气送式油菜播种机集排器供种装置设计与试验

针对现有气送式播种机集排器供种装置在油菜种植区域地表坡度变化范围大时供种量稳定性不足等问题,设计了一种采用调节弹簧调节清种毛刷与外切圆弧型孔轮距离,从而控制充种及清种量、实现坡地播种、稳定供种的供种装置.阐述了供种装置的工作原理,确定了外切圆弧型孔曲线方程、主圆弧偏转角及种量调节机构结构参数,分析了种量调节机构与型孔轮...     

杂交稻气送式集排器成穴供种装置设计与试验

为适应杂交稻气送式集排器的穴播要求,设计了一种集中定量供种的成穴供种装置。阐述了杂交稻气送式集排器成穴供种装置的工作原理,基于杂交稻机械物理参数和穴播农艺要求,提出了一种渐开线状型孔,确定了主要结构参数,构建了种子群充种和投种过程的力学模型。台架试验研究了杂交稻品种、渐开线型排种轮数量和转速对供种和成穴性能的影响。结果表明：渐开线型排种轮数量和转速分别为3~8和10~40r/min时,供种数量随渐开线型排种轮数量和转速增加而增加,供种数量范围为2392~17732粒/min;转速为20~40r/min时,供种数量变异系数均低于1.0%。成穴供种装置可适应多种杂交稻品种,供种数量受种子长度和容重的影响。穴供种数量随排种轮数量增加显著增加,随转速增加而降低;较优转速为20~30r/min,穴供种数量为19~38粒,其变异系数均低于25.0%。穴径随转速和排种轮数量增加而增加,穴距保持稳定。田间试验表明成穴供种装置可实现穴播,平均株数和穴距分别为3.07株/穴和180.2mm,符合水稻直播技术要求。     

小麦气送集排器等宽多边形槽齿轮式供种装置研究

针对小麦气送式集排器供种装置充种环节种子流动性差,导致充种及供种不稳定的问题,设计了一种具有等宽多边形槽齿轮的小麦供种装置。阐述了供种装置的工作原理,确定了等宽多边形槽齿轮的主要结构参数。利用EDEM仿真对比分析了不同结构型式槽齿轮对种群扰动能力、充种及供种性能的影响,结果表明,当供种轴转速为20 r/min时,在仿真的1～10 s内随等宽多边形槽齿轮边数的增加,种群平均动能均值逐渐减小,对种群平均扰动能力依次减弱,但相邻平均动能峰值间隔时间缩短,扰动种群的频率增加;等宽三边形、等宽五边形、等宽七边形、等宽九边形槽齿轮扰动下种群平均动能均值比圆形槽齿轮分别高371.32%、209.23%、91.02%、53.37%;以充种合格率((2±1)粒/孔)和漏充率(0粒/孔)为指标,等宽七边形槽齿轮充种合格率为93.98%、漏充率为2.78%,供种粒数与供种时间具有较高的线性度,充种和供种性能较优。台架试验验证了等宽七边形槽齿轮式供种装置的供种性能及对排种性能的影响,结果表明,当转速为10～60 r/min时,供种速率稳定性变异系数不高于2.14%,供种时破损率不高于0.20%,总排量稳定性变...     

气送式玉米高速精量排种器供种系统设计与试验

针对气送式玉米高速精量排种器进行高速精量播种时排种器内存种量波动较大,无法维持最佳作业状态的问题,提出通过改进供种装置结构、优化供种控制模型的技术思路。设计了一种智能供种系统,采用可替换轮片的新型供种轮结构和以正弦函数为基础的波动变量供种方式,根据供种效果实时调节供种速度波动幅度,从而使排种器内的存种量保持在较好区间,确保排种器在较高作业性能下进行持续性工作。对关键零部件进行了结构参数设计,通过离散元仿真和台架试验获取并验证了不同结构的供种轮较优工作区间,同时对波动变量供种模型性能进行了试验验证。试验结果表明,新型供种轮能够通过改变自身结构在供种速度250~1500g/min范围内将供种速度变异系数保持在20%以下。优化后新型波动变量供种控制模型将使供种速度以波动变量供种的方式进行平滑变化,在供种速度500~1500g/min范围内围绕供种需求进行100g/min左右幅度的波动供种,满足玉米精量播种的技术要求。     

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。     

双级振动精密排种器外槽轮式定量供种装置设计与试验

针对现有外槽轮式排种装置存在充种不均匀现象的不足,从定量供种理论与试验研究角度,深入探讨定量供种技术。设计了一种电磁振动勺型外槽轮式定量供种装置,对勺型外槽轮、振动板和橡胶弹性板等关键部件进行了结构设计,并结合该装置的结构特点,推导了定量供种的理论模型,同时在振动频率保持不变的情况下,对该装置进行了定量供种试验,得到电磁振动振幅和排种轮转速对实际供种量的影响规律。试验结果表明,当排种轮转速在0.8~6.6r/min、6.6r/min以上,电磁振动振幅分别选择10μm、15μm时,实际供种量接近于理论模型,定量供种的相对误差小于4%,该研究成果可为精密排种器的数字化设计提供参考依据。     

气吹供种的滚筒式排种器的设计研究

针对单穴单粒精量播种的农艺要求,设计了一种基于气流悬浮理论供种的滚筒式排种器。同时,利用三维软件建模,设计出排种器的总体结构,介绍了其工作原理及主要工作部件的结构参数,并搭建了排种器台架式试验台。试验验证表明:该排种器可以满足精量播种的设计要求,平均单粒指数为93.04%,平均多粒率为5.0 1%,平均漏播为1.5 9%。该研究为精量排种器的进一步设计研究和参数优化提供了新思路和理论依据。     

气吸式小麦电控播种系统的设计与试验

传统的小麦播种机在播种作业中,地轮为排种器提供动力,其会受到田间复杂环境的影响而产生打滑现象,降低了播种均匀性,小麦播种质量受到较大影响。为实现小麦精量播种,结合气吸式小麦排种器设计了电控排种系统。系统利用旋转编码器测得机具行进速度,控制器依照预先设定的株距参数,分析得出合理的排种器转速并对电机进行控制,实现可控株距的小麦单粒精量播种。试验台排种试验结果表明:排种器的排种合格指数为88.05%,重播指数为3.64%,漏播指数为6.96%,合格粒距变异系数为23.07%,播种质量指标符合JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》,满足小麦精量播种的农艺要求。     

倾斜双圆环型孔圆盘式玉米排种器设计与试验

针对现有气力式排种器作业质量受外界条件影响大以及传统机械式排种器难以满足高速播种要求的问题,设计了一种结构简单、充种效果好、可适应高速作业要求的倾斜圆盘式排种器;以黄淮海地区玉米种子的物料学特性为基础,对该排种器的充种、清种以及主要结构参数的确定方法进行了研究。采用二次正交旋转试验对其排种性能进行了试验,建立了排种器性能指标(合格指数、重播指数和漏播指数)与排种器倾角、型孔数、型孔盘转速的回归方程,确定了各参数对性能指标的影响规律,并进行了优化计算,对优化结果进行了验证试验。最后进行了田间试验,结果表明:在倾角为39°、型孔数为30个、机器前进速度为8.2~11.9 km/h时,排种器合格指数大于90%,重播指数小于3%,漏播指数小于8%,均满足国家相关标准要求。     

限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器设计与试验

针对目前小麦种子尺寸小、形状不规则导致传统排种器存在漏充率高、充种合格率低等问题,设计了一种限制充种姿态-正负压式小麦精密排种器。排种器基于限制种子充种姿态的原理,增设弧形辅助充种板和搅种盘,使种子长轴与型孔长轴近似位于同一平面,在正负压良好充种的基础上获得更佳的单粒充种性能。通过对充种过程及种子田间分布情况的分析,计算确定排种器关键结构参数：型孔列数3列,每列型孔个数30个,型孔长度8mm、宽度5mm、深度3mm;并采用EDEM软件进行仿真试验,确定了弧形辅助充种板的最优角度为5°。在此基础上,利用Design-Expert软件,以型孔轮转速、真空度、搅种盘转速为试验因素,以充种合格率、漏充率、重充率为评价指标,进行三因素三水平二次回归正交试验。通过构建回归方程及响应面数学模型,分析了各试验因素对排种器充种性能的影响,且对试验参数进行综合优化,确定最佳参数组合：型孔轮转速66.27r/min、真空度3.52kPa、搅种盘转速52.00r/min,并进行试验验证,得到排种器充种合格率为92.70%,漏充率为3.47%,重充率为3.83%。该排种器满足小麦精密播种对排种器的性能要求。     

油麦兼用气送式集排器输种管道气固两相流仿真与试验

为研究种子在油麦兼用气送式集排器输种管道中的迁移规律,运用EDEM-CFD耦合仿真方法分析了输种管道直径、长度、横纵管道长度比(k)和接头形式对种子运动特性和气流场的影响;台架试验研究了输种管道结构对排种性能的影响。结果表明:种子在输种管道中受力与速度主要沿管道轴线方向,与气流速度相同,种子迁移的动力主要源自流体阻力。管道出口处种子速度随k增加呈先降后升的趋势,输种管道结构显著影响各行平均排种量和各行排量一致性变异系数。当输种管道直径、长度和k分别为42 mm、1.0 m和2/3时,管道出口处种子速度、两相流相对速度和压强损失较小,排种性能较优。接头为弯管的输种管道出口处种子速度明显高于接头为折线形管道,两相流相对速度表现为弯管低于折线形接头;弯管半径100 mm的输种管道气流场和种子分布均匀,压强损失较小。供种装置转速为10~40 r/min时,排种油菜、小麦时各行排量一致性变异系数分别低于4.0%和5.0%,总排量稳定性变异系数和种子破损率分别低于1.0%和0.1%。     

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。     

油麦兼用型气送式集排器混种部件设计与试验

针对油麦兼用型气送式集排器排种过程中混种部件内压力梯度变化方向与种子输送方向不匹配,造成种子倒流和逆流,降低集排器各行排量一致性的问题,设计了一种基于文丘里原理的混种部件,确定了文丘里混种室和输种管的主要结构及关键参数,分析了输送气流速度、种子速度、混种部件结构对总压力损失的影响.应用DEM-CFD耦合仿真对比分析了3...     

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。     

交错勾齿式小麦精量排种器设计与试验

针对小麦精量播种需求以及现有排种器脉动性高、均匀性差的问题,设计了一种4排交错勾齿式小麦精量排种器,利用勾齿式型孔单粒囊种,并通过勾齿交错布置使下落的种子流形成交错有序的种子面,减少种子间的碰撞重叠,提高种子的有序性。通过对充种过程中小麦种子姿态分析,确定了型孔的关键结构参数和曲线轮廓。运用离散元法EDEM,分析了排种轮转速和充种区域夹角对充种性能的影响规律。仿真结果表明,排种轮转速对充种时处于有利姿态的种子数量有显著影响,充种区夹角的增大有利于提高充种率,但充种区夹角过大会造成成功充入种子掉落出型孔,降低充种性能。在此基础上,以排种合格率、单粒率、空穴率为指标进行了正交旋转组合试验,获得了最优工作参数组合。在排种轮转速、充种区高度以及毛刷/排种轮转速比分别为18r/min、73mm、2.5条件下,与现有凸齿式小麦排种器进行对比试验,交错勾齿式小麦排种器的排量变异系数比凸齿式排种器降低0.66个百分点,落种过程中排出的种子交错有序下落,具有更好的排种均匀性。     

油麦兼用型气送式集排器匀种涡轮设计与试验

针对油麦兼用型气送式免耕播种机宽幅播种时各行排量一致性受地表坡度变化影响的问题,设计了一种利用输送气流驱动转动、安装于分配装置的匀种涡轮,分析了匀种涡轮进口工作角和出口工作角对输送气流速度的影响,确定了影响3种匀种涡轮工作特性的关键参数。应用CFD仿真中的6自由度动网格模型及台架试验,对比分析3种匀种涡轮对输送气流分布及匀种涡轮转速的影响,结果表明：进口工作角和出口工作角均为锐角的匀种涡轮可提高种子的输送及搅拌性能。选择叶片数量为4、6、8、10的匀种涡轮进行了分配装置内流场分布仿真试验,结果表明,增加匀种涡轮叶片数量可提高匀种涡轮出口处输送气流分布的稳定及均匀性。利用智能种植机械测试平台模拟田间作业不同地表坡度时,安装不同数量叶片的匀种涡轮对各行排量一致性的影响,结果表明：转速为20～50 r/min,沿播种机作业方向的前后与侧向单向组合摆动、前后与侧向往复组合摆动角相对平整地表在-5°～5°变化,叶片数量为8时,油菜及小麦各行排量一致性变异系数最小,分别为4.99%～5.82%和3.85%～4.92%;前后与侧向单向组合摆动角绝对值为5°时,叶片数量为8的匀种涡轮比无匀种涡轮排种油菜和小麦时各行排量一致性变异系数分别降低7.53、11.98个百分点,满足地表坡度变化时油菜及小麦的排种要求。     

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。     

油菜高速机械离心式集排器设计与试验

针对传统油菜机械离心式集排器高速作业时供种及投种能力不足,导致排种量与作业速度不匹配、排种性能不稳定等问题,设计了一种被动式供种、“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔投种的油菜高速机械离心式集排器。构建了供种、投种过程中的力学模型,分析确定了影响排种性能的关键结构参数;利用EDEM离散元仿真开展了供种调节高度对供种速率调节量影响的试验,结果表明当供种调节高度为3~8mm时,供种速率在64.95~357.54g/min范围内可调;采用两因素三水平正交试验分析了限种套筒下摆高度及倾角对初始种量、临界转速及环状种层最大高度的影响。通过台架试验确定了较优限种套筒结构参数,结合高速摄影对比了5种型孔结构下动锥体转速与排种量关系,确定最优型孔结构为“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔。较优参数组合集排器排种性能验证试验结果表明：当转速为115~205r/min时,排种速率为60.96~355.76g/min,油菜各行排量一致性变异系数均低于5.2%,总排量稳定性变异系数均低于1.3%,破损率低于0.5%,满足作业速度6~12km/h时的排种量要求。田间试验结果表明,当机组作业速度为7.89、11.98km/h时,油菜各行植株均匀性变异系数低于11%,种植密度为43~58株/m2,满足油菜精量播种要求。