基于DEM-CFD耦合的文丘里供种管供种均匀性仿真与试验

为研究影响文丘里供种管供种均匀性的机理,运用DEM-CFD耦合仿真方法分析了不同喷嘴口收缩角下,流体场、耦合场、颗粒场的变化规律,得出收缩角为70°时,流场场压变化明显,作用范围合理,耦合场未出现籽粒堆积现象以及颗粒场吹出种子连续均匀速度一致。为探索种子喂入量与气吹风压对文丘里供种管供种均匀性的影响,进行了正交试验,以供种量变异系数为试验指标衡量供种均匀性。由试验结果极差分析得出,影响均匀性的主次因素为种子喂入量、气吹风压。方差分析得出,种子喂入量为极显著因素,气吹风压为显著因素,两者交互项为不显著因素。试验结果表明,在种子喂入量为1.8kg/min,气吹风压为7kPa时均匀性最佳。在排种器转速为136r/min情况下对上述组合进行排种性能试验验证,得出合格指数为92.18%,漏播指数为0,重播指数7.82%,结果表明此种组合下文丘里供种管供种均匀稳定,与理论优化结果基本一致。     

油菜旋转盘式高速集排器螺旋供种装置设计与试验

针对现有机械离心式集排器高速作业时供种能力不足,供种量难以实现精量可调等实际问题,设计一种具有“螺旋进种条”结构的油菜旋转盘式高速集排器。基于油菜种子机械物理特性及播量需求,开发螺旋供种装置,构建种子供种过程的力学模型并分析确定了其主要结构参数。采用三元二次回归正交组合试验建立供种速率、供种速率稳定变异系数、破损率与转速、叶片宽度、导程之间的数学模型,分析得到影响供种速率的因素主次顺序为导程、叶片宽度、转速,影响供种速率稳定性变异系数及破损率的因素主次顺序为转速、导程、叶片宽度;且较优参数组合为：转速81 r/min、叶片宽度4 mm、导程15 mm。在较优参数组合下的台架验证试验得到供种装置的供种速率为92.7 g/min,供种速率稳定性变异系数为0.32%,破损率为0.29%;供种速率为36.55～190.94 g/min时,供种速率稳定性变异系数均低于1.29%,破损率均低于0.5%。田间试验表明机组作业速度为10 km/h时,油菜播种均匀性变异系数为9.4%,种植密度为48～60株/m²,可实现高速播种,满足油菜种植农艺要求,可为旋转盘式集排器结构改进提供...     

油菜旋转盘式高速集排器螺旋供种装置设计与试验

针对现有机械离心式集排器高速作业时供种能力不足,供种量难以实现精量可调等实际问题,设计一种具有“螺旋进种条”结构的油菜旋转盘式高速集排器。基于油菜种子机械物理特性及播量需求,开发螺旋供种装置,构建种子供种过程的力学模型并分析确定了其主要结构参数。采用三元二次回归正交组合试验建立供种速率、供种速率稳定变异系数、破损率与转速、叶片宽度、导程之间的数学模型,分析得到影响供种速率的因素主次顺序为导程、叶片宽度、转速,影响供种速率稳定性变异系数及破损率的因素主次顺序为转速、导程、叶片宽度;且较优参数组合为：转速81r/min、叶片宽度4mm、导程15mm。在较优参数组合下的台架验证试验得到供种装置的供种速率为92.7g/min,供种速率稳定性变异系数为0.32%,破损率为0.29%;供种速率为36.55~190.94g/min时,供种速率稳定性变异系数均低于1.29%,破损率均低于0.5%。田间试验表明机组作业速度为10km/h时,油菜播种均匀性变异系数为9.4%,种植密度为48~60株/m2,可实现高速播种,满足油菜种植农艺要求,可为旋转盘式集排器结构改进提供参考。     

倾斜抛物线型孔轮式小麦供种装置设计与试验

为解决淮北平原玉米秸秆覆盖地小麦播量较大且难以精量控制以及现有小麦集排供种装置结构较复杂的问题,设计了一种具有倾斜抛物线型孔轮式小麦精量供种装置。阐述了该供种装置结构和工作原理,分析并确定了主要相关参数,建立了型孔截面曲线限制方程,构建了小麦充种过程的力学模型,以型孔锥角、型孔轮转速和供种轮数量为试验因素,以供种速率、供种速率稳定性变异系数和种子破损率为试验指标,进行了供种性能试验研究。试验表明:倾角为40°抛物线型孔的供种稳定性较优,其供种速率稳定性变异系数小于1.8%,种子破损率低于0.2%;在型孔轮数量1~5、工作转速10~100 r/min条件下,小麦供种速率随型孔轮数目和转速增加呈上升趋势,其供种速率范围为30~1 500 g/min,供种速率稳定性变异系数随型孔轮数量增加呈下降趋势、随转速增加呈先降后升趋势,其稳定性变异系数均小于2.0%,种子破损率均不大于0.2%;以安装5个抛物线型孔轮供种机构建立单位面积播种量数学模型进行的主动供种匹配试验得出,模拟机组前进速度不大于9.8 km/h时,可实现较大范围的主动供种,其稳定性变异系数均小于2.0%;田间试验得出直播小麦种植密度为230~270株/m2,均匀性变异系数为21.97%。倾斜抛物线型孔轮可实现小麦高速供种并简化供种装置结构。     

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。     

油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。     

槽缝气吸式小麦精量排种器

设计了一种槽缝气吸式小麦排种器.通过试验对比分析了梯形、U形、V形以及“1”字缝隙式槽缝结构的排种器吸种均匀性,梯形槽缝式排种器的吸种变异系数最小,为7.0％,排种种子破损率小于0.30％,满足小麦精量播种的要求.但是由于在实际作业时,风机负压的波动,各缝隙处的气流吸力的差异,致使该排种器的各行排种量一致性没有提高,在不同变速情况下各行排种量的变异系数不大于4.4％.     

水稻直播机设计与试验

设计了水稻直播机,可一次完成整平、播种、施肥和覆盖等工序.采用外槽轮式排种器和全液压驱动调节排种量的方式实现了水稻直播的均匀排种;采用双向整平螺旋实现播种田块的平整;采用船形托板可抹平田面,实现基肥、种沟的全面覆盖.性能试验表明,该机的播种均匀性变异系数24.5％,各行排种量一致性变异系数3.2％,种子破损率0.2％.     

光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统研究

针对油菜精量播种作业速度提高导致种子流检测精度下降的问题,设计了一种光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统,由光纤计数式传感器、核心控制模块、降压模块、无线通信模块和网页终端组成。阐述了光纤计数传感器的种子流检测原理,运用质点运动学理论构建了种子与导种管接触运动力学模型,明确了该传感器的响应时间。系统工作时,通过光纤传感器检测下落的种子流对光纤进行遮挡产生的电压信号,通过不同模块对信号进行降压、收集、传输并结合终端进行实时显示与储存。选用华油杂62油菜种子为试验材料,以六度空间振动台为试验平台搭载油菜精量排种器,以振动频率、种盘转速和工作负压为试验因素,各行排种量及各行排量一致性变异系数的相对偏差为评价指标,开展了传感器精度试验、检测系统性能试验及田间试验。试验结果表明：单、双粒检测试验结果相对偏差最大为3.67%;各行排种量的实际值与检测值的相对偏差不超过4.0%;各行排量一致性变异系数的相对偏差不超过1.0%。田间试验表明油菜种子的播种量检测相对偏差不超过8.0%,系统整体误差较小,可为进一步开展油菜精量播种作业质量评价系统研究提供参考。     

扁平茄果类种子导向振动供种装置设计与试验

针对扁平茄果类种子在供种箱振动供送下播种多粒率高的问题,设计一种带有Y型导槽的导向振动供种装置。通过分析种子在振动导向充种板上的运动特性,确定导向充种板安装角α为10°、振动方向角β为25°。在不同振动强度下,进行了导向充种板振动特性试验和朝天椒种子在导槽内流动特性试验。结果表明,随着振动器电压的增加,各检测点振动频率保持在100 Hz,沿X、Y、Z方向振动幅值增大,种子相对导槽的平均流速增大; Y向振幅在0.45～0.54μm时,种子能在导槽内形成单层、均匀的定向流动,且各导槽内种子平均流速无显著差异。供种效果验证试验表明,在生产效率为300、600、900盘/h条件下,采用导向振动供种装置的播种合格率均超过95%,空穴率均低于5%,满足辣椒育苗精量播种要求。本文设计的导向振动供种装置可显著提高扁平种子播种合格率、降低播种多粒率。     

小麦小区播种机排种控制系统设计与试验

为了提高小区播种机自动化水平,解决传统小区播种机械作业参数不易调节等问题,设计了一种基于STM32的小麦小区播种机排种控制系统。该系统主要由Android终端、STM32主控制系统、存种筒提升控制系统、锥体格盘控制系统以及分种器控制系统等组成,确定存种筒延迟落下时间,分别建立步进电机和直流电机调速模型,设计人机交互界面进行作业参数设置,实现了小区排种作业参数与实际作业需求的快速匹配。搭建室内试验台,以锥体格盘转速、分种器转速为试验因素,以行间均匀性变异系数为评价指标进行试验。试验结果表明,锥体格盘转速、分种器转速以及两者之间的交互作用对行间均匀性均有非常显著的影响;当锥体格盘转速为4 r/min、分种器转速为1 250 r/min时,行间均匀性变异系数均值为4. 53%,行间均匀性较好,且籽粒破碎率较低。该系统实现了小区排种作业精确控制,为小区播种的智能化控制提供了技术支撑。     

2BDG-2型谷子精少量电动播种机设计与试验

为解决丘陵山区分散小块地谷子播种量大、间苗工作量大等问题,按照谷子精少量播种要求,设计试制了2BDG-2型谷子精少量电动播种机,该播种机主要由电力驱动系统、动力传动系统以及倾斜圆盘式精少量排种装置等零部件组成,能够一次完成开沟、精少量排种、覆土和镇压等播种作业。依据谷物播种的国标,进行了排种装置的排种性能和播种机播种均匀性的试验。排种性能试验结果表明:不同地轮转速和理论穴距下的各行排量一致性和总排量稳定性的变异系数均≤1.27%、种子破损率≤0.08%。播种均匀性试验结果表明:不同作业速度和理论穴距下的穴距合格率均≥86.81%,重播率、漏播率和合格穴距变异系数分别≤7.40%、7.28%和6.97%,各项参数均达到谷物播种的国标要求。该研究可用于丘陵山区分散小块地谷子精少量播种。      

油菜深施肥播种机动态倾斜工况排肥性能试验

针对油菜播种机同步深施肥作业中肥料条带集中,机具受地表坡度变化等因素作用发生倾斜时,各条带施肥量变化情况不明确的问题,以油菜深施肥播种机排肥系统为研究对象,构建不同倾斜工况下肥料颗粒的动力学模型,分析机具动态倾斜对肥料颗粒流动特性的影响,利用测试平台模拟播种机在1°~5°动态倾斜作业工况,开展外槽轮排肥器各行排量一致性和总排量稳定性影响试验,并建立倾斜状态对施肥均匀性影响的数学模型。试验结果表明,播种机处于水平状态理想工况时,排肥器各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数平均为8.75%和0.89%;当播种机沿作业方向前后动态单向倾斜或俯仰,随着角度增大,排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐减小,最低可达8.35%和0.41%,说明沿作业方向的前后俯仰摆动对外槽轮排肥性能具有增益效应;而播种机沿垂直作业方向左右动态单向倾斜或往复摆动角逐渐增大时,排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐增大,往复摆动最大倾角为5°时达到最大值11.41%和2.16%。研究结果为油菜机械化播种同步深施肥作业和播种机施肥性能优化提供了参考。     

气力播种供气柔性软管阻力的计算机模拟

气力播种机是利用气流排出种子并输送到种沟的播种机械。供风是气力播种机工作过程中的重要环节,而在播种机供风中又以柔性风筒供风应用最为广泛。因此,讨论柔性风筒供风参数的计算方法对于合理设计气力播种机和选配风机有着十分重要的意义。     

基于正交试验的窝眼式蔬菜播种机播种性能试验

为探索2 BS-4型电动蔬菜播种机最佳播种工艺,考核播种机对不同蔬菜品种的适应性,采用正交试验的方法,选取播种机槽轮孔数、槽轮传动比、油门开度(速度)为主要因素,采用L9(34)正交表设计了9种试验方案,研究了所选主要因素对播种均匀性评价指标的影响规律,得出较优方案组合.通过对播种机基本结构的分析及建立播种量数学模型,...     

小麦种子物理特性参数测定及在播种机

为获取小麦小区精密播种机排种器和自动供种装置的设计依据,研发初期选取济麦22种子作为测量对象,测定了种子的千粒质量、容重、三轴尺寸、休止角和静摩擦系数等物理特性参数。测量得知:济麦22种子千粒质量均值46.02 g;容重均值831.30 g/L;三轴尺寸的长、中、短轴均值分别为6.47、3.42和3.08 mm;休止角均值28.9°;小麦与不锈钢板之间的静摩擦系数最小,为0.427。上述参数的测定,为小麦小区精密播种机排种器和自动供种装置相关参数的确定提供了有力的数据支撑,在一定程度上提高了整机的工作性能。      

磁吸滚筒式排种器种箱振动供种仿真与试验

基于颗粒离散元法,以番茄磁粉包衣种子为对象,采用Hertz-Mindlin接触模型,建立了种子和排种器仿真分析模型,研究了种箱振动频率、振幅对种群运动规律及种箱供种性能的影响。仿真结果表明,在振动频率40 Hz、振幅0.50 mm和0.75 mm时,种群堆积高度稳定,可以达到稳定供种。为了验证仿真模型的可靠性,采用高速摄像拍摄了在种箱振动频率为40 Hz、振幅为0.75 mm条件下的供种情况,种子实际供种情况与仿真结果吻合。以种箱振动频率、振幅为试验因素,在磁吸滚筒式排种器上进行排种性能试验,得出种箱在振动频率40 Hz,振幅为0.50 mm和0.75 mm时,单粒率达92%,漏播率低于3%;在振动频率20 Hz和60 Hz时,不同振幅下的单粒率均小于80%。     

小麦播种机电控系统的设计与试验

针对小麦播种时发生地轮传动失效而造成漏播和播量不均等问题,设计了一种电控小麦播种系统。系统工作时能够结合设置的播种参数和检测的作业速度信号获得排种器的理论转速,并通过采集驱动器的脉冲输出频率计算出排种器的实时转速,将理论转速与实际转速形成的偏差e及偏差变化率ec作为输入变量,利用模糊PID自整定控制器进行电机转速的精准控制,使排种器到达目标转速,从而提高播种精度。室内试验结果表明:在中速及中高速状态下,小麦播种机电控系统的性能最为稳定,平均偏差在2.5%以内,控制精度为1.49%,并求得排种器在不同工作长度下排种量与转速的函数关系。田间试验结果表明:应用本电控系统进行田间小麦播种作业时,小麦播种机的总排种量变异系数为1.14%,各行排种量变异系数为2.89%,播种均匀性变异系数为5.64%,播深合格率为90%,电控播种系统能有效地提高小麦播种机的播种均匀性。     

温室大棚电驱气力式胡萝卜播种机设计与试验

目前能适应设施大棚种植条件的小型播种机多采用窝眼轮式排种器,播种精度低,播种质量无法实时监测。小型气力式播种机需要配置气力式排种器和风机,存在动力系统设计困难、排种稳定性差、整机结构复杂、笨重等设计难题。本文基于设计的气吸式排种器,设计了叉形分种器,实现窄行距精密播种作业;确定油电混合动力系统,排种器和风机采用电驱方式,排种稳定性得到了提高。设计了基于旋转编码器测速的电驱式胡萝卜播种机控制系统,该系统以PLC为主控制器,根据旋转编码器采集的前进速度信息实时调节排种器转速,实现排种转速与播种机前进速度实时匹配。基于对射式矩阵光纤传感器,开发了播种质量监测系统,解决了小粒径种子的监测问题。通过试验表明,续航时间为10h,计数相对误差小于等于4.6%,型孔堵塞时能发出警报提醒;播种株距合格率大于93.7%、漏播率小于等于3.9%、重播率小于2.4%,漏播率检测误差小于8.4%,试验结果符合国家相关标准要求及胡萝卜种植农艺要求。     

小区播种机的研究现状及发展方向

种子的质量是保证粮食丰产丰收的根本,小区播种机的性能又是新品种培育的保证。为此,就当前国内外小区播种机的发展现状及我国小区播种机现阶段遇到的问题进行了分析,并对小区播种机排种器等部件进行了重点介绍,最后对我国小区播种机的发展方向进行了展望。