气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5~10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,能够满足大豆-玉米高速精量密植播种要求。

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。

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。

苜蓿小区育种气吸式排种器设计与试验

为提高苜蓿小区育种播种机械化水平,设计了一种苜蓿小区育种气吸式排种器。首先,阐述了排种器的结构和工作原理;接着,对排种器的主要结构参数进行理论计算,并分析排种器充种过程力学特性,找出影响排种效果的关键因素。为得到排种器的最佳性能参数,进行二次回归正交试验设计,以排种盘转速、工作压强、吸种孔数量为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为性能指标,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归方程分析和响应曲面分析,获得影响试验指标的各试验因素主次关系。研究结果表明:在排种器的最佳参数,排种盘转速24.2 r/min、吸种孔数量36个、工作压强3.7 kPa时,合格率92.81%,重播率3.35%,漏播率3.42%。验证试验表明:该排种器可以实现有效排种,可为后续研究提供理论基础,具有参考价值。

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。

多功能全自动棉花精量播种机的研究

针对新疆棉花种植规模不断扩大,急需一款能帮助农户减少资源消耗、节省人力成本,同时保证效益最大化的棉花播种机的现状,运用气吸原理设计出了一款气吸式棉花播种机。此播种机能达到省种、不伤种、实现精量播种的要求。同时在播种机基础上加入GPS导航定位系统,可让农户远程操控播种机,实现播种机自动化作业。

快换式气吸滚筒针式排种器设计

在农业生产中,作物播种环节起着至关重要的作用。目前市场中的气吸式播种机主要有穴盘式、滚筒式和针式3种,而这些主流的播种机在工作时都有一定的局限性。以滚筒式排种器为原型,把原来的一体式滚筒设计为可以快速拆装的快换滚筒针式排种器,方便吸种针的快速更换,实现排种器适用于不同规格种子播种的目的。

气吸式电动红豆播种控制系统设计与试验——基于模糊PID

为解决高密度作物播种时不均匀等问题,设计了一种基于模糊PID的气吸式电动红豆播种控制系统。对排种电机进行了数学模型建立,利用MatLab 2020b/Simulink进行系统仿真,通过对比模糊PID系统和PID系统的控制性能验证设计的优越性。仿真试验表明:模糊PID相较于PID超调量降低了18.82%,调节时间缩短了0.5357s,稳态误差也减少了0.0192,各项指标得到了提升。台架试验结果表明:模糊PID播种控制系统比PID播种控制系统合格指数总体提高了2.21个百分点,重播指数总体下降1.1个百分点,漏播指数总体下降1.3个百分点,变异系数总体下降6.55个百分点。模糊PID播种控制系统各项性能指标都优于PID播种控制系统,播种精度指标均满足国家标准。

小粒不规则种子吸附特性试验研究

针对不规则小粒径种子精选、精播要求,选取大叶木耳菜、小麦和黄瓜三类不同形状的种子为试验对象,对气吸式排种器进行试验研究,分析吸嘴的形状、种子重量、吸嘴直径、孔径比、吸附压力和吸嘴转速对最大压力、极限压力、吸空率、单粒吸附率和复粒吸附率的影响。结果表明:建立的最大压力线性回归方程可以较好地估测不同吸嘴直径和吸嘴转速下所需要的最大压力;建立的极限压力线性回归方程对大叶木耳菜和小麦种子的估测较好,无法对黄瓜种子进行估测;重量对三类种子的单粒吸附率影响都较小,总体上可以忽略;吸附压力对大叶木耳菜和小麦种子的单粒吸附率影响较大、对黄瓜种子影响较小;吸嘴直径对三类种子的单粒吸附率影响都较大;吸嘴转速对小麦种子的单粒吸附率影响较大、对大叶木耳菜和黄瓜种子影响较小。确定三类种子最优单粒吸附率参数为:大叶木耳菜种子在吸附压力为15 kPa,吸嘴直径为2.0 mm,吸嘴转速为16.875 r/min时,最大单粒吸附率为99.17%;小麦种子在吸附压力为15 kPa,吸嘴直径为2.0 mm,吸嘴转速为16.875 r/min时,最大单粒吸附率为98.33%;黄瓜种子在吸附压力为15 kPa,吸嘴直径为1.0 mm,吸嘴转速为20.625 r/min时,最大单粒吸附率为95%。

群组吸孔气吸式芹菜排种器设计与试验

气吸式排种器可实现小颗粒种子的精密排种,但芹菜种子球度较小,且农艺要求一穴多粒,成为芹菜气吸式排种器精量排种的难点。为此本文基于CFD流体仿真,结合多因素、多水平试验分析及验证等方法,设计一种群组吸孔的气吸式芹菜精量排种器。以西芹“文图拉”芹菜种子为研究对象,首先,根据芹菜种子三轴尺寸,确定吸孔形状及尺寸;其次,通过CFD流场仿真研究不同吸孔分布结构下吸孔负压并确定群组吸孔数量;再次,通过理论分析推导确定最低吸种负压;最后,以气室真空度、种盘转速、吸孔分布结构为试验因素,以漏播率、重播率、合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验。通过极差分析和方差分析确定了影响排种性能的主次因素与最佳参数组合。结果表明:气吸式芹菜精密排种器较优组合参数为气室真空度-4 kPa、种盘转速20.75 r/min、吸孔分布结构为正等边三角形,此时播种合格率为88.9%,漏播率为5.1%,重播率为6.0%。田间试验结果为:合格率83.48%,重播率9.15%,漏播率7.37%。本研究实现了气吸式芹菜精密穴播,可为一穴多粒球度较小的小颗粒种子精量排种器设计提供参考。

基于Fluent的组合气吸式排种器关键部件仿真研究

以棉花小区播种机排种器为研究对象,采用模拟仿真试验技术研究组合气吸式排种器排种过程,在排种器的吸气口截面设置不同的边界条件(包括压强和气流速度),在开放条件下分析导向槽盘上导向槽的速度场和压力场。结果表明,距导向槽盘中心越远的位置,其气流速度和压强越小。设置排种器吸气口界面的边界条件相同,针对气吸盘和导向槽盘组合后形成的气吸孔开展气流场仿真分析。入口处气流压强300 Pa、速度21.97 m/s,此时气吸孔气流场压强2 481.8 Pa、气流速度61.67 m/s,该仿真结果与试验所测得的结果基本一致。试验验证并确定排种器几何参数、动力参数对气流场的变化和影响规律,可为设计试制播种机提供参考。

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。

辅助充种带气吸式蚕豆精量排种器设计与试验

针对蚕豆种子粒径大、三轴尺寸差异大,充种困难的问题,设计了一种带有平带辅助充种装置的气吸式蚕豆精量排种器。通过对充种过程中的动力学分析阐述了平带辅助充种装置及种子的运动机理;利用计算流体力学和离散元法双向耦合模拟的方法(Computational fluid dynamics and discrete element method,CFD-DEM),开展了单因素试验,确定了影响排种器充种性能的主要零部件参数并明晰了平带辅助充种机理;搭建试验台架,选取作业速度、平带输入轴转速和负压为试验因素,合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交组合试验。试验结果表明,影响排种器合格指数的因素主次顺序为:作业速度、负压、平带输入轴转速。对试验结果进行多目标优化,得到最优参数组合为作业速度5.69 km/h、平带输入轴转速395 r/min、负压3845 Pa,对此结果进行排种器性能试验验证,此时合格指数为91.6%、重播指数为3.8%、漏播指数为4.6%,满足蚕豆播种要求。

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%。

搅种托种型小麦气吸式精量排种器参数化设计与试验

针对气吸式小麦排种器因充种效果不佳导致排种性能下降的问题,设计一种辅助托种、搅种种盘的小麦气吸式精量排种器。该型排种器能够利用型孔凸台在充种过程扰动种群,同时利用搅种板增加种群的离散度并提高充种性能;在携种区种子更易在型孔凸台的托持作用下稳定吸附,减小种子所需吸附的负压。运用EDEM对4种不同设计的排种盘进行种群离散元仿真,分析各排种盘的种群平均速度和种群法向应力跳动量的变化规律。以转速、气室压强和搅种板倾斜角为因素,对所设计的最佳排种盘进行正交台架试验,通过试验结果的方差分析,确定各试验因素对排种性能指标的拟合优度及回归方程。最后,采用试验因素的多目标寻优,以合格指数最大,重播、漏播指数最小为寻优条件,得出所设计排种器的最佳性能参数:排种盘转速为36.7 r/min,气室压强为-3.6 kPa,搅种板倾斜角为26.2°。对优化后的结果进行试验验证,台架试验结果与理论计算结果误差小于5%。该研究可为小麦气吸式精量排种器优化改进提供参考。

气吸式白萝卜滚轮排种器设计与试验

针对现有白萝卜播种大多以人工点播为主、播种效率低、播种精度差等问题,设计了一款针对白萝卜的气吸式滚轮精量排种器。通过结合白萝卜种子特性和农艺种植进行理论分析和计算,确定了排种盘结构及参数。自行搭建白萝卜排种性能试验台对排种器进行播种性能试验,并对排种器排种性能影响较大的排种盘转速、负气压室气压值进行优化。以单粒合格指数、漏播指数、重播指数为评价指标,以排种盘转速、负气压室气压值为因素进行了二因素三水平二次回归正交试验,对正交试验结果建立了回归模型,并对模型进行寻优,结果表明:排种盘转速为30.540r/min、气室真空度为6.58kPa时,播种机工作性能最好。根据实际工作情况,选择负气压室气压6.50kPa、排种器转速30r/min得到平均单粒合格指数为94.10%、漏播指数为1.75%、重播指数为0.78%,结果满足白萝卜精量播种要求。

蔬菜气吸式排种器四级清种机构设计与试验

为解决蔬菜气吸式排种器吸种时出现一孔多粒现象导致播种质量下降的问题,提出4级锯齿清种作业的方法,并设计了四级清种机构。阐述排种器出现重吸现象的原因,对清种过程中种子的受力建立数学模型,从而确定清种机构安装位置、齿形角度等关键参数。选取清种齿顶与型孔距离、排种器工作转速和气室负压为主要因素进行二次回归正交旋转组合试验并对试验结果进行显著性和回归分析,获得最优参数组合为第4级清种齿顶与型孔距离0.41 mm、负压1.22 kPa、排种器工作转速5.85 r/min,并对最优工作参数进行验证试验和对比试验。验证试验表明,在工作转速为4.5~9.5 r/min时,漏清率不大于1.50%,过清率不大于1.88%,与回归方程计算值基本一致。对比试验表明,在转速分别为4.5、7.0、9.5 r/min时,采用四级清种机构漏清率分别降低3.2、4.0、5.0个百分点,过清率分别降低0.19、0.83、1.45个百分点,排种合格率分别提升3.42、4.83、6.45个百分点。采用四级清种机构有效降低了清种环节的漏清率,提升了排种器的工作质量。

气吸式谷子穴播排种器的设计与试验研究

针对现有气吸式谷子排种器播种不均匀导致田间谷子出苗分布杂乱的问题,根据谷子精量播种的农艺要求,设计了1种气吸式谷子精量穴播排种器,以解决传统谷子条播排种器造成的田间出苗杂乱及出苗后间苗工作繁琐的问题。详细阐述了排种器的工作结构及工作原理,结合谷种的运动过程分析,确定了排种器各关键部件的最优设计参数。以播种穴距合格率、充播率、漏播率为试验指标,对其进行台架试验和田间试验,台架试验和田间试验结果均表明,该排种器在中速作业状态下的排种性能最好,其穴距合格率为89.22%,重播率为4.33%,漏播率为4.56%,且工作性能稳定,满足谷子播种的要求。

花生气吸滚筒式穴播器分种盘设计与试验

针对花生气吸滚筒式穴播器因一次投种性能不稳定造成单粒率低的问题,通过在气吸滚筒式穴播器的取种盘和二次投种机构之间增设分种盘,将种子限定在一个较小的齿形空间内,并拨动种子沿着预定轨道运动,提高了气吸滚筒式穴播器投种的准确性和精度。设计并分析了分种盘的分种齿齿形和分种盘与取种盘的位置关系,确定了分种盘结构和位置参数。借助DEM-CFD耦合方法研究了气吸滚筒式穴播器的工作过程,分析了携种区种子的运动轨迹,阐明了漏播和重播产生机理。以单粒率、漏播率和重播率为评价指标进行三因素二次旋转正交组合试验,分析了齿形方向角、安装角、作业速度对投种性能的影响,结果表明:当齿形方向角为-4.55°、安装角为14.99°和作业速度为4.01 km/h时,气吸滚筒式穴播器的排种性能最优,此时单粒率为94.99%,漏播率为2.49%,重播率为2.52%。以最优组合为基础进行田间试验,当作业速度为3.51~4.51 km/h时,试验结果满足花生单粒精量播种机械技术要求,且安装分种盘比未安装分种盘的单粒率提升超过1.46个百分点,排种优势明显。

基于DEM-CFD耦合的气吸式大豆排种器种盘参数优化

针对气吸式排种器在高速气流场下种子的运动规律及受力特性复杂、难以准确分析计算的问题,通过离散元(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的方法,对气吸式大豆排种器的工作过程进行气固两相仿真并对其种盘参数进行优化。分析充种过程中种子所受曳力的变化规律,对充种各阶段临界点进行划分,定义各阶段充种性能评价指标。以吸附持续时间和种子移出阻力作为充种性能评价指标,以托种台高度、托种台角度、搅种杆厚度为试验因素,进行三因素二次旋转正交组合试验,并对试验结果进行响应曲面分析和多目标寻优,确定最佳的排种盘参数组合:托种台高度为2.8 mm、托种台角度为31.2°、搅种杆厚度为1.4 mm。此时,排种器充种性能指标为:吸附持续时间0.104 s,种子移出阻力0.008 1 N。对优化结果进行台架试验验证,与优化前的排种盘在不同作业速度下进行对比。台架试验结果表明:优化后的排种盘的排种性能有显著提升,其合格指数和漏播指数均优于原排种器,满足大豆精量播种要求。