Vacuum and Air Flow for 2QXP-1 Vacuum Precision Seed Metering

Vacuum precision seed metering is the key part of vacuum seed planter. Planting performance of planter is affected by vacuum and air flow which are important parameters for choosing fan. Effects of qualification percent and miss percent on air chamber vacuum 3, 4, 5 and 6 kPa were studied at different operating speeds. The results showed that operating performance of the seed metering was excellent when air chamber vacuum was 5 and 6 kPa, which air flow was 7.4-8.0 m3·s-1 and 8.0-8.8 m3·s-1 , respectively.

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。

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。

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。

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。

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。

小粒径蔬菜精密排种器研究现状及展望

精密播种技术作为精准农业在播种领域的延伸,在降低播种用种量、提升作业质量上有着重要作用。精密播种机最关键部件是精密排种器,排种器的性能指标直接影响到播种作业的优劣。对国内外现有精密排种器的研究现状进行分析,总结现有精密排种器存在问题,对未来精密排种器的优化提出建议。

Development of mechatronic driving system for seed meters equipped on conventional precision corn planter

Precision planters are more and more widely used for planting corn in China.Seed meters of conventional precision corn planters are usually driven by ground wheel and chain and sprocket system at present.Because of the slippage of ground wheels and vibration of chains,planting accuracy cannot be ensured,especially at higher forward speed.To improve the planting performance of precision planters,a mechatronic driving system was designed and its field working performance was evaluated in this research.A two-row pneumatic precision planter was modified to allow simultaneously using two different driving systems,i.e,with one row unit equipped with the newly designed mechatronic driving system and the other row unit equipped with conventional mechanical driving system,and used for planting at three forward speeds(9,11 and 12 km/h)on no-tillage and rotary-tillage lands.The distances between adjacent seeds in each plot were measured and the indices of uniformity in seed spacing,quality of feeding index(QFI),missing-seeding index and precision index were analyzed.With the average 4.70%increase of QFI and 3.54%decrease of missing-seeding index,the mechatronic driving system performed better than the mechanical driving system both on no-tillage and rotary-tillage lands at each forward speed.The values of QFI,missing-seeding index and precision index of the mechatronic driving system on rotary-tillage land are comparable to those on no-tillage land,by contrast,these indices of the mechanical driving system on rotary-tillage land are significantly worse than those on no-tillage land.The result indicates that the mechatronic driving system can eliminate the effect of ground wheel slippage on planting quality and maintain the uniformity of seed distribution.Although the QFI,missing-seeding index and precision index become worse with the increase of forward speed,with the worst values of QFI of 89.93%,missing-seeding index of 5.08%and precision index of 18.92%at the highest forward speed of 12 km/h,the mechatronic driving system can reduce the effect of forward speed on planting accuracy effectively.The result indicates that planters equipped with the mechatronic driving system are suitable for high speed planting.As compared to the mechanical driving system,the advantage of the mechatronic driving system is more noticeable especially when the forward speed is more than 11 km/h.

Optimization design and experiment on ripple surface type pickup finger of precision maize seed metering device

A ripple surface type pickup finger was designed to improve the performance of pickup finger precision maize seed metering device and to provide a solution for precision maize planter.The main structure and working principle of seed metering device were detailed in this paper.The dimension size distributions of maize seeds in different types were studied,the gestures of seeds clamped by pickup finger were analyzed,and the clamping dynamical model of pickup finger was established by theoretical analysis.To optimize the structural parameters of ripple surface type pickup finger,the discrete element method(DEM)model of pickup finger precision maize seed metering device was established by the discrete element software EDEM.The numerical simulations of orthogonal seeding performance experiments were conducted to analyze the influences of these factors on the quality of seeding.The rotational speed,wavelength of ripple surface and amplitude of ripple surface were selected as the experimental factors.The average seeding qualified index and the average seeding coefficient of variation on four different types of maize seeds were chosen for evaluating the seeding performance.The results showed that,the average seeding qualified index was 93.35%and the average seeding coefficient of variation was 11.23%under conditions of the 25 r/min rotational speed,8 mm wavelength of ripple surface and 2 mm amplitude of ripple surface.Under the same condition,the bench test was done which showed that the results of test and simulation were consistent.The maximum error of qualified index was 1.95%and the qualified index of improved seed metering device exceeded the original one by 12.34%.The working performance can meet the requirements of precision maize seeding.

Design and experiment of the double-seed hole seeding precision seed metering device for peanuts

A secondary seeding precision double-seed peanut hole seeding seed metering device was designed to improve the performance of the peanut planting equipment and provide a solution for problems on the high seed charge that can cause poor cavitation and uniformity easily.The main structure and operation parameters in terms of groove length,seed charge height,seed-bed belt speed,and rotation speed of the seed metering wheel were determined through theoretical analysis.Single-factor and orthogonal tests were carried out through the JPS-12 seed metering device test bench,and the peanut variety Jinonghua-3 was selected as the test object.The single hole double-seed rate,qualified rate,the variation coefficient of hole spacing,and hole rate were chosen for evaluating the working performance.The results of the single-factor test showed that the seed metering performance is mainly affected by the groove length,the speed of the seed-bed belt and the rotation speed of the seed metering wheel,and the influence of the cavitation rate is minimal.The optimal seeding height is determined to be 40 mm.The results of the orthogonal test showed that the groove length was 27.3 mm,the seed-bed belt speed was 1.51 km/h,and the rotation speed of the seed metering wheel was 14.11 r/min.What’s more,a regression model based on the orthogonal test results was established,the qualified rate of the number of holes obtained after optimizing the model was 98.84%,the variation coefficient of hole spacing was 9.74%,and the hole rate was 1.40%.Notably,the working performances of the device can meet the requirement of precision seeding.

预切种振动供种式木薯播种器勺链排种机构设计与试验

针对目前预切种式木薯精密播种器存在充种困难以及播种合格指数低等问题,在播种器中进一步设计勺链排种机构。阐述播种器工作原理以及设计勺链排种机构相关参数,基于最速降线理论对排种机构的捞种勺进行参数设计,并对机构作业的充种与投种过程中木薯种茎受力和运动状态进行理论分析,确定影响充种性能因素显著性主次顺序为捞种勺型式、捞种勺数量、输送链运动速度以及充种倾角。利用EDEM软件进行单因素仿真,得出不同试验因素对充种性能的影响规律;进行响应面BBD仿真试验,确定最优因素参数组合。研制播种器样机进行台架和田间试验,结果表明当充种倾角为37°、捞种勺数量为12个、输送链运动速度为0.63 m/s时,充种合格指数为93.8%,漏充指数为1.9%。田间试验表明预切种振动供种式木薯播种器勺链排种机构作业性能较优,满足木薯精密播种农艺要求。

播种机作业工况复合检测方法的研究

对于甜菜、油菜等经济作物而言,为了达到提产增效、降低成本的目的,通常采用气吸式精密播种机来完成种植过程。由于上述作物种子丸粒化之后的体积小、质量轻,为保证株距合格率,往往采用低位排种的结构设计形式。由于排种器的安装位置很低,最下端距地面的距离通常在3~5cm左右,导致没有足够的空间安装常规结构的播种状态检测装置。为此,提出一种基于复合检测原理的技术方案,采用在排种器落种口前后位置分别设置光电传感器的结构,借助单片机完成智能实时数据分析,以实现对排种器工作状态的间接检测,较好地解决了狭窄空间内小粒种子的落种检测难题。

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。

气力离心组合式小麦精量排种器设计与试验

针对传统小麦播种以无序种流、不定量排出的方式存在脉动性高、均匀性差的问题,设计了一种气力离心组合式小麦精量排种器,采用气力充种和离心清种的方式,种子有序均匀排出。对排种器的关键参数进行设计,建立充种和排种过程的动力学模型,确定充种角和落种角的初始范围。利用气固耦合仿真分析方法DEM-CFD进行排种器单因素试验,仿真结果表明,当充种角范围进一步缩小为36°~56°时,其携种性能较好;落种角范围进一步缩小为43°~63°时,其排种性能较好。在此基础上,以充种角、落种角、排种盘转速为试验因素,以漏播率、重播率、直线落种率为响应指标,进行正交旋转组合试验。试验结果表明,当充种角为47.75°、落种角为52.48°、转速为635.5 r/min时,排种器工作性能最优,此时,漏播率为2.78%、重播率为3.73%、直线落种率为93.46%,验证试验结果与优化结果基本一致。田间试验结果表明,当设置排种盘型孔内侧面充种角为47.8°、下侧面落种角为52.5°、排种盘转速在552~800 r/min范围内时,漏播率低于8.9%、重播率低于4.3%、排种合格率高于88.6%,符合小麦精量播种要求。

驱导组合槽辅助附种气吸式花生高速精量排种器研究

针对现有气吸式排种器在进行花生高速播种作业时重播、漏播现象严重等问题,设计了一款驱导组合槽辅助附种气吸式高速精量排种器,在设计排种盘时将搅种凹槽、取种槽口、吸种型孔组合设计构成组合槽,实现扰种、驱种、辅助附种作用,保证高速作业时的排种性能。通过理论建模分析验证了排种盘结构设计的合理性并初步完成了关键参数的确定,借助离散元仿真软件对种群运移情况受关键参数的影响规律进行了分析,并进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,对结构参数进一步优化;得出搅种凹槽、取种槽口尺寸及作业速度均会对排种性能造成显著影响,并得出最优排种器参数组合:搅种凹槽深度3 mm、基圆半径70 mm;取种槽口左右端面上沿距离24.0 mm、下沿距离19.1 mm、深度10.5 mm、排种盘外周到取种槽口后端面距离24.0 mm。在该参数组合下,当风压为-6 kPa、作业速度为6~12 km/h时,粒距合格指数不小于93.33%,重播指数不大于3.52%,漏播指数不大于4.02%,破损指数不大于0.32%,具有良好的作业性能。

导向充填式水稻精量穴播排种器孔-槽组合型孔设计与试验

针对水稻轻简型机械式排种器因稻种无序充填型孔,导致种群精量分离效果不佳,播量精确调节困难等问题,该研究基于稻种在齿盘疏导下的分布姿态规律,设计了一种具有导向充填效果的孔-槽组合型孔。构建了衡量型孔充种区域稻种分布姿态的评价方法,明确了该区域稻种姿态随时间的变化规律,分别确定了适宜于常规稻和杂交稻排种的大、小组合型孔的结构参数。以常规稻黄华占与杂交稻丰两优3948稻种为排种对象,以大、小进种孔宽度和振动频率为试验因素,依次开展了单因素、二因素全因子和品种适应性试验。单因素试验表明,当大进种孔宽度为6.8~7.6 mm、小进种孔宽度为4.6~5.2 mm时,排种器排种常规稻和杂交稻的合格率均大于85%;低频振动是影响排种器排种性能的主要振动工况。全因子试验表明,当大进种孔宽度为7.0 mm、小进种孔宽度为5.0 mm时,排种器的合格率基本不低于90%,并能适应不同的振动工况;品种适应性试验表明,在适宜的进种孔有效长度下,不同尺寸稻种的排种合格率不低于88.80%、漏播率不高于3.60%、破损率不高于0.16%。田间播种试验表明,大组合型孔播种黄华占时,各行合格率不低于89.33%、漏播率不高于1.60%、重播率不高于9.60%、穴径平均值44.64~54.83 mm、穴距平均值133.21~144.67 mm;小组合型孔播种丰两优3948时,合格率不低于85.73%、重播率不高于8.27%、漏播率不高于6.53%、空穴率不高于1.73%,穴径平均值39.88~45.59 mm、穴距平均值200.79~205.56 mm,均满足常规稻和杂交稻大田精量旱穴直播的种植要求。该研究通过组合型孔不同大小进种孔的切换及进种孔有效长度的调整兼用于不同水稻品种不同穴播量的低损精量排种,为水稻可调播量排种器设计提供理论参考依据。

稻麦兼用排种器检测与吹种装置性能模拟与试验

针对稻麦兼用排种器充种环节无法实现精确囊种的问题,设计了一种基于精确计数的吹种装置。根据平抛运动轨迹和文丘里原理分别设计稻麦检测装置和吹种装置,通过理论分析确定影响稻麦充种性能的关键因素,基于CFD(computational fluid dynamics)气固耦合方法仿真分析喷嘴结构形式、工作转速、气流入口压力对种子运动状态特性的影响,仿真试验验证检测与吹种装置的可行性,并开展台架试验确定粒间延时时间。结果表明,Type 3方形喷嘴管在喷嘴口处的速度分布较广且X方向速度分布更均匀,确定喷嘴管截面长度为18 mm,宽度为7 mm,高度为3 mm。气流入口压力和工作转速对种子运动特性有显著影响,合力和合速度均随气流入口压力和工作转速的增加而增加,确定水稻和小麦排种时较优的气流入口压力为300 Pa、工作转速为20 r·min^(-1),在此作业条件下,种子间隔的仿真时间远小于理论时间,验证了检测与吹种装置的可行性。台架试验结果表明,在粒间延时时间为12 ms、入口压力为300 Pa、工作转速为20 r·min^(-1)时,水稻和小麦排种的合格率分别为90.7%和93.2%,满足稻麦兼用播种要求。研究结果可为机械式稻麦精量排种器结构优化设计提供参考。

气吸倾斜圆盘式蚕豆精密排种器设计与试验

针对蚕豆播种机械化程度低、精密播种效果差的问题,结合倾斜圆盘式排种器与气吸式排种器的优点,设计一种气吸倾斜圆盘式蚕豆精密排种器。首先,阐述排种器结构及原理,根据蚕豆的种植农艺要求及种子物理特性,对排种圆盘直径、型孔数量及形状等关键部件进行设计;然后,利用Fluent软件对不同形状气孔对气室流速及压力影响进行仿真分析,确定最佳的气孔形状;最后,以转速、型孔直径和气孔负压为试验因素,合格率、漏播率和重播率为试验指标,在JPS-12型视觉排种器性能试验台上进行正交试验。试验结果表明:当转速为78 r/min、气孔负压为2 kPa、型孔直径为23 mm时,排种试验合格率为93.67%,重播率为4.33%,漏播率为2%。