稻麦油兼用高速气送集排器螺旋斜置式搅种装置研制

针对稻麦油兼用气送式集排器高速作业时搅种装置易伤种、影响排种稳定性等问题,该研究设计了一种螺旋斜置式柔性搅种装置。基于Hertz接触理论分析确定了搅种装置影响种子破损的主要因素为搅种棒材质、顶端结构及搅种转速。通过EDEM仿真试验对比分析了梯形和圆弧形搅种棒与种群接触力随时间的变化趋势,明确了搅种棒安装方式对供种性能的影响,结果表明,圆弧形搅种棒与种群接触的切向力和法向力均小于梯形搅种棒,搅种棒倾斜角度为45°时供种稳定性较优。开展台架单因素试验确定了性能较优的搅种转速比范围,结果表明,水稻和小麦种子在搅种转速比范围1.0~2.0内性能较优,油菜种子在搅种转速比范围0.5~1.5内性能较优。开展三因素三水平二次旋转正交组合试验,构建了稻麦油种子破损率、供种速率及其稳定性变异系数的回归模型,明确了作业速度在10~14 km/h范围内搅种转速的较优匹配关系并进行田间验证试验。田间验证试验结果表明,当作业速度为12 km/h,在较优参数组合下,稻麦油总排量稳定性变异系数分别为1.92%、1.27%和1.14%,1 m^(2)内成苗总株数变异系数分别为15.47%、12.98%和17.93%,符合稻麦油兼用高速作业标准要求。研究结果可为稻麦油兼用型排种器实现高速低损播种作业的参数设置提供依据。

淡水鱼圈养模式气送式投饲系统设计与试验

由于传统淡水鱼池塘养殖存在废物过量堆积、水体污染严重等问题,以及中国对水产品需求的增加,工厂化循环水养殖、集装箱、圈养模式等高质量、高产量、集约化的新型淡水鱼养殖模式逐渐得到应用。针对新型淡水鱼养殖模式存在投饲劳动强度大、自动化程度低等问题,设计了一款气送式自动投饲系统,实现了定向、定时和定量投饲功能。设计了特定的四通装置和三通装置以保证饲料的定向输送;基于计算流体力学和离散单元法(Computational fluid dynamics-Discrete element method,CFD-DEM)耦合技术,初步确定了满足投饲要求的投饲速度并由此确定了风机型号;开发了以Arduino Mega 2560单片机为核心处理器的投饲控制系统,通过时钟模块实时获取当前时间信息,通过称量传感器实时获取料仓内物料质量信息,通过蓝牙传输预计投饲区域、投饲时间和投饲质量,从而实现定向定时定量投饲;最后试制样机并进行了性能试验,两种工况下投饲的实际投饲距离与仿真结果误差分别为5.74%和9.54%,定向、定时和定量投饲可以准确实现,控制系统响应时间小于1 s,定量投饲最大误差为5.37%。研究结果表明,自动投饲系统结构可靠、控制系统精度较高,满足自动投饲要求。

油麦兼用气送式集排器立槽式供种装置设计与试验

针对现有油麦兼用气送式集排器供种装置兼用供种结构复杂、大播量工况下供种量不足等问题,设计了一种立槽式高通量油麦兼用供种装置。阐述了立槽式供种装置工作原理,确定了变容积供种机构主要结构参数,分析了供种转速和立式槽轮叶片伸出量等工作参数对供种装置油菜、小麦供种性能的影响规律,明确了油菜、小麦供种性能较优时的工作参数范围。EDEM仿真试验结果表明,立槽式供种装置具有良好的破拱充种性能及供种过程种子运动轨迹一致性,当小麦供种转速不小于20 r/min、叶片伸出量不小于9 mm时,可有效避免脉动供种问题对其供种性能的影响,实现油麦兼用稳定供种。台架试验结果表明,排种油菜时,供种转速为10~30 r/min,供种装置供种速率可达66.20~210.41 g/min,供种速率稳定性变异系数小于2.3%,种子破损率小于0.65%;排种小麦时,供种转速为20~50 r/min,叶片伸出量为9~21 mm,供种装置供种速率可达1184.20~6080.44 g/min,供种速率稳定性变异系数小于1.9%,种子破损率小于0.4%。田间试验结果表明,当油菜、小麦播种量分别为6.5、180 kg/hm^(2)时,搭载立槽式供种装置播种机总播量误差分别为1.68%和4.16%,出苗后测量得油菜、小麦平均株距分别为56.96、23.34 mm,各行株数一致性变异系数分别为16.92%、18.02%,满足油麦兼用播种作业标准要求。

油麦兼用气送式直播机集排器的相关参数试验分析

为了提高农作物的种植效率和产量,进行了油麦兼用气送式直播机集排器性能参数的优化研究。分析了油麦兼用气送式直播机的结构和工作原理,并对其集排器导种过程进行了力学分析。试验结果表明,导种管直径、长度组合、气流压强以及供种速率等因素对排种性能具有显著影响。通过对试验结果的分析,提出了优化集排器性能参数的建议,以提高油麦种植的均匀性和产量。研究成果可为油麦兼用气送式直播机的设计和改进提供理论依据和实践指导。

齿勺气送式芝麻精量集排器设计与试验

针对芝麻种子球形度低、流动性差导致排种过程充种稳定性差,难以实现精量播种的实际问题,基于芝麻的机械物理特性和播种农艺要求,设计了一种采用倾斜齿勺式型孔充种、气送辅助导种的芝麻精量集排器,确定了其主要结构参数,构建了充种、携种和投种环节中芝麻种子颗粒群的力学模型。应用EDEM开展了排种器排种性能仿真试验,采用三因素三水平正交试验与Box-Behnken响应面分析了型孔高度、型孔右壁倾角和齿勺倾角对排种性能的影响,结果表明,型孔高度为1.92 mm、型孔右壁倾角为8.4°、齿勺倾角为28.6°时,各行排量一致性变异系数和平均排种量分别为1.69%、3.7 g/min。以排种轴转速、种层充填高度为试验因素,以各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数为试验指标,进行排种性能二因素三水平试验,试验结果表明:排种轴转速15 r/min、种层充填高度10 mm时,各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数分别为1.62%、0.40%,排种性能较优。田间试验表明,机组作业速度为2.9 km/h时,芝麻平均种植密度为36株/m~2,播种均匀性变异系数低于4%,满足芝麻田间播种要求。

稻麦油兼用高速气送式集排器型孔轮设计与试验

针对水稻、小麦、油菜种子播量要求和外形尺寸差异大且稻麦种子流动性不足,导致气送式集排器兼用性不足、高速供种稳定性不佳的问题,该研究设计了一种稻麦油兼用型孔轮。阐述了高速供种工作原理,开展了供种环节充种、携种、投种阶段力学分析,基于最速降线原理设计了型孔壁面曲线,运用EDEM仿真对比分析了不同转速条件下种群运动状态。通过台架试验明确供种速率和供种稳定性较优的转速范围,并构建了稻麦油供种速率回归模型。台架试验结果表明:对于水稻和小麦种子,型孔轮个数16、供种转速30~50 r/min和50~70 r/min时,供种速率稳定性变异系数小于1%,水稻、小麦的供种速率分别为1050.62~1535.87 g/min和4171.82~5073.76 g/min;对于油菜种子,型孔轮个数为1,供种转速为20~30 r/min时,供种速率稳定性变异系数小于0.5%,供种速率为160.42~227.45 g/min;稻麦油供种速率回归模型预测值与试验值相对误差小于2%。水稻旱直播、小麦、油菜田间播种试验表明,作业速度在8~10 km/h时,集排器总排量稳定性变异系数分别为1.32%、1.16%和1.07%,满足稻麦油兼用播种作业标准要求。研究结果可为高速兼用气送式集排器结构改进提供参考。

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250~1500 g/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500~1500 g/min范围内围绕供种需求进行100 g/min左右幅度的波动供种,满足玉米精量播种的技术要求。

播种机气送式集排器增压管内种子流运移特性研究

播种机气送式集排器增压管是种子颗粒输送过程中的重要组成部分,其结构直接影响到播种机的作业性能。本文运用理论分析与EDEM-Fluent耦合相结合的方法来研究增压管内种子流运移特性。经过理论分析后,得出影响种子颗粒的因素主要有增压管结构、输送气流和装置材料等。由于装置材料和输送气流均是外部因素,本文主要以油菜种子为例,研究增压管结构对种子颗粒运动状态的影响。耦合分析得出:常用增压管中V型波纹式的增压管对种子流有较好的扰动分散等作用;在气流速度为16 m/s时,增压管直径为30 mm、长度为100 mm、宽度为10 mm、深度为2 mm时出口种子流质量较为均匀,其变异系数为17.32%。开展台架试验验证了耦合参数和模型选择的正确性。

气送光纤系统用的新型光纤单元

描述了英国和日本最近为接入网中的气送光纤系统开发的高密度大芯数的光纤单元和采用光纤带作子单元的光纤单元。介绍了这些光纤单元的设计要点与性能试验结果。

油麦兼用型气送式集排器供种装置设计与试验

为提高气送式集排器的兼用性和精量控制供种量,设计了一种油麦兼用型倾斜锥孔轮式供种装置。该文阐述了油麦兼用型供种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,构建了充种和供种过程种群微段的力学模型;台架试验研究了型孔结构、转速和锥孔轮数量对供种速率及其稳定性变异系数和破损率的影响。结果表明：倾角为20°的锥柱状型孔的供种性能较优,油菜、小麦的供种速率稳定性变异系数分别低于1.0%和1.1%,破损率均低于0.1%;转速为10~60 r/min时,供种速率随转速增加而增加,其稳定性变异系数呈先降后升的趋势,供种油菜、小麦较优转速范围分别为10~40 r/min和20~50 r/min;油菜、小麦的供种速率范围分别为28~450 g/min和95~770 g/min,以锥孔轮数量和转速为自变量建立了二次多元回归供种速率预测模型,模型验证的试验值与理论值的偏差在5%以内。该研究提出的倾斜锥柱状型孔交错排布和组合式锥孔轮的结构可实现油菜、小麦兼用供种及变量调节供种速率,为油麦兼用型气送式集排器适应不同作业幅宽播种提供了依据。

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%。

气送式水稻施肥机输肥装置气固两相流仿真分析

通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对气送式水稻施肥机的气体肥料混合腔进行气固耦合数值研究。在数值模型中,使用EDEM软件模拟肥料颗粒,ANSYS Fluent软件描述气体相。通过研究混合腔喉部面积、喉部长度、气体入口压力和肥料排出速率的影响,分析气体和肥料的运动规律。模拟结果表明,2型喉管的气体肥料混合腔断面性能良好,喉部压力损失较小,气流速度最快。喉部面积和气流入口压力主要影响气流出口速度和混合腔轴向方向的肥料颗粒速度,肥料颗粒的移动受混合腔喉部长度和肥料进料速率的影响较小。喉部截面积的增加导致气流速度和压力损失在一定范围内下降。随着气流入口压力的增加,肥料所受合力和肥料颗粒速度均增加,适宜的气流入口压力为450~550 Pa。结果表明,CFD-EDM耦合方法作为理解气流场中肥料颗粒运动规律的分析工具是可靠的,基于CFD-EDM耦合方法的肥料颗粒运动的数值模拟可为水稻侧深施肥装置的开发提供理论依据。该研究得到的优化后气体肥料混合腔结构参数及气动参数,对现有气送式水稻施肥机输肥装置的优化改进具有指导意义。

油麦兼用型气送式集排器增压管气固两相流仿真与参数优化

为明确增压管结构对油麦兼用型气送式集排器分配均匀性的影响,该文运用DEM-CFD气固耦合方法仿真分析了波纹间距、凹窝深度和增压管长度对种子运动特性、分配均匀性和增压管气流场的影响,台架试验研究了增压管长度和气流压强对分配均匀性的影响。结果表明:增设增压管明显提高种子分布均匀度系数,降低种子速度和分配均匀性变异系数。速度流场分析表明增压管波峰与波谷的气流速度和压强交替变化,增压管中种子速度与受力呈现"正弦形"变化趋势。凹窝深度、波纹间距和增压管长度分别为4.2、15和180 mm时,种子分布均匀度系数和分配均匀性变异系数分别为91.17%和4.91%。台架试验表明,在优化结构参数组合下,排种油菜和小麦的气流压强分别为1 200和1 600 Pa时,分配均匀性变异系数分别达2.84%和2.89%。该研究为分析增压管中种子运动特性和优化其结构参数提供了参考。

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间的力学关系。利用智能种植机械测试平台进行了供种装置性能优化试验,以清种毛刷厚度、调节弹簧有效圈数、调节板厚度、主圆弧偏转角为试验因素,采用二次旋转正交组合试验分析各因素对坡度地表供种量稳定性的影响。采用主要目标法确定最佳参数组合为:清种毛刷厚度为13 mm、调节弹簧有效圈数为82.5、调节板厚度为7.8 mm、主圆弧偏转角为7.7°,固定倾斜-5°~5°相对无倾斜下的供种速率变化率不超过4.29%、供种速率稳定性变异系数不超过0.52%,供种稳定性较优。最优参数组合下的台架验证试验表明,供种速率在摆动-5°~5°相对无倾斜状态的变化率不超过1.6%,供种速率稳定性变异系数不超过0.86%,满足油菜坡地播种供种量稳定性要求。

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。

油麦兼用型气送式集排器分配装置设计与试验

针对宽幅、高速播种作业中缺少与播种机相匹配、油菜及小麦兼用、稳定排种的气送式集排器分配装置的生产实际问题,设计了一种可实现24行排种的穹顶状分配装置。阐述了穹顶状分配装置的工作原理,确定了分配装置穹顶状曲面方程及关键参数间的关系,分析了输送气流及分配装置结构对种子速度的影响。通过二次旋转正交组合试验,应用DEM-CFD气固耦合仿真,分析了穹顶状上弧板所处球体半径、导流隔板长度、导种口高度对分配装置各行排量一致性的影响,结果表明:当穹顶状上弧板所处球体半径为245 mm、导流隔板长度为20 mm、导种口高度为20.5 mm时,油菜及小麦种子各行排量一致性较优;在较优参数组合下,穹顶状分配装置内可有效实现种子与输送气流的二次混合,油菜、小麦种子各行排量一致性变异系数分别为4.96%、3.82%。利用智能种植机械测试平台进行了较优参数组合下穹顶状分配装置排种性能验证试验,结果表明:气送式集排器供种装置转速为20~50 r/min时,油菜各行排量一致性变异系数低于5%、单行排量稳定性变异系数低于5.3%,小麦各行排量一致性变异系数低于3.9%、单行排量稳定性变异系数低于4.9%,破损率均不高于0.05%,满足油菜及小麦排种性能要求。

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DEMCFD耦合仿真对比分析了3种输种管与2种文丘里混种室组合的6种结构混种部件对种子迁移轨迹、输送气流压力分布及输种性能的影响,结果表明:加速混合段的文丘里混种室与弯管接头的输种管组合的混种部件输种性能较优,输种管垂直管段内油菜和小麦各区域种量一致性变异系数分别为9.63%和13.43%。利用智能种植机械测试平台开展较优组合的混种部件对排种性能影响试验,结果表明:油菜种子倒流率低于3.2%,无种子逆流,小麦种子无倒流和逆流;油菜和小麦各行排量一致性变异系数分别低于5%和3.9%,总排量稳定性变异系数分别低于1.15%和1.35%,满足油菜和小麦排种性能要求,可为气送式集排器混种部件的结构改进提供参考。

气送式排肥系统分配装置结构型式对排肥性能的影响

针对油麦兼用型气送式播种机宽幅、高速播种同步施肥时,气送式排肥系统采用不同结构型式分配装置排肥过程中各行排肥量一致性和破损率具有明显差异的生产实际,该研究以平顶式、平顶倒锥式、穹顶式、穹顶倒锥式分配装置为研究对象,确定了分配装置的主要结构参数,基于Hertz理论构建了颗粒肥料与分配装置主体间的弹性碰撞模型。应用DEM-CFD气固耦合分析了4种型式分配装置对肥料颗粒运动特性及排肥性能的影响,结果表明:每秒生成肥料颗粒量相同时,穹顶式、平顶式、平顶倒锥式、穹顶倒锥式分配装置内肥料颗粒的各时刻最大速度、最大碰撞法向力、各行排肥量一致性变异系数均逐渐增加,穹顶式分配装置内肥料颗粒最大碰撞法向力大于30 N的比例最小,为1.56%。利用智能种植机械测试平台开展气送式排肥器排肥性能验证试验,结果表明:台架试验中不同型式分配装置内肥料颗粒破损率变化规律与仿真试验中肥料颗粒最大速度、最大碰撞法向力变化规律一致;穹顶式分配装置内肥料颗粒各行排肥量一致性变异系数为6.35%~7.52%、破损率为2.97%~3.26%,其排肥性能总体优于平顶式、平顶倒锥式、穹顶倒锥式分配装置,满足排肥性能要求,为分配装置结构改进提供参考。

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%,总排量稳定性变异系数不高于2.15%,排种时破损率不高于0.23%,满足小麦种子稳定供种要求。

气送式播种机输种管长度影响管内气流分布的机理分析

为探索气送式排种系统输种管长度对排种性能的影响机理,在分析不同长度输种管管内气流平均流速变化规律的基础上,进行流体动力学(CFD)仿真,得到不同长度输种管管内气流速度流场分布图及排种量分布图。采用二次回归通用旋转组合设计试验,以播种量和风机频率为影响因素,以输种管管内气流平均流速、各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数为试验指标,进行了台架试验。试验结果表明:输种管长度增加,输种管管内气流平均流速降低,种子运动速度减慢,排种量减少,且当输种管长度小于2.50 m时,变化显著;当输种管长度在2.50~6.25 m时,气流平均流速降低速率减小,种子运动速度减慢变缓,排种量变化平缓,各行排量一致性变异系数为2.82%~3.88%,总排量稳定性变异系数为0.39%~1.28%,满足相关标准要求。因此设计时建议输种管长度选择在2.50~6.25 m之间。