交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75°时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120、150和180 kg/hm~2时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。

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5 mm,深度4.3 mm,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。

玉米免耕播种机振动特性及对排种器排种性能的影响

为研究玉米免耕播种机振动特性以及振动对排种器漏播指数和重播指数的影响,搭建一套由振动加速度传感器、电荷放大器、USB采集卡组成的播种作业振动测试系统,在玉米免耕播种机免耕地表作业时进行振动测试采集播种作业的振动信号。因田间工作环境复杂,使用经典滤波法中的IIR滤波器滤除所采集振动信号中其他高频干扰信号,对田间采集振动信号进行时域分析,均方值作为时域分析指标值。结果表明:振动加速度均方根随着作业速度和旋耕机转速的增加呈线性增加,旋耕机转速和作业速度是引起玉米免耕播种机振动的主要因素,影响顺序为:旋耕机转速>作业速度。使用二次积分法对田间采集信号进行分析,得出播种机作业时最大振动位移为16.004mm,对振动信号进行频域分析,使用直接法求出功率谱密度。结果表明:玉米免耕播种机振动频率主要在0~100Hz之间,频率分布与旋耕机转速影响较大。根据田间振动信号所得工作参数搭建振动试验台,以播种机振动频率、振动幅值、作业速度为试验因素,合格指数、漏播指数为评价指标进行3因素3水平响应面试验。结果表明:作业速度、振动幅值和振动频率对合格指数和漏播指数影响较为显著。各因素对合格指数影响顺序为:振动幅值、作业速度、振动频率;各因素对漏播指数影响顺序为:振动幅值、振动频率、作业速度。研究结果可为降低玉米免耕播种机振动和优化指夹式排种器提供理论参考。

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5~10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,能够满足大豆-玉米高速精量密植播种要求。

水平圆盘式大豆单粒精密排种器的设计与试验

为了实现大豆单粒精密播种,设计了一种水平圆盘大豆单粒精密排种器,并对其工作原理进行了分析。依据大豆种子的物理参数,对排种盘的型孔尺寸、直径等参数进行了计算分析,确定型孔尺寸的长、宽和高分别为9、5、9mm。为了得到排种器的最佳性能,以排种器转速、大豆品种为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,利用EDEM软件进行仿真试验,结果表明:当排种器最佳转速为40r/min时,排种合格率均大于96.4%,重播率小于2%,漏播率小于1.7%。在最佳参数下,进行台架试验验证,结果表明:当排种器转速为40r/min时,3个品种的大豆种子的排种合格率均大于96.5%,重播率小于2%,漏播率小于1.7%,能够满足大豆单粒精密播种的要求。

正负压气吸式精量排种器设计与试验

为了更好地适配非圆小籽粒种子的播种,解决机械式排种器易伤种,对种子尺寸适应性差的问题,设计了1种正负压气吸式精量排种器。根据农艺要求对排种器整体进行了设计;同时以小麦为研究对象,通过单因素试验,分析了吸种负压、排种器转速以及投种高度3个因素对排种器性能的影响;通过响应面试验,得到了较优的参数组合:吸种负压为-3.5 kPa,排种器转速为19 r/min,投种高度为180 mm;对最优参数下精量排种器进行台架试验,结果表明,合格率为80.62%,重播率为9.22%,漏播率为10.16%。符合JB/T—10293—2013《单粒(精密)播种机技术条件》的要求。

甘蔗健康种苗双芽段槽带式种植机排种性能优化研究

甘蔗健康种苗种植技术是提高单产水平和品质、降低生产成本的有效措施之一,而目前国内甘蔗种植装备不成熟,直接限制了这一技术的推广和应用。为此,以有序排列的甘蔗健康种苗双芽段蔗种为研究对象,对团队研发的2CZD-2A型半自动双芽甘蔗种植机排种性能进行优化,设计了高频电磁振动自动喂入器与仿形排种同步驱动器。利用Solid Edge ST5三维软件建模进行仿真分析,建立试验台进行多因素正交组合试验,采集数据并利用SPSS进行处理建立回归方程,运用Design Expert绘制响应曲面,分析因素之间交互作用,利用MatLab进行参数优化,最终进行田间试验验证。研究结果表明:同步驱动机构增加了排种均匀度,当带轮转速为10r/s、振动幅度为18.5mm、行进速度为0.65m/s时,排种均匀度达到94.18%,与优化结果偏差小于5%,满足设计要求;高频振动与动力源振动无干涉,验证了振动器梳理方案的可行性,可为全自动种植机的研发提供参考。

多重扰动清种式大蒜单粒取种排种器设计与试验

针对勺链式大蒜播种机取种过程中常出现的漏种、重种问题,设计了一种多重扰动清种式大蒜单粒取种排种器。取种勺在充种阶段获取多粒蒜种,经多重扰动清种,最终取种勺内仅余1粒蒜种。本文以金乡蒜种为研究对象,阐述了排种器的工作原理,确定了排种器的各项参数和多重扰动装置的最佳安装位置。通过DEM-MBD耦合仿真试验,分析了倾斜角、取种勺线速度对充种成功率的影响,以及凹槽形状对单粒取种率的影响。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以第2弧形突出部分坡度、倾斜角、取种勺线速度为试验因素,以单粒取种率和漏种率作为评价指标,开展了三因素三水平正交试验。利用Design-Expert 8.0.6数据分析软件,分析了各因素对单粒取种率与漏种率的影响,对试验因素进行优化,确定了多重扰动装置最佳结构参数。设计试验台对仿真结果进行验证,倾斜角、取种勺线速度分别为15°、0.07 m/s的条件下,通过调节多重扰动装置与取种勺凹槽顶端距离适配不同级别蒜种,当Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级蒜种距离分别为0、6.1、12.1 mm时,单粒取种成功率分别为92.2%、97.2%、95.6%,具有良好的取种性能。

正负气压组合滚轮式油菜精密排种器设计与试验

针对油菜种子粒径小、质量轻,单粒排种难度较大的问题,设计了一种正负气压组合滚轮式精密排种器。阐明了排种器工作原理,开展排种器吸种、携种和卸种环节受力分析和排种滚轮对种群拖带过程解析;提出了通过控制充种区种层高度和种群压力的防拖带堆积机理,设计了一种侧向充种、拖带种子自由回落的充种室结构,利用离散元仿真研究了充种种层高度和充种室结构对排种器充种区内充种性能的影响及对种群拖带堆积的解决情况;仿真结果表明,排种器内种子随着充种种层高度的增大,种群平均动能均值逐渐增大,对种群平均扰动能力逐渐增强;在充种种层高度50 mm条件下,设计的防拖带堆积充种室降低了充种区域底部种群所受的压力,未出现种群拖带堆积现象,且保持了对充种区域种群的扰动作用。在JPS-12型排种器检测试验台上进行了排种器性能试验,结果表明,当排种转速为15~30 r/min、吸种负压为1.0~1.2 kPa时,排种器合格指数均保持在90%以上;设计装配正负气压组合滚轮式精密排种器的播种机开展播种试验,田间实测出苗后株距稳定性变异系数为4.4%,各行苗数一致性变异系数为8.14%;研究结果表明设计的排种器满足精密播种要求。

气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics,Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。

4种机械式油莎豆排种器的对比试验与分析

针对油莎豆种皮凹凸不平导致摩擦力较大、充种效果较差,在充种过程中极易堵种等问题,基于油莎豆种子物理特性,对目前我国广泛应用的机械式排种器(内充种式、指夹式、勺轮式和窝眼轮式)对油莎豆的试播进行台架试验与分析。以合格指数、漏播指数、破碎指数为评价指标,进行了单因素试验,对油莎豆的充种、携种及排种等状态重点观测分析,探究油莎豆漏播、重播及碎种等情况发生的原因。研究结果表明:随前进速度的提高,内充式排种器在充种区极易造成卡种现象;指夹式排种器在充种过程中漏播的问题较为突出;勺轮式排种器种子破碎的问题较为严重,从而对后续播种的合格率构成较大影响;窝眼轮式排种器在实际试验中种子脱离排种口时速度较大,在传送带上造成碰撞,导致油莎豆的均匀性变异系数较大。

双轨道弹射式水稻精量直播排种器设计与试验

针对现有排种器存在投种不顺及大播量成穴性较差等问题,本文设计了一种双轨道弹射式水稻精量直播排种器。基于理论分析设计了关键部件,利用DEM-MBD耦合仿真技术得到了弹簧力参数及因素取值范围,明确了转速超过35 r/min后排种器的性能显著下降。以合格率、漏播率及重播率为性能评价指标开展台架正交试验,研究转速、调节深度及稻种球度对排种器工作性能的影响,建立排种性能评价指标的回归预测模型。试验结果表明:排种轮转速为23.06 r/min、型孔深度为8.99 mm、稻种球度为52.7%时,排种器合格率为88.58%、漏播率为4.43%、重播率为6.99%,排种器工作性能最佳。为验证排种器工作性能及优化后参数的准确性,开展了田间试验,试验结果与优化后结果保持一致,回归方程预测结果误差小于2%,验证了试验可行性及参数准确性,在最优参数下排种器穴径合格率为100%、平均穴径为3.62 cm、穴径变异系数为18.45%、平均穴距为22.98 cm、穴距变异系数为8.43%、平均穴粒数为11.08、穴粒数变异系数为17.56%。所设计的排种器具有较好的播种性能、较高的穴径合格率及较低的变异系数,表明该排种器具有良好的成穴性能。

气力辅助充种式花生精量排种器设计与试验

针对花生播种向精准、高速方向发展过程中高速作业状态下花生种子充种效果差的问题,设计了一种气力辅助充种式花生精量排种器,重点设计了排种器排种盘结构和气力辅助充种结构。针对颗粒尺寸大、质量大的花生种子,通过对花生种子在排种器中堆积现象与充种时间进行分析,得出花生高速排种充种过程需增强充种性能,从而提高充种效率。通过对花生种子进行充种原理分析,阐明花生种子充种过程中种子与排种器的运动关系与受力关系,分析充种过程影响因素。通过设计带有导种槽的排种盘和带有辅助吹种型孔的辅助充种结构,分析计算排种盘吸种孔、导种槽的关键结构参数以及辅助吹种型孔参数与排列方式。以充种合格率和充种漏充率为指标,进行三因素三水平组合试验,对试验结果进行多元回归分析,以最优目标进行优化,确定排种盘最佳参数组合为排种器吸种负压5.156 kPa、花生高速播种机前进速度8.007 km/h、扰动吹种正压1.149 kPa,此时,花生充种合格率为95.84%、漏充率为4.06%,能够实现花生种子有效充种。

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。

电驱排种施肥免耕播种机保护性耕作效果试验

针对保护性耕作技术要求,应用自主设计的气吸式电驱动排种施肥免耕播种机进行了保护性耕作效果试验研究。对控制系统进行调试,计算电驱动排种控制系统播种间距调节误差,检测免耕播种机作业效果,监测试验地块出苗率与产量。研究结果表明:在高留茬秸秆全量覆盖还田免耕播种模式下使用自主设计的免耕播种机进行作业,播种间距、播种深度和种肥间距合格率均能达到农艺要求,试验地块产量较相邻传统耕作模式地块产量高4.3%。研究结果可为免耕播种机设计和保护性耕作技术推广提供参考。

基于EDEM的高速穴播器排种性能仿真分析与试验

为探究穴播器转速和种子初速度对穴播器排种性能的影响,对分置式排种系统及穴播器工作原理进行阐述。利用EDEM建立棉种及穴播器的仿真模型,模拟棉种具有不同的初速度及穴播器在不同转速下排种情况,根据运动轨迹曲线、受力变化曲线、速度变化曲线综合分析产生漏播、重播现象的原因。使用Design-Expert进行两因素五水平二次旋转正交组合试验设计,建立评价指标的回归方程,并通过响应曲面分析排种性能。合格率随穴播器转速的增大而先增加后降低,随种子初速度的增大而降低。优化后的仿真参数组合为穴播器转速39 r/min和种子初速度2.4 m/s,最佳优化结果为漏播率3.2%,合格率95.1%,重播率1.7%。台架验证性试验结果表明仿真试验可信,穴播器排种性能满足高速精量播种要求,为新疆地区棉花机械化高速精量穴播技术及发展提供参考。

玉米大豆兼用腔盘组合孔式排种盘设计与充种性能试验

针对玉米大豆带状复合种植条件下传统机械式排种器不易实现二者兼用精量排种要求、现有气力式排种器排种速度提高因型孔漏充存在漏播断条等问题,设计了一种具有腔盘组合孔结构的排种盘,分析确定了排种盘关键结构参数,构建了吸附过程和吸运过程力学模型。应用EDEM离散元仿真与台架试验相结合的方法进行了排种盘型式优选试验,结果得出:腔盘组合孔式排种盘具有提高充种室种群定向运移平均速度和增大拖拽充种角的作用,有效抑制了型孔漏充率。以安装优选种盘的玉豆兼用排种器为对象,以机组前进速度和工作负压为试验因素,以漏充率和充种合格率为试验指标,采用二因素全因子试验设计开展了充种性能试验,结果表明:当机组前进速度为4.0~7.0 km/h、工作负压在3.0~4.0 kPa时,玉米和大豆种子漏充率均小于3.6%、充种合格率均不小于96%。田间验证试验表明,在机组前进速度为4.0~7.0 km/h、工作负压为3.0~4.0 kPa条件下,腔盘组合孔式排种盘的排种器播种玉米和大豆漏充率分别不大于3.8%、4.2%;当工作负压为3.0 kPa、机组前进速度为7.0 km/h时,自扰动腔盘组合孔式排种盘相比无扰动平面排种盘,播种玉米和大豆漏充率分别下降14.8、12.6个百分点。

双摆盘式大豆小区排种器的仿真优化

针对大豆小区排种器对不同品种大豆种子适应性差、清种困难的问题,研究设计了一种双摆盘式大豆小区育种排种器,其通过可拆型孔块及清种板提高品种适应性及清种率。对排种过程进行仿真模拟,并以型孔孔径和摆动频率为试验因素,以单粒率、多粒率和空粒率为试验指标设计二次通用旋转组合试验进行优化。得出优化指标为:型孔孔径为9~10 mm,摆动频率为0.5~1.2 Hz时,单粒率>60%,多粒率<30%,空粒率<15%。并以型孔孔径10 mm,摆动频率1.0 Hz为参数进行台架试验及田间试验,得到排种器的台架及田间试验的合格指数、重播指数和漏播指数分别为75.5%、16.9%、7.6%及71.4%、18.8%、9.8%,与优化结果基本一致。试验结果表明,排种器可满足小区育种播种的农艺要求,并为大豆小区精量播种机的设计提供一定的理论及参考依据。

白萝卜气吸式精量排种器结构设计与分析

为满足白萝卜机械种植要求,解决我国西南地区缺乏相关种植机械问题,设计了一种气吸式精量排种器。通过计算与理论分析,设计了排种器关键结构参数;对充种、携种和投种阶段种子受力进行分析,确定了影响播种性能的主要因素。利用Fluent软件仿真模拟不同型孔尺寸参数对负气压室气流影响,确定了最佳型孔直径参数,其型孔直径范围为2.079~2.178 mm。通过参数优化得到最佳参数组合为:排种盘直径200 mm、型孔分布直径160 mm、型孔个数16个、型孔直径2.2 mm。排种性能台架试验结果表明,在工作转速为30.54 r·min^(-1),负气压室气压为6.58 kPa,排种器单粒合格指数95.61%,漏播指数为0.64%,重播指数为2.04%。该研究结果有助于提高播种器性能,为白萝卜精量播种机器设计与制造提供可靠参考。

气力式高速精量排种器研究现状及展望

高速作业是当前精量播种技术的发展趋势,气力式精量排种器是实现高速作业的关键技术载体。分析限制气力式排种器作业速度提升的主要因素,提出高速充种技术、稳定清种技术、投种过程种子平稳运动控制技术、排种器平稳驱动技术四项关键技术。综述气力式精量排种器主要类别及特点,梳理国内外气力式排种器研发应用现状,针对提出的四项关键技术分析国内外研究现状,得出稳定充种、有效清种、平稳投种、排种器平稳驱动是有效提升高速作业播种合格率、降低变异系数、保证粒距均匀性的主要技术措施。结合我国的情况分析高速精量播种存在作业速度及效率低、电驱技术及质量监控技术不完善等问题,提出气力式高速精量排种器需要加大自主创新,未来向着高精度、高效率、智能化方向发展。