油菜离心式精量集排器枝状阀式分流装置设计与试验

为提高油菜离心式精量直播机排种器田间作业的适应性，特别针对机组作业时存在倾斜、颠簸等工况，设计了一种多阶分一合分流装置。以枝状阀式分流装置为研究对象，分析了影响种子分流效果的影响要素，运用离散元仿真软件EDEM对分流装置结构形式开展了正交旋转试验，建立了集排器各行排量一致性的四元二次回归模型；利用3D打印技术加工成型枝状阀式分流装置，并与1阶分流装置进行倾斜对比试验。结果表明：枝状阀式分流装置1阶分流单元分枝长度为59．95min、2阶分流单元上部长度为66．11mm、分流角度为89．74°、管径为7．12mm时，其排种性能最优；在0°～25°倾角范围内，枝状阀式分流装置的各行排量一致性系数不大于5．71％，优于1阶分流装置，且可适应中高速（9km／h）播种作业，满足油菜种植农艺要求。

油菜精量气压式集排器排种性能试验

为提高油菜精量气压式集排器的排种性能,该文通过对充种和清种2个基础过程解析,明确了影响排种性能的主要因素,确定了相关试验因素的范围,并以华油杂62种子为对象,采用L27(313)正交试验设计研究了清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对集排器排种性能的影响。结果表明,清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对排种均匀性影响显著,清种气嘴口截面形状、充填高度和排种滚筒转速对各行排量一致性有显著影响,并确定了其较优参数组合。优化组合试验得出选择矩形截面形状的清种气嘴,充填高度27 mm,清种气流流速10 m/s,排种滚筒转速20 r/min的最佳参数条件下,排种均匀性变异系数为8.07%,各行排量一致性变异系数为1.95%,种子破损率低于0.1%。该研究为油菜精量气压式集排器结构优化与排种性能的提升提供了参考。

地表坡度对油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的影响

针对油菜种植区域作业方向的地表坡度变化影响气送式油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的问题,该研究以播种机及气送式集排器为研究对象,构建了不同地表坡度下种子与外切圆弧型孔、种子-气流与集中分配器间的力学模型,建立了气送式集排器供种速率和排种速率的随机过程模型,应用EDEM仿真开展了作业方向的地表坡度、供种装置转速对供种装置供种速率影响的双因素试验,建立了地表坡度、供种装置转速对供种速率影响的数学模型;利用DEM-CFD耦合仿真分析了地表坡度对集中分配器排种性能的影响规律。仿真试验结果表明:以平整地表为基准,供种速率随地表坡度在-5°~5°内先增大而后逐渐减小;地表坡度绝对值为3°~5°时,供种速率的变化量达到50%;各行排种粒数一致性变异系数随地表坡度的增加而增大,变化区间为4.95%~14.91%。利用智能种植机械测试平台模拟播种机田间作业时不同地表坡度下的作业效果,结果表明,随着作业方向的地表坡度、前后往复摆动角度、前或后单向摆动角度的增大,各行排种量一致性变异系数均逐渐增大;仿真模型计算的各地表坡度下的供种速率与台架试验的平均误差为4.28%。根据试验结果建立播种机沿作业方向前后往复摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速、沿作业方向前或后单向摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速的数学模型,确定了不同地表坡度下,排种量与作业方向地表坡度和供种装置转速的匹配关系,以实现有坡度地表的排种量与平整地表的排种量趋同,为满足不同地表坡度下的播种作业提供参考。

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。

油菜扰动气力盘式穴播排种器参数优化与试验

针对油菜气力式精量排种器作业速度提高易产生漏充影响穴播排种性能的问题,该研究对油菜扰动充种过程进行动力学分析,建立了扰动充种力学模型,明确了充种性能受到种盘转速、工作负压和种盘结构的影响;运用EDEM软件构建了可划分强制扰动区与摩擦扰动区的种子与种盘运动接触仿真模型,以槽齿厚度、槽齿数目和种盘转速为试验因素,以强制扰动区种群平均速度为试验指标,研究了各因素对种群扰动性能的影响规律,获得了较优的槽齿参数组合;以槽齿厚度、槽齿数目、种盘转速和工作负压为试验因素,以漏充率与充种合格率为评价指标进行了四因素三水平正交试验,通过极差分析得到了槽齿较优参数组合,即槽齿数为18、槽齿厚度为1.0 mm,与仿真结果一致,通过台架对比试验明确了对种群具有定向扰动的种盘可有效改善充种性能;开展了安装最佳种盘的穴播排种器穴播排种性能优化试验,以种盘转速与工作负压为试验因素,以空穴率与穴粒数合格率为试验指标,采用三水平析因试验设计,并对试验结果进行回归分析。结果表明,在种盘转速为40~80 r/min,工作负压在2392~2500 Pa的条件下,空穴率均低于3%,穴粒数合格率均高于96%。田间试验表明,油菜种植密度为(70±4)株/m2,平均空穴率为4.6%,平均穴粒数合格率为90.54%,满足油菜农艺种植要求。该研究可为皖江地区油菜机械化穴播技术及装备研究提供参考。