分布均匀性,从而直接影响播种质量。目前使用的种子撒播器结构如图1。     

基于无人机平台的绿肥种子撒播装置设计与试验

针对水稻收获前稻田以及丘陵山区播种绿肥,存在机具无法下田作业、人工撒播劳动强度大的问题,基于农用多旋翼无人机平台,设计离心甩盘式绿肥种子撒播装置。该装置可与多品牌无人机方便、快速组配挂接,主要由挂接机构、种箱、排种机构、撒种机构及自动控制系统构成,设计螺旋输送式排种机构可实现连续稳定定量排种,优化撒种机构使得撒播更加均匀顺畅,控制系统可跟随无人机飞行速度控制排种机构排种量,并根据不同品种绿肥种子设定撒种机构甩种盘转速,从而实现多品种绿肥种子定量排种、均匀撒播。选取典型绿肥品种紫云英种子为试验物料,以撒播均匀性变异系数Y1和单位面积撒种量误差Y2为评价指标,螺旋输送器转速A、甩种盘转速B、飞行速度C为试验因素,开展三因素三水平正交试验。结果表明：螺旋输送器转速A和甩种盘转速B对两评价指标影响极显著,飞行速度C对两评价指标影响显著,影响撒播均匀性变异系数Y1的主次因素为B、A、C,影响单位面积撒种量误差Y2的主次因素为A、B、C,最佳因素水平组合A2B2C2,即A为190r/min、B为1700r/min、C为5m/s时,Y1为28.47%,Y2为11.81%。田间试验表明,在最佳参数组合下,整体出苗良好。该研究为改进完善无人机离心甩盘式绿肥撒播装置,以及大面积推广绿肥种植提供了理论依据和装备支撑。     

地膜播种机分种器的改进设计与试验

对影响地膜播种机播种量的主要因素进行了分析，对决定穴播滚筒播种量的重要部件——分种器进行了改进。对比试验表明：改进后的分种器具有用种量少、种量分布离散值小的特点。     

南瓜种子姿态约束定向组合式排种器设计与试验

为实现南瓜种子定向播种,提出先调整南瓜种子运动姿态再进行定向的组合式定向方法,设计了一种南瓜种子组合式定向排种器。该定向装置的关键部件包括限位清种板和导向板两部分。基于南瓜种子几何特性确定了限位清种板的结构参数。建立南瓜种子定向过程的运动学方程,明确了南瓜种子定向过程中姿态变化与导向板结构参数的关系,确定了导向板结构参数。利用CFD-DEM耦合法,验证了南瓜种子组合式排种器定向排种的可行性,确定了排种盘转速取值范围。搭建试验台,以平躺吸附率为试验指标,通过单因素试验确定了排种盘型孔直径。以单粒率为试验指标,通过单因素试验确定了负压和排种盘型孔数取值范围。选取负压、排种盘型孔数、排种盘转速为试验因素,以单粒率、定向成功率为试验指标,进行了三因素三水平二次中心组合试验,得出影响排种器单粒率的主次因素为负压、排种盘型孔数、排种盘转速,影响排种器定向成功率的主次因素为排种盘转速、负压、排种盘型孔数。对优化后参数进行田间验证试验,结果表明,当排种盘型孔数为16、负压为10kPa、排种盘转速为4r/min时,单粒率为94.7%,定向成功率为82.7%,南瓜种子落入穴盘的正负偏转角度为18.5°。     

四旋翼无人机撒播参数对黄芪种子分布的影响

为了提高无人机撒播种子分布均匀度和撒播质量,研究了搭载撒播系统的无人机作业参数对种子分布的影响。通过设计正交试验研究了无人机撒播系统出料口大小、飞行高度和转盘转速对黄芪种子在田间的分布影响。试验以电动四旋翼无人机为载体、圆形接收盘为种子采集器。结果表明:极差分析法中,R_B(14.9%)﹥R_A(13.4%)﹥R_C(5.4%),说明影响种子分布均匀性的主次因素依次为飞行高度、出料口大小、转盘转速;出料口大小、飞行高度和转盘转速的最小■值分别为36.5%、37.5%和40.6%。因此,最优作业参数为:撒播系统出料口大小为13/30,飞行高度为1.5m,转盘转速为10/30。该研究可为无人机撒播作业提供参考。     

玉米水平圆盘精密排种器种子破损试验

从水平圆盘精密排种器的工作原理出发，对影响玉米种子破损的因素进行了正交试验，分析了引起种子破损的原因。结果表明，影响种子破损的主要因素是动定盘间隙和推种器弹簧压力。     

基于CFD的牧草种子收获机沉降箱体改进设计与试验

现有牧草种子收获机在收获牧草种子时,其收获总损失率与破碎率较高,杂质清选效果差,沉降不充分。为了解决上述问题,在现有沉降箱的基础上进行理论及结构分析,结合具体需求及整机结构外形来改进沉降箱清选结构,设计了一种圆弧减速挡板,减小了种子受到的冲击力,调整了挡板的大小以及位置,使得更多的种子经过沉降进行清选,提升牧草种子收获的质量合格率。通过计算流体动力学仿真对沉降分离装置的内部流场进行了仿真模拟,选择雷诺应力模型和DPM模型分别对气相和固相进行模拟得到气流场分布图和颗粒场的运动轨迹图。结果表明设计的圆弧减速挡板对比折线降速挡板的结构提升了种子沉降率,并减小了种子破碎率,并且在入口风速提高时,提高了箱底种子捕获率。通过牧草种子收获机收割苜蓿实地试验,分别对比了无挡板以及折线减速挡板的收获合格率。结果表明,采用圆弧减速挡板的沉降箱收获种子时沉降损失率为0.19%,破碎率为0.9%,均达到相关行业标准,证明了该装置的有效性。     

小粒径种子精量穴播集排器型孔轮设计与试验

针对传统小粒径种子型孔轮式排种器充种稳定性差、易卡种的问题,设计了具有倾斜抛物线型孔和环槽凸台搅种结构的型孔轮,可实现油菜、芝麻和小白菜种子（2±1）粒/穴精量穴播。基于种子物料特性与种植农艺要求,构建了种子充种和投种过程的力学模型,分析确定了型孔轮结构参数对充种和投种性能的影响规律及其取值范围;利用EDEM仿真和高速摄像台架试验获得了型孔抛物线顶点至型孔轮中心距离、焦准距、抛物线倾斜角、宽度系数、侧边倾角及环槽凸台深度的较优值,确定了避免型孔卡种与环槽凸台拖带种子的临界条件,得出了种子物料特性与型孔轮较优结构参数的量化关系。利用JPS-12型试验台开展较优结构参数下华油杂62、航天新芝T31-8和五月慢的排种性能试验,3种类型种子穴粒数合格率为92.00%、90.00%、90.67%,穴距合格率为83.67%、81.83%、82.50%。田间试验表明,华油杂62平均出苗数为1.16株/穴,穴株数合格率89.67%（（2±1）株/穴）,穴距合格率81.54%;航天新芝T31-8平均出苗数为1.15株/穴,穴株数合格率85.77%（（2±1）株/穴）,穴距合格率75.51%;满足油菜、芝麻精量穴播要求,为小粒径种子型孔轮式集排器关键部件的设计提供了参考。     

稻茬小麦机械化播种与人工撒播对比试验研究

为适应稻麦周年机械化,推广小麦机械化播种,集成与配套不同播种条件下小麦农机与农艺配套技术。通过大田试验,设置适期、迟播和晚播3个播期,每个播期内比较小麦一体化机条播和人工撒播2个播种方式对稻茬小麦扬麦16产量形成和氮肥利用效率的影响。结果表明:同一播期内机条播处理小麦出苗率、每穗粒数、实际产量均显著高于人工撒播处理,且机条播处理小麦基部节间较撒播处理有缩短趋势,氮肥利用效率提高明显;随着播期的推迟机条播处理小麦出苗率、每穗粒数、株高和产量均显著降低,与人工撒播相比,不同播期机条播处理小麦,氮肥偏生产力和氮肥农学利用利用率分别提高7.1%～8.2%和5.0%～5.9%。     

倾斜圆台型玉米精密排种器种子破损试验

针对机械式精密排种器伤种率高的问题,提出了一种基于丸粒化玉米种子的精密排种器.以排种轴转速、型孔直径、动盘锥角为因素,种子破损率为指标,运用二次回归正交旋转安排试验,建立了种子破损率与各影响因素之间的回归数学模型.通过Design-Expert 7.1软件对试验参数进行优化,确定排种轴转速13.2 r/min、型孔直径16 mm、动盘锥角26.5°为最佳参数组合,此时种子破损率为0.65％.验证试验表明该组合下试验误差较小.     

4GX-100型小区小麦种子收获机改进设计与试验

为进一步提升自行研制的小区小麦种子收获机工作性能,降低和改进一代样机采用梳脱割台所造成的籽粒飞溅损失大,脱粒装置喂料口及其罩壳内部易滞种、堵塞等问题,对4GX-100型小区小麦种子收获机进行改进设计。结合样机传动系统方案,对其双层收获割台、伸缩拨指式锥型脱粒装置进行设计,确定锥型滚筒结构参数（喂入段、脱粒段长度,大、小段面尺寸）,对脱粒元件结构参数、数量及周向分布进行计算,获得锥型滚筒转速在406~610r/min之间,伸缩拨指长度为172.5mm,其偏心距为40mm。为降低样机收获作业时的滞种率,利用离散元软件EDEM建立脱粒物料颗粒模型（小麦籽粒、短茎秆）,对锥型脱粒装置内脱粒物料的运动迁移过程进行模拟仿真与特征解析,分析研究脱粒物料中小麦籽粒的平均速度、位移随脱输时间的变化规律。改进样机田间作业性能试验表明,当样机喂入量达到0.52kg/s时,整机总损失率为1.18%,种子破碎率为0.13%,含杂率为0.64%,滞种率为0.02%,生产率可达0.18hm2/h,仅需短暂空转便可快速清机;整机运行平稳,脱粒装置喂料口及罩壳内部无堵塞现象,伸缩拨指式锥型脱粒装置能够有效抓取、脱输喂入物料,具有较强的适应性,作业机各项性能指标符合设计要求与技术标准的规定。     

轻型（V型）切割器护刃器的改进与试验

针对国家标准Ｖ型护刃器刚度的不足的问题，对标准护刃器结构，材料，加工工艺进行改进，通过试制，试验测定，小批量生产应用证明改进型护刃器与标准护刃器比较，既保持了重量轻的特点，又具有外型美观，刚强度高，工作可靠的优点。     

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。     

轻型（Ⅴ型）切割器护刃器的改进与试验

针对国家标准Ⅴ型护刃器刚度不足的问题，对标准护刃器结构、材料、加工工艺进行改进，通过试制、试验测定、小批量生产应用证明改进型护刃器与标准护刃器比较，既保持了重量轻的特点，又具有外型美观、刚强度高、工作可靠的优点。     

无人机式毛叶苕子撒播装置设计和试验

毛叶苕子是一种优良的绿肥,对增加土壤有机质和氮素有显著影响。经过前期文献查阅,研制了自带电源和远程遥控的撒播装置。撒播装置机构由种子仓、电机、播撒系统及支架等组成。利用SoliDworks对关键部件支架进行强度仿真,仿真屈服力为5.515e+0.1,表明支架强度符合要求。其次,通过撒播圆盘均匀性试验,撒播圆盘均匀性变异系数为39.71%,符合国家关于撒播的要求。本研究为新疆地区播种绿肥毛叶苕子种子提供了一种新的播种方式。     

花生种子剥壳机的设计与试验

针对目前花生种子脱壳机脱壳剥净率低及果仁破损率高的问题,为了降低花生果仁受到的物理损伤,设计了一种带有自适应系统的用于花生种子的新型剥壳机。该种子剥壳机利用切割开口与搓擦相结合的方法进行脱壳。首先,切割系统通过自适应系统完成定位切割,然后剥壳系统由一组带有橡胶的滚筒与直板,对花生进行搓擦实现脱壳。以筛选过的白沙花生作为试验材料,对其果仁破损率及剥净率进行统计,结果为破损率0.98%,剥净率9 8.9 0%。     

滚筒式种子干燥机设计与试验

论述作物种子干燥机的特殊要求，介绍所研制的作物种子干燥机结构，分析其工作原理，确定关键参数的设计原则和方法。使用表明：该机自动化程度高，结构和参数选择合理，能满足作物种子干燥的特殊要求，具有良好干燥效果。     

振动供种型孔轮式非圆种子精密排种器设计与试验

为满足非圆种子低播量精密播种的种植要求,基于型孔轮式排种器提出了一种振动定向供种机构,分析了种子振动定向排序的机理,建立了种子在定向供种机构上的运动模型和充填型孔过程的动力学模型,完成了关键结构的参数设计。以V型槽安装倾角、振动方向角、振动频率、电压值(振幅)及排种轮转速为试验因素进行了二次回归旋转正交组合试验,并应用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归分析和响应曲面分析,得到了因素与合格率间回归模型和因素对指标影响关系,确定了影响合格率的因素重要性次序为振动频率、振幅、振动方向角、安装倾角和排种轮转速。基于回归模型进行了参数优化并进行了试验验证,结果表明:当安装倾角4.02°、振动方向角31.29°、振动频率35.9 Hz、振幅4.03 V、转速5.55 r/min时,合格率为97.64%,漏充率为2.36%,试验中未出现多于3粒/穴的情况。采用二次回归旋转正交组合设计建立回归模型,试验结果与理论分析结论一致,满足了低播量精密播种的农艺要求,表明了振动供种组合型孔轮式排种器实现非圆种子精密排种的可行性。     

牧草种子加工线设计与试验

针对牧草种子加工线各主机既能连线成套工作,也能单独工作的设计要求,采用了主机平面布局和多地坑料斗喂料的形式,结合一字形串联提升机的输送方式,设计了加工线,完成了料门三通、溜管联接卡子和除尘管路风选部件的结构设计。以净度为85%～88%的披碱草种子为加工对象进行了试验,结果表明：生产率大于等于800kg/h,净度大于等于97%,获选率大于等于95%,度电生产率大于等于25kg/（kW·h）,使用有效度大于等于95%,粉尘质量浓度小于等于0.3mg/m3。