小粒徑作物氣力滾筒式精量集排器設計與試驗研究.pdf

1、我國是小粒徑種子作物種植大國，至2011年我國農(nóng)作物總播種面積162283千公頃，其中油料、棉花、蔬菜等小粒徑農(nóng)作物共達42056千公頃（中國年鑒2012）。目前小粒徑種子播種方式以半機械或人工播種為主，作業(yè)效率低、成本高、田間后期管理勞動強度大等問題，致使綜合效益低下，限制了小粒徑作物種子播種規(guī)模的擴大。
　　 針對小粒徑作物種子粒徑小、易破損、精播難及傳統(tǒng)排種器屬一器一行、結(jié)構(gòu)復雜等問題，本文研制了一種一器九行的氣力滾筒式精

2、量集排器，該集排器采用正負氣壓組合式排種原理，可簡化播種機的排種器結(jié)構(gòu)與數(shù)量，提高排種器工作效率與工作質(zhì)量。本論文研究工作主要包括:
　　 (1)開展了小粒徑種子機械物理特性測試與分析，為設計研發(fā)氣力滾筒式集排器提供理論依據(jù)。本文以廣東菜心與華雜“4號”油菜兩種小粒徑種子為研究對象，主要測試了小粒徑種子的三軸尺寸、千粒重、含水率、滑動摩擦角、休止角等;并重點分析了在不同壓縮情況下菜心種子的生長特性。結(jié)果表明，菜心種子壓縮破損對其

3、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、根長、苗高和活力指數(shù)都具有極顯著影響;發(fā)芽勢與發(fā)芽率呈顯著正相關性，發(fā)芽勢與根長呈顯著負相關;當菜心種子所受力小于6.41 N或壓縮變形量小于26.9％時，種子的發(fā)芽情況不受影響。測試結(jié)果為廣東菜心排種器結(jié)構(gòu)設計和轉(zhuǎn)速等參數(shù)的設計及其解決降低種子破損率方案提供了重要的參考依據(jù)。
　　 (2)開展了氣力滾筒式集排器的總體設計。分析了氣力滾筒式小粒徑種子精量集排器的工作原理，并確定其結(jié)構(gòu)組成和主要結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)。在前

4、期小粒徑種子物理特性試驗基礎上，分析確定了排種器外滾筒直徑、滾筒吸孔孔徑、滾筒吸孔的軸向行數(shù)與徑向孔數(shù)等參數(shù)。理論分析及與試驗表明:小粒徑種子氣力式滾筒集排器選用外滾筒外徑(ψ)165m，孔徑1.2mm，徑向吸孔數(shù)Z=20，相鄰吸孔對應的中心角為18°，滾筒表面徑向距離為26mm，軸向距離為30mm，其排種性能和各行一致性均可滿足實際生產(chǎn)的要求;同時，通過理論分析獲得集排器各參數(shù)的極限值，確定了轉(zhuǎn)速范圍應在17.8r/min到34.7r

5、/min，負壓值范圍在93pa到37200pa，正壓值范圍在0pa到65.6kpa。
　　 (3)分析了氣力滾筒式集排器排種過程力學特征，構(gòu)建了主要排種過程的動力學與運動學模型;利用JPS-12型排種器性能檢測試驗臺開展了單因素試驗研究，試驗表明:當滾筒轉(zhuǎn)速20r/min、正壓區(qū)壓力值2200Pa、負壓區(qū)壓力值為-2200Pa時，集排器合格指數(shù)可達90％以上。其力學模型與試驗結(jié)論相一致，為集排器的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
　　

6、 (4)利用ANSYS/ CFX軟件開展了氣力滾筒小粒徑種子集排器氣流場仿真分析。以排種器吸孔數(shù)、吸孔結(jié)構(gòu)、吸孔軸向間距、出氣方式為試驗因素對集排器的負壓區(qū)氣流場仿真分析研究，并對仿真結(jié)果進行了試驗驗證。研究表明:吸孔結(jié)構(gòu)為吸孔端面壓強大小最主要影響因素，階梯孔與直孔明顯優(yōu)于錐孔;出氣方式對吸孔端面流速影響顯著，采用雙端出氣內(nèi)部氣流場均勻，零速區(qū)域少，可提高排種可靠性;氣力滾筒式精量集排器優(yōu)化參數(shù)組合為:吸孔數(shù)30個，吸孔結(jié)構(gòu)為階梯孔

7、，間距20mm，采用兩端出氣方式。
　　 (5)開展集排器性能臺架試驗。以集排器排種性能為主要評價指標，開展了單因素試驗、正交試驗對集排器滾筒轉(zhuǎn)速、正壓區(qū)壓力值、負壓區(qū)壓力值等運行參數(shù)的試驗研究，試驗結(jié)果表明:集排器種子破碎率小于0.5％;當滾筒轉(zhuǎn)速、正壓區(qū)壓力值、負壓區(qū)壓力值分別為20r/min、2200Pa、-2200Pa時，集排器排種性能最優(yōu)，9行平均合格指數(shù)可達88.63％，漏播指數(shù)小于5.0％;集排器各行排量一致性和總

8、排量穩(wěn)定性變異系數(shù)分別5.73％，1.21％。
　　 (6)開展集排器性能空載與田間試驗。為了研究各工作參數(shù)對集排器排種性能的影響規(guī)律及田間試驗過程振動、粉塵、拖拉機前進速度、路面狀況、地輪滑移率等對集排器排種性能的影響，找出了集排器最佳工作參數(shù)組合，以泄氣孔面積、排種器轉(zhuǎn)速、旋耕刀刀軸轉(zhuǎn)速及拖拉機前進速度等為試驗因素，開展了集排器性能空載與田間試驗?？蛰d表明，在播種機工作過程中排種器排種性能穩(wěn)定可靠，在拖拉機慢檔前進過程，各行