菜氣力滾筒式精量集排器排種技術研究與仿真分析.pdf

1、目前中國、加拿大、印度、歐盟、澳大利亞為世界油菜主產(chǎn)區(qū)，而油菜作為我國第一大油料作物，其種植面積和總產(chǎn)量約占世界總量的1/3，居世界第一位，據(jù)《2015中國統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，機械直播比例僅16.2％，油菜主要播種方式仍以半機械或人工播種為主，因此研發(fā)一種高效油菜精量直播技術及其配套裝備已成為油菜生產(chǎn)的迫切需求。論文在系統(tǒng)比較分析國內(nèi)外油菜機械化播種技術與裝備研究進展基礎上，提出一種油菜氣力滾筒式精量集排器，以實現(xiàn)油菜精量播種并簡化播種機結

2、構實現(xiàn)一器多行功能，在此基礎上開展油菜氣力滾筒式精量集排器排種技術研究與仿真分析，并研制一種集漏播檢測與報警于一體的實時漏播檢測系統(tǒng)。本論文研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)油菜氣力滾筒式精量集排器設計與排種過程分析。主要開展了集排器關鍵部件中的排種滾筒、種箱、導種裝置及氣室等結構參數(shù)優(yōu)化設計，建立了集排器排種過程中吸種、攜種、投種等主要環(huán)節(jié)下排種過程的運動學與動力學模型。研究得出種箱組合容積為19.3L，種箱組合內(nèi)部的傾斜角度大于

3、27.2°，型孔數(shù)為40，孔徑為1.2mm，排種滾筒直徑為165mm，氣囊組合直徑為280mm，高度為60mm，負壓氣室容積為3.92×106mm3，正壓氣室容積大小為7.84×105mm3，其負壓管半徑應不少于5.85mm，正壓管半徑應不少于4.47mm，為了保證充種性能，獲得最小臨界真空度為32.2Pa，油菜籽種子的拋擲速度分量應小于0.3m/s;并明確集排器不同軌跡下油菜籽種子位移方程、傳動比及功率損耗率。試驗結果表明:集排器排種

4、滾筒轉速為18r/min，正壓氣室正壓相對壓力值為1800Pa以及集排器負壓氣室負壓相對壓力值為-3400Pa時，油菜氣力滾筒式精量集排器各行排量一致性變異系數(shù)為3.23％，總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為1.38％。
　　(2)油菜氣力滾筒式精量集排器仿真試驗與分析。運用EDEM軟件建立了集排器充種系統(tǒng)與種箱內(nèi)種群模型，通過對集排器中油菜籽群的運動進行仿真分析，研究油菜籽種子運動規(guī)律及其影響因素;借助ANSYS/ CFX軟件開展了該集排器

5、型孔的氣流場仿真分析，探討了集排器型孔形狀和結構參數(shù)及其對種子吸附性能影響規(guī)律，以集排器型孔端面處平均壓強以及平均流速為主要評價指標，對集排器排種滾筒上型孔結構、排種滾筒型孔孔徑大小、排種滾筒徑向型孔數(shù)目、排種滾筒型孔排列方式以及氣室有無氣囊組合等結構參數(shù)進行了單因素仿真試驗與正交仿真試驗研究。仿真研究結果表明:采用階梯孔形式的型孔，型孔結構參數(shù)選擇為孔徑1.2mm，型孔數(shù)量為40，型孔的排列方式為等間距30mm直線排列為最優(yōu)化參數(shù)組合

6、，有氣囊組合氣室壓力波動誤差范圍為0.19％。四者結構參數(shù)均是影響排種器氣流場分布的重要因素，其中型孔結構形狀為顯著因素，軸向間距為不顯著因素。
　　(3)油菜氣力滾筒式精量集排器預試驗研究。以各行合格指數(shù)、漏播指數(shù)以及重播指數(shù)等排種性能為評價指標，開展集排器單因素臺架試驗。單因素臺架試驗表明:當正壓氣室相對壓力值為1800pa，負壓氣室相對壓力值為3400pa，排種轉速為18r/min時，各行合格指數(shù)平均可達90.83％，漏播指

7、數(shù)為4.35％;以各行排量一致性變異系數(shù)、總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為評價指標，開展了集排器路面試驗。正交試驗表明:集排器負壓氣室負壓輸出方式、東方紅854拖拉機手控油門刻度大小以及過渡軸傳動比為試驗因素對各行排量一致性為顯著因素，并選擇各行排量一致性變異系數(shù)以及總排量穩(wěn)定性最佳的優(yōu)化組合A2B1C2，即集排器負壓出氣方式采用雙端出氣，過渡軸與仿形地輪傳動比為1.72，東方紅854拖拉機采用手動油門1/2刻度為輸入動力。
　　(4)精量

8、排種器排種性能檢測系統(tǒng)設計與試驗。針對油菜粒徑小易引起氣力式油菜精量排種器實時漏播檢測及性能檢測難的問題，設計研制了一種基于單片機的精量排種器排種性能檢測與報警系統(tǒng)，提出了一種基于排種頻率檢測方法（可用于田間實時漏播檢測），通過測頻裝置對不同轉速、不同數(shù)量型孔堵塞的氣力式排種器出口的排種頻率測量試驗，獲得了不同轉速下界定漏播嚴重程度的頻率劃分區(qū)域，即正常區(qū)、弱漏播區(qū)與嚴重漏播區(qū)。在試驗臺上測試表明:排種頻率法能有效實現(xiàn)漏播程度的檢測，無

9、漏播時檢測準確率為100％，當量型孔堵塞8孔以上時判定為漏播的準確率為100％;
　　一種基于排種間隔時間檢測方法（可用于排種器性能檢測），開展基于單片機排種間隔時間性能檢測系統(tǒng)與基于JPS-12型機器視覺排種器性能檢測試驗臺同步試驗，試驗結果表明:基于單片機排種間隔時間性能檢測系統(tǒng)檢測漏播指數(shù)與基于JPS-12型機器視覺排種器性能檢測試驗臺檢測漏播指數(shù)平均誤差為0.31％，最大誤差為0.7％;基于單片機排種間隔時間性能檢測系統(tǒng)檢

10、測重播指數(shù)與基于JPS-12型機器視覺排種器試驗臺檢測重播指數(shù)平均誤差為0.33％，最大誤差為0.55％。
　　(5)油菜氣力滾筒式精量集排器排種系統(tǒng)分析與應用。對油菜氣力滾筒式精量集排器與精量排種器排種性能檢測系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析，并開展了油菜氣力滾筒式精量集排器排種系統(tǒng)田間試驗。田間試驗表明:油菜氣力滾筒式精量集排器各行一致性變異系數(shù)為27.72％，總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為14.71％;油菜籽作物跟蹤田間試驗表明:油菜氣力滾筒式精量