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。

2BP-2000型水稻育秧播种机分盘装置研制

针对现有育秧播种机分盘装置生产效率较低、高速作业时易出现卡盘和秧盘输送不连续等问题,该研究设计了一种生产效率不低于2000盘/h的机械气动式自动分盘装置,可快速、准确完成分盘和供盘,适配2BP-2000型水稻育秧播种机高速播种。阐述了分盘装置的基本结构和工作原理,开展分盘、接盘过程分析,确定装置稳定分盘、接盘作业的关键机构与工作参数。分盘稳定性试验结果表明,生产率为1600~2000盘/h时,分盘稳定性不低于98.67%。开展以层叠秧盘数、生产率和秧盘质量为试验因素,以接盘成功率为试验指标的三因素三水平正交旋转组合试验,得到影响接盘成功率的因素主次关系为生产率、层叠秧盘数、秧盘质量,其中生产率、层叠秧盘数对接盘成功率影响显著(P<0.05),秧盘质量对接盘成功率影响不显著(P≥0.05),表明分盘装置对不同质量的秧盘适应性较好,其最优参数组合为:生产率2000盘/h、层叠秧盘数6盘/层、秧盘质量750 g/盘,该条件下分盘装置的接盘成功率均值为98.43%,与预测值仅相差0.29个百分点。研究结果对提高水稻硬盘育秧播种机械化水平具有实用价值。

辣椒机械式自动精量排种器设计与试验

辣椒漂浮育苗具有占地面积小、育苗周期短和椒苗品质好的优点,播种环节要求一穴一粒精量播种,通常采用人工点播,存在劳动强度大和播种效率低的问题。针对以上问题,该研究以磁力回位型排种器为基础,设计了一种适于辣椒漂浮育苗的机械式自动精量排种器,并对关键机构进行设计,通过单因素试验获得曲柄直径、曲柄电机工作转速和种量的较优区间,以单粒合格指数、重播指数和漏播指数为指标进行三因素三水平正交试验,建立回归模型,并进行参数优化。试验结果表明,在排种器旋转倾角30°、旋转电机角速度0.07 rad/s(即生产率240盘/h),曲柄直径为30 mm、曲柄电机转速为230 r/min、种量为4千粒时,排种器的播种效果较好,单粒合格指数为91.04%,重播指数为5.21%,漏播指数为3.75%,相比于人工操作磁力回位型排种器,单粒合格指数提升了5.81个百分点,重播指数降低了6.45个百分点,满足辣椒漂浮育苗的播种要求,可为辣椒育苗轻简化生产和小籽粒种子的机械式精量排种器研究提供参考。

黄鳝去骨装置设计与试验

针对已有黄鳝去骨装置存在的去骨稳定性差、效率低、得肉率偏低等问题,该研究设计了一种自适应式黄鳝去骨装置,主要由剖腹部件、过渡部件、去骨部件组成。首先对鱼体剖腹、过渡输送和去骨过程进行理论分析,得到影响去骨装置作业性能的关键因素。以得肉率、感官质量评分为评价指标,进行压轮与V型块距离、过渡轮初始间隙和转速、去骨刀盘形状和转速的单因素试验,确定各参数合理取值范围。试验结果显示,当压轮与V型块距离为15.50~16.75 mm时,得肉率较高;过渡轮初始间隙为9 mm时,鱼体感官质量评分最高;过渡轮转速和去骨刀盘转速增加,有利于提高得肉率和感官质量评分;去骨刀盘形状对得肉率和感官质量评分影响较小。以压轮与V型块距离、过渡轮初始间隙、过渡轮转速和去骨刀盘转速为试验因素,展开四因素三水平的正交试验。试验结果表明:当压轮与V型块距离为16.75 mm、过渡轮初始间隙为9 mm、过渡轮转速为648 r/min、刀盘转速为3200 r/min时去骨效果最优,去骨装置加工的得肉率为84%,加工后鱼体总感官质量评分达到17.3。该装置可加工体质量75~150 g的黄鳝,生产效率达到16.8条/min,与目前市售去骨装置相比,喂入更方便,生产效率更高,可以为黄鳝前处理装置的研究提供参考。

双排交替齿形筛菠萝输送机构设计与试验

针对拨杆喂入式菠萝采收机所存在采摘后的菠萝果实在输送过程中容易堵塞、堆积,并在接果板与挡板输送链之间的间隙中挤压损坏导致的输送成功率低、输送损伤率较高的问题,该研究设计了一种双排交替齿形筛输送机构作为输送过程中的缓冲过渡机构。阐述了双排交替齿形筛输送机构工作机理,并根据运动特点确定了其结构参数,如杆件长度和角度、齿形筛板排列间距等。建立齿形筛板各齿端的运动方程和菠萝果实与齿形筛板的接触力学模型,求解了菠萝果实临界碰撞损伤及临界输送弹跳时双排交替齿形筛输送机构转轴的工作角速度分别为23.13和10.56 rad/s,并确定了接果板倾角、采摘装置转轴转速和输送机构转轴转速为影响该输送机构输送效果的3个主要参数。将这3个参数作为试验因素,以果实输送成功率和果实滞留数作为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展了三因素三水平台架试验,建立了试验指标与各影响因素之间的回归模型,并利用回归模型求得了最优参数组合。田间试验结果表明,接果板倾角为14°、采摘装置转轴转速为27 r/min、输送装置转轴转速为70 r/min时果实平均输送成功率为94.87%、平均果实滞留数为2个,输送作业过程中均无果实受损,可满足菠萝果实输送工作需求,提高菠萝果实采收效率。

基于教育学信息系统的农机数字化设计

首先,介绍了教育学信息系统和数字化设计技术,在教育学信息系统分层设计启发下,结合数字化设计技术实现了农机数字化设计;然后,介绍了精量排种器组成及其原理,并利用数字化技术实现了小麦精量排种器的数字化设计。从最后设计的小麦精量排种器样图来看:系统能够快速设计农机模块,大幅缩短了产品设计周期,减少了产品反复修改次数,对现代农机设计具有重大意义。

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。

高速气送集排器水稻种子损伤规律及发芽试验

针对高速播种(≥12 km/h)过程中,水稻种子受气送式集排器的多次压缩和冲击作用易导致种子破损影响发芽率的问题,基于损伤累积理论开展了水稻种子在单次及多次机械压缩作用下损伤规律的研究。首先,开展单次压缩试验,建立了适用于水稻种子的弹塑性模型;进一步,开展多次等位移压缩试验,确定水稻种子在多次压缩作用下产生损伤的临界形变量,并进行种子发芽率试验验证损伤临界形变量的正确性;最后,基于能量守恒定律和种子冲击损伤特性与压缩特性关联模型明确了气送式集排系统高速排种时作业参数匹配范围。水稻种子单次压缩试验结果表明:常规稻和杂交稻种子单次压缩破碎力分别为(118.4±35.6)、(113.2±39.9)N,破碎时形变量分别为(0.59±0.07)、(0.63±0.11)mm,弹塑性平均临界形变量分别为0.4、0.44 mm。水稻种子多次压缩试验及发芽率验证试验结果表明:杂交稻种子产生损伤的临界形变量为0.44 mm,当籽粒压缩形变量大于0.44 mm时,受多次循环压缩后水稻种子的发芽率下降。在气送式集排系统作业参数匹配过程中,应避免水稻种子受载后产生的形变量大于0.44 mm,经计算,搅种装置转速范围应低于125 r/min、种子在气流冲击作用下运移速度应低于8.5 m/s以减少集排器对水稻种子的损伤。本研究可为水稻高速播种时作业参数匹配提供理论依据和参数范围。

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。

蔬菜气吸轮式精量排种器设计与试验

蔬菜类型多,种子尺寸差异大,为扩大排种器的适用范围,该研究提出一种基于扰种条辅助充种的蔬菜气吸轮式精量排种器。通过理论分析确定了排种器的关键结构参数,设计了一种带有坡度的扰种条结构,最薄处厚度为0.5 mm、最厚处厚度为1.0mm,并对充种阶段种子在扰种条上和清种阶段的受力情况分别进行分析,确定了扰种条和清种装置结构。选取菜心、萝卜和辣椒种子为试验对象,利用台架试验获得扰种条倾角和厚度的较优值;开展较优结构参数下的排种器充种性能试验,以工作负压、排种转速和清种距离为试验因素,进行三因素三水平正交试验。试验结果表明,对于菜心种子,工作负压为0.92 kPa,排种转速为13.3 r/min,清种距离为0.70 mm时,充种合格率为99.20%,漏吸率为0.13%;对于萝卜种子,工作负压为4.47 kPa,排种转速为25.5r/min,清种距离为1.20mm时,充种合格率为97.34%,漏吸率0.53%;对于辣椒种子,工作负压为1.49 kPa,排种转速为16.9 r/min,清种距离为0.69 mm时,充种合格率为88.27%,漏吸率为2.67%,满足菜心、萝卜、辣椒的种植农艺要求,研究结果可为蔬菜气吸轮式精量排种器设计提供参考。

清种补种上提式甘蔗排种器设计与试验

针对甘蔗横向排种器因无序排种导致漏播指数高、排种合格指数低,致使出芽率低影响甘蔗总产量的问题,该研究设计了一种具有清种补种功能的上提式甘蔗排种器。首先对排种过程进行动力学分析,确定排种器的关键结构和工作参数。然后采用EDEM-RecurDyn耦合仿真分析,模拟蔗段与弹性板间的碰撞,分析蔗段的受力及运动,并通过推压试验确定弹性板的参数。为获得排种器的最佳性能参数,在单因素试验基础上,进行二次回归正交旋转组合试验。结果表明:一级清种补种区长度、二级清种补种区长度对漏播指数、重播指数、合格指数具有显著影响(P<0.01);排种带速度对漏播指数具有显著性影响(P<0.01),而对重播指数、合格指数影响不显著(P>0.05)。利用多目标优化方法确定最佳参数组合为:一级清种补种区长度13 cm、二级清种补种区长度16 cm、排种带速度97 mm/s。此时,漏播指数为1.7%,重播指数为3.5%,合格指数为94.8%;与常规上提式排种器的漏播指数6.9%相比,该排种器漏播指数降低了75%。该排种器可有效减少甘蔗播种的漏播指数、提高排种的合格指数,有利于实现甘蔗的精准种植。

自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机设计与参数优化

针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题,该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象,设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量,确定采用双夹持机构与同步带夹持输送、电机驱动夹持机构翻转换位、双滚筒反向剥麻的技术方案。进而对剥麻装置、夹持机构等主要部件进行结构设计和理论分析,确定苎麻剥麻机结构和剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度等工作参数。然后分析苎麻茎秆剥打过程并建立仿真模型,运用ANSYS/LS-DYNA模块对剥麻过程进行单因素仿真试验,分析了木质部去除量、韧皮部损失量等,仿真结果表明,剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度分别在350~650 r/min、0.2~0.4 m/s、5°~15°范围内时的剥麻效果较好。根据Box-Behnken试验设计方法,开展三因素三水平正交试验,通过方差分析和响应面分析,得出反拉式换位夹持苎麻剥麻机的最优工作参数为:剥麻滚筒转速451.047 r/min,反拉速度0.319 m/s,喂入角度10.728°;样机试验表明最优工作参数下的平均鲜茎出麻率为5.03%,平均原麻含杂率为1.14%,满足苎麻剥麻机技术标准。该换位夹持装置能够实现苎麻夹持喂入与自动反拉,简化剥麻机结构,提高剥麻机作业性能和剥麻质量,研究结果可为轻简型苎麻自动剥麻机的研发提供技术参考。

油菜高速免耕直播机驱动型开畦沟装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区现有油菜直播开畦沟装置高速作业(≥10 km/h)时存在沟形稳定性较差、畦沟两侧厢面质量较差而导致油菜直播作业速度无法提高的问题,该研究研制了一种主动型开畦沟并同步厢面匀土的类螺桨高速开畦沟装置。基于运动学和动力学分析确定了影响减阻性能的关键因素及参数范围,并依此设计和确定了类螺桨低阻开畦沟刀片及其刀组排列方式;为降低阻力和保证抛土效率,开展了基于刀盘-土壤离散元模型的刀片旋切特性仿真试验,结果表明:随螺距角增大,阻力扭矩先减小后增加,且后磨刃的切削阻力小于前磨刃;最佳螺距角、刀刃结构参数组合下类螺桨刀组在作业速度12 km/h、刀盘转速810 r/min时,阻力扭矩较直勺刀组减小176.6 N·m,牵引阻力减小447.7 N。基于动力学分析确定了影响匀土板匀土性能的因素及其参数范围,匀土仿真试验结果表明:左、右匀土板拱度为0.19,下倾角分别为10°、7°时匀土性较好。田间试验结果表明,在作业速度9~12 km/h时,畦沟沟深169.1~188.6 mm,沟深稳定系数92.5%~95.6%、厢面平整度22.2~23.0 mm,两侧匀土变异系数分别为14.3%、17.2%,埋茬率81.96%~87.46%,碎土率93.26%~95.33%;作业速度12 km/h时的作业功耗为66.84 kW,满足油菜种植农艺要求。研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速免耕直播开畦沟及高质种床制备提供新方法。

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。

基于STC89C51单片机的播种性能检测系统研究

传统播种作业难以发现种子漏播、重播等问题。基于STC89C51单片机设计一种播种性能检测系统,试验结果表明:该系统能够有效检测排种量、播种合格率、株距等,出现漏播或重播现象时可及时识别报警。目前该系统尚处于试验阶段,有待充分验证后用于生产实践。

基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试验台进行单因素试验,确定关键因素参数范围,选取前输送带电机转速、后输送带电机转速和挡销频率为主要试验因素,以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box-Behnken中心组合试验,建立二阶回归模型,分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化。试验结果表明:前输送带电机转速104 r/min、后输送带电机转速75 r/min、挡销频率1.85 s/次时送分苗效果较优,台架验证试验分苗成功率92.73%、基质块破损率4.09%,田间验证试验分苗成功率91.81%、基质块破损率4.62%,两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2%,表明该装置具有较高的稳定性。该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考。

食葵籽粒双层振动风筛式清选装置设计与试验

针对食葵机械化收获清选环节损失率和含杂率均偏高等问题,该研究设计了一种双层振动风筛式食葵清选装置,主要由风机、导料齿板式上筛体、阶梯抖动板式下筛体及驱动机构等组成。根据不同品种食葵籽粒大小,清选装置上下筛分别配套筛孔尺寸为20、18 mm和18、16 mm的两组编织筛网。通过清选过程物料动力学分析,获得影响该装置工作性能的主要因素为气流方向角、曲柄转速及筛面倾角。应用Fluent-EDEM耦合技术仿真模拟食葵清选过程,验证清选装置结构合理性。以大籽粒“三瑞10号”和小籽粒“葵花363”两种食葵为试验对象,气流方向角、曲柄转速及筛面倾角为影响因素,含杂率和损失率为评价指标,在自制清选装置台架上分别开展正交试验,利用综合分析法得出影响清选性能的主次因素依次为曲柄转速、筛面倾角、气流方向角,较优参数组合为气流方向角21°、曲柄转速250 r/min、筛面倾角4°,此时含杂率低于3%,损失率低于2%,满足食葵机械化收获标准,且作业性能优于已有食葵清选装置。该研究可为食葵机械化收获过程中清选系统的改进优化提供技术支撑。

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16~40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降低了30%和12%。研究结果可为立辊式玉米收获割台的优化改进提供理论依据和参考。

基于EDEM软件的气压组合孔式排种器充种性能模拟与验证

为研究种群扰动对排种器充种性能的影响,该文基于离散单元法理论,以气压组合孔式排种器为模型,运用EDEM软件对4种不同型孔结构排种盘的种群运动进行了仿真分析,以种子法向应力跳动量和种子平均法向应力总和作为指标,分析了各排种盘在不同转速条件下的种群内摩擦力的变化,仿真结果表明,种群扰动强度的增大并不能显著减少种子法向应力的总量,但会降低种子瞬态的法向应力即瞬时种子内摩擦力,据此推断出扰动强度最大的排种盘的充种性能较其他排种盘更优。在排种器试验台上进行了验证试验,选取6种转速,以漏充率为指标,分别对4种排种盘进行试验,结果显示扰种强度最高的排种盘在各转速条件下的漏充率最低。对比仿真与试验结果发现,增强排种盘对种群的扰动可以在一定程度上提高种子的充种性能。

气吸式排种装置排种性能理论分析与试验

为了探讨提高气吸式排种装置排种性能的方法,该文从理论上分析了气吸式排种器的吸附机理,建立了气吸室空气流场方程,并通过对种子在气吸状态下的受力情况及种子脱离吸种孔后的运动进行分析计算,建立了种子运动方程。利用移动式排种器试验台分别以排种盘转速、气吸室真空度为试验因素,对气吸式排种装置排大豆时的影响进行了单因素试验,结果表明:排种盘转速、气吸室真空度对气吸式排种器的排种性能影响显著,与粒距合格率的相关系数均在0.96以上;当排种盘转速为21.7r/min、气吸室真空度为2.5kPa时排种效果最好,合格率达到91.26%。