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。

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。

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。

精量排种器的研究现状与发展趋势

随着现代农业的快速发展,精密播种已成为农业机械化发展的重要趋势,排种器作为播种机的核心部件,其工作性能直接决定着整个播种过程的效率和精度,对精密播种的质量和效率有着至关重要的影响。本文梳理了国内外气力式精量排种器的研究现状,分析了我国气力式精量排种器存在的问题,包括结构不合理、性能指标不足、适应性不足等。针对这些问题,提出了优化排种器结构设计和工艺参数、完善排种器设计的辅助研究等解决思路及对策,以适应不同的农艺条件,以期为今后我国精量排种器的设计和研究提供参考和指导。

针吸式蔬菜穴盘育苗精量排种装置的设计与试验

根据穴盘育苗农艺要求并结合茄科类蔬菜种子物理特性,设计了一种针吸式蔬菜穴盘育苗精量排种装置。对排种装置的结构及工作原理进行了描述,分析确定了吸针和种盘的结构参数。对吸孔直径、真空负压值及振动频率3个因素进行了试验研究,分析得出最优参数组合。开展了排种装置性能试验,结果表明:排种装置的播种合格率(单粒率)可达到96.31%,漏播率和重播率分别为1.20%和2.49%,能够较好地满足播种需要。

基于TRIZ-AD的集成式油菜气力精量排种装置设计

针对现有气力式播种机排种装置的传动和供气系统复杂、机械结构无法适配智能变量作业、气力供给风压消耗大且稳定性差等问题,该研究应用发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)与公理化设计(axiomatic design theory,AD)方法,开展油菜气力精量排种装置设计。首先使用TRIZ技术成熟度预测和进化定律分析,阐明了排种技术发展阶段和进化路径及潜力;其次建立基于TRIZ和AD集成的设计过程模型,求解时在功能域到结构域映射过程中引入TRIZ工具,采用“冲突解决原理”解决现有排种装置中涉及的传动系统、供气系统矛盾冲突,分析对改善结构参数有用的发明原理和对应的方案,最终确定电机直接驱动排种盘和风机内置气室的解决方案,构造并求解其原始设计矩阵,并通过独立公理和信息公理判断该解决方案的合理性及最优化。最后进行电机风机集成式油菜气力精量排种装置设计,确定电机风机同侧排布技术方案,集成电机驱动简化传动,集成风机取消输气管道降低风压损失。台架试验结果表明,设计的集成式排种器排种性能满足油菜单粒排种要求,吸种负压绝对值取1.0~2.0 kPa、作业速度小于7 km/h时,排种合格指数均大于90%,且合格指数达到90%需要的风压低于现有排种装置风机和输气管道布局所需风压。本研究可为气力式排种器设计提供思路和参考。

振动对气力式油菜精量排种器性能影响

针对机械振动改变种子受力和运移状态,继而导致精量排种器性能降低的问题,基于振动排种器性能检测试验台,开展无振动、不同振频、不同振幅对油菜精量排种器排种性能影响规律试验。结果显示:无振动条件下,吸种负压达到临界点前(合格指数≥90%所对应负压值)排种性能指标变化规律与转速大小规律相关,转速越大,合格指数和漏播指数指标值整体偏低,呈降低趋势;10、20 Hz振频时,振动导致排种器垂直方向位移增大,投种无序性加大,合格指数始终<80%,明显低于无振动和30 Hz振频,30 Hz振频时临界负压绝对值较无振动时略低,负压绝对值高于临界负压绝对值时的合格指数>90%;40 Hz振频、振幅≥8 m/s2时充种室及吸种区种群呈现“沸腾”状态,低吸种负压绝对值即可实现高合格指数,并可降低高负压绝对值时型孔重吸率。不同频率振幅工况组合下,吸种临界负压绝对值差异显著,达临界值前吸种负压对应的排种合格指数存在明显差异,达临界值后机械振动影响降低。

摆动夹取式玉米精量排种器设计与试验

针对玉米种子三轴尺寸差异大,在取种过程中易造成漏取和重取的问题,设计了一种摆动夹取式玉米精量排种器,阐述其结构组成及工作原理,并对关键部件进行设计;通过建立的模型进行力学和运动学分析,得到了影响排种器取种性能的关键因素;通过EDEM软件建立仿真模型,分析种群高度及排种器转速对种群流转速度的影响规律,得到了排种器取种性能曲线;以取种块开合角、进种筒安装高度、排种器转速为试验因素,取种单粒率、漏取率、重取率为评价指标进行二次正交旋转组合仿真试验,结果表明最优参数组合为取种块开合角43.87°、进种筒安装高度37.84 mm、排种器转速0.41 r/s,在最优参数组合下进行排种性能台架验证试验,得到排种器排种合格指数为94.11%、漏播指数为2.52%、重播指数为3.37%,满足行业标准及农艺要求,研究结果为机械式玉米精量排种器关键部件的设计优化提供了理论参考。

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。

国内气力式玉米精量排种器研究进展

近年来,我国机械化技术水平不断提高,精量播种正逐步取代传统的粗放式播种,从而降低了种植成本,同时提高了生产效率和利润。目前,我国玉米单产水平存在较大提升空间,提升玉米机械播种水平是提高玉米播种质量和增加产量的有效方式。本文对气力式玉米精量排种器的研究现状进行了综述,包括气吸式、气吹式和气压式3种类型,分别总结了其结构、工作原理和工作参数、性能、优势等,评述了试验效果;针对玉米精量排种器目前存在的问题进行了分析,并提出了未来的发展趋势,以期为促进玉米机械化生产提供参考。

气吸鸭嘴式玉米精量排种器导种过程的仿真分析

为研究气吸鸭嘴式排种器各运动参数对导种过程的影响,借助离散元分析软件EDEM做仿真分析,并进行了二次正交组合试验。结果表明:排种器转速对合格指数的影响大于挡槽角度,吸孔间距对合格指数的影响较小。借助Design Expert软件进行数据处理,获得导种阶段最优参数组合为转速6.19rad/s、挡槽角度13.77°、吸孔间距94.45mm,此时排种器的合格指数为96.17%、漏种指数为3.69%。

扰种侧充槽盘式玉米精量排种器设计与测试

为提高玉米排种器的充种性能,设计了一种扰种侧充槽盘式玉米精量排种器。以玉米籽粒尺寸参数为依据,提出了一种扰种侧充式取种结构,在充种的同时实现调姿扰种与导种,有效提升种群活跃度与充种时长,提高充种效率。建立力学与运动学模型对排种器关键结构参数进行设计及取种原理分析,并采用EDEM软件进行仿真分析明确扰种性能,在此基础上获得了影响排种器工作效率的关键因素:取种盘转速、槽孔深度、充种偏角,并以此为因素进行三因素三水平中心组合试验,建立了合格指数、漏播指数、重播指数的回归模型,分析优化得出在取种盘转速为28 r/min、槽孔深度为8.2 mm、充种偏角为67°时,优化模型预测的合格指数为94.32%、漏播指数为1.95%、重播指数为3.73%。田间试验结果显示:合格指数92.97%、漏播指数2.14%、重播指数4.89%,符合优化模型预测结果,扰种侧充槽盘式玉米精量排种器的各项评价指标符合播种农艺要求。

摆杆夹持式玉米精量排种器的设计与试验

针对玉米种子尺寸差异性大,对排种器结构适配性要求高的问题,设计了一种摆杆夹持式玉米精量排种器,阐述了其结构及工作原理,并对关键部件及参数进行分析,通过建立模型开展了排种器取种及携种过程的力学和运动学研究,通过理论计算确定了关键工作部件的作业参数,得到了影响排种器作业性能的关键因素,以排种器转速、扭簧圈数、弧形板基圆半径为试验因素,以播种合格率、空穴率、多粒率为试验指标进行响应面试验。结果表明:排种器作业性能的最佳工作参数组合为排种器转速26.7 r·min^(-1)、扭簧圈数10、弧形板基圆半径100 mm,最优参数组合下的排种合格率为93.2%,空穴率为3.8%,多粒率为3%。在最优组合下进行田间验证试验,得到排种器的实地排种合格率为94.2%,空穴率为3.6%,多粒率为2.2%,满足国家行业作业标准要求。

交叉式玉米精量排种器的设计与试验研究

排种器是播种机上的关键部件。为解决单圆盘气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下容易产生漏播等问题,该研究设计了一种交叉式玉米精量排种器。通过分析排种器工作原理确定关键部件结构参数。采用FLUENT仿真软件分析了型孔数量(44、54、64)对单盘和交叉盘排种器气室端面压强的影响,试验结果表明,交叉盘排种器比单盘排种器有更好的压强分布和气室压力。对型孔数量为54孔的交叉盘排种器和单盘排种器进行试验验证,结果表明,所设计的交叉盘排种器排种性能良好和播种稳定性均优于单盘排种器,且各项指标均满足精量播种需求。

气压组合孔式玉米精量排种器设计与试验

该文将排种器型孔和种子搅拌装置相融合,取消了传统气力式排种器复杂的种子搅拌装置,设计了1种气压组合孔式玉米精量排种器。阐述了正压气流与导槽相结合来提高排种器充种性能的原理,计算确定了其主要结构参数。以重播指数、漏播指数及粒距合格指数为指标,对其分别进行了台架试验和田间试验。结果表明,该排种器漏播指数、重播指数、合格指数等指标明显优于气吸式排种器,且田间工作性能稳定。

基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验

为研究玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹式精量排种器排种性能的影响,对排种器工作原理进行阐述,建立了指夹夹持动力学模型,分析了充种夹持过程中玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响。运用EDEM软件进行排种性能虚拟试验,分析了排种过程中造成不同尺寸等级籽粒产生重播、漏播问题的主要原因。仿真结果表明,当工作转速15~45 r/min时,排种器对中型尺寸籽粒的排种性能最优,其合格指数大于84%;对大型尺寸籽粒的排种性能次之;对小型尺寸籽粒的排种性能较差,其合格指数大于80%。随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势。在相同工况（15~45 r/min）下选取3种相应尺寸等级玉米籽粒,进行台架验证试验。结果表明,台架试验结果与仿真基本相同,合格指数最大误差为7.4%,且排种性能随玉米籽粒尺寸及工作转速的变化规律一致。田间试验表明,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆满足精密播种要求。该研究为指夹式精量排种器及其关键部件的优化设计提供了参考。

玉米种子分级处理对气力式精量排种器播种效果的影响

该研究的宗旨是考察玉米种子分级处理对气力式精量排种器播种效果的影响。将玉米种子按形状和大小分为4级,分别用气吹式和气吸式2种精量排种器进行试验,以考察种子分级对合格、重播、漏播等播种指标的影响。试验表明:气吹式排种器对玉米种子形状和大小变异的适应性较强;对于气吹式排种器而言,在满足播种指标要求前提下,种子分级对其播种合格指数、重播指数影响显著,对其漏播指数和变异系数影响不显著,圆形种子合格率为96%,扁平种子合格率为87.4%,优势明显;而对气吸式排种器而言,分级后对各项质量指标的影响不显著,且出现较多播种不合格情况,说明即使进行种子分级也未能明显改进其播种性能。试验条件下,气吹式精量排种器的播种质量指标优于气吸式精量排种器。

气吸与机械辅助附种结合式玉米精量排种器

针对气吸式排种器播种玉米时漏播率较高、地头漏播严重等问题,设计了一种采用机械托种盘辅助附种的气吸式玉米精量排种器,利用托种盘窝眼对种子的托附和夹持作用,实现对气吸式排种盘的辅助附种。分析并确定了排种器工作区域和托种盘主要结构等关键参数。试验结果表明:在前进速度6～12 km/h时,该排种器的粒距合格指数A≥91.40%、重播指数D≤3.82%、漏播指数M≤4.78%、合格粒距变异系数C≤18.37%,具有良好的排种效果。在10 km/h作业速度下,该排种器(真空室相对压力-3 kPa)的各项性能指标均明显优于常规气吸式排种器(真空室相对压力-4 kPa),其中漏播指数比后者相对降低了29%。

油菜精量排种器种子流传感装置设计与试验

针对油菜精量播种过程中缺乏小粒径种子流传感而导致播量监测困难的问题,设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,记录并分析油菜种子与聚偏氟乙烯压电薄膜的碰撞轨迹,为传感装置的导管、压电薄膜倾角、出种口位置等关键结构参数提供依据。基于油菜种子与压电薄膜的碰撞信号特征分析,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,将碰撞信号的衰减时间从9缩短至1 ms,提高了对高频种子流检测的时间分辨率,同时能够有效抵抗机械振动带来的干扰影响。对微弱碰撞信号进行放大、半波整流、电压比较、单稳态触发转化为单脉冲信号,通过单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用无线收发模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。油菜精量排种器台架及数粒仪高频排种试验表明:在排种频率8.1~32.9 Hz范围内,检测准确率不低于99.5%。田间播种试验表明传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,在无排种时计数为零,正常播种状态时检测准确率不低于99.1%,机械振动及粉尘对传感装置没有影响。该传感装置为油菜精量播种过程播量监测、漏播检测以及补种提供有效支撑。