油菜小麥兼用型氣力式精量排種系統(tǒng)及其機(jī)理研究.pdf

1、小麥、油菜是中國重要的糧油作物，油菜種植面積相對穩(wěn)定，2012年播種面積約為700萬公頃，但機(jī)械化播種水平僅為14.51％;小麥種植面積呈逐年增高趨勢，2012年達(dá)2427萬公頃，機(jī)械化播種水平為86.52％，但多以機(jī)械化條播為主。油菜、冬小麥均為秋冬種作物，特別是長江流域油菜與小麥播種期相鄰、種植工序相似。為提高播種機(jī)具的利用率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)兼播油菜小麥兩類作物，研制了一種新型油菜小麥兼用型氣力式精量排種器。本文基于負(fù)壓氣流吸種、正壓氣流

2、投種的工作原理，集成氣力式精密排種技術(shù)，針對油菜小麥物料特性差異大，創(chuàng)新性提出一種排種盤內(nèi)嵌入導(dǎo)種條式的油菜小麥兼用型氣力式精量排種裝置，并在此基礎(chǔ)上，深入開展油菜與小麥兼用型氣力式精量排種系統(tǒng)及其機(jī)理研究。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)系統(tǒng)開展了油菜、小麥的機(jī)械物理特性參數(shù)的測試與分析，得出種子基本外形尺寸、種子千粒質(zhì)量、自然休止角、種子內(nèi)摩擦系數(shù)等，為排種器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計提供理論依據(jù);利用負(fù)壓吸種、正壓投種的正負(fù)氣壓組合式

3、原理，研制開發(fā)一種油菜、小麥兼用型氣力式精量排種系統(tǒng)，分析確定了該兼用型排種器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)。
　　(2)分析研究了油菜小麥兼用型排種器的排種過程，利用力學(xué)解析方法，構(gòu)建排種器主要工作過程的吸種、攜種、投種過程中的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)模型;分析確定了種子運(yùn)移過程中不出現(xiàn)滑動、滾動時的條件及其結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)對種子運(yùn)移過程的影響規(guī)律。由分析得知:充種區(qū)種子充填角γ與排種盤轉(zhuǎn)速ω、排種盤半徑r、導(dǎo)種條傾角90°-θ及種子與導(dǎo)種條間和

4、種子間的摩擦系數(shù)f1、f2相關(guān);吸種與攜種負(fù)壓值與種子質(zhì)量m、種子外形尺寸、排種盤直徑d、型孔直徑dx、吸種角度α及排種器轉(zhuǎn)速ω相關(guān);投種正壓值與種子質(zhì)量m、排種盤直徑d、型孔直徑dx、及排種器轉(zhuǎn)速ω相關(guān)。
　　(3)系統(tǒng)開展了油麥兼用型排種器臺架預(yù)試驗。初步確定排種盤型孔直圓柱形通孔，油菜排種盤型孔直徑為1.2mm，小麥排種盤型孔直徑為1.5mm;小麥排種盤內(nèi)嵌入導(dǎo)種條為矩形并且呈I形排列。試驗表明該排種器的合格指數(shù)、重播指數(shù)、

5、漏播指數(shù)等性能指標(biāo)受排種盤轉(zhuǎn)速、正負(fù)壓大小影響顯著。試驗結(jié)果表明當(dāng)排種器轉(zhuǎn)速、吸種區(qū)負(fù)壓、投種區(qū)正壓分別為18r/min、-2200Pa、400Pa時，油菜精量播種合格指數(shù)為90.02％，漏播指數(shù)為2.59％;當(dāng)排種器轉(zhuǎn)速、吸種區(qū)負(fù)壓分別為15r/min、-2300Pa時，排種盤內(nèi)嵌入導(dǎo)種條時，小麥精量播種合格指數(shù)為90.62％，漏播指數(shù)為2.96％。
　　(4)在分析研究油菜小麥兼用型氣力式精量排種共性技術(shù)與公用主體結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)

6、上，創(chuàng)新性提出一種兼用型內(nèi)嵌入導(dǎo)種條式排種盤及其型孔結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)油菜小麥氣力式精量排種器兼用。研究表明:吸種負(fù)壓為-2900Pa、排種盤內(nèi)嵌入導(dǎo)種條可使小麥排種的平均合格指數(shù)相對提高30.76％，漏播指數(shù)相對降低38.61％;吸種負(fù)壓為-900Pa、投種正壓為500Pa時，排種盤內(nèi)嵌入導(dǎo)種條可使油菜排種的平均合格指數(shù)相對提高3.72％，漏播指數(shù)相對降低8.58％;在轉(zhuǎn)速為20～30r/min時，排種性能均能滿足油菜小麥兼用精量播種的要求

7、，且排種器內(nèi)嵌入導(dǎo)種條時對種子無機(jī)械損傷。
　　(5)開展了基于高速攝像技術(shù)的內(nèi)嵌入導(dǎo)種條式排種器的充種、吸種、攜種、投種四個工作過程在線觀察與分析。研究得出:轉(zhuǎn)速范圍為10～45r/min時，排種器充種區(qū)種子充填角與轉(zhuǎn)速線性相關(guān)，排種器內(nèi)嵌入導(dǎo)種條時，其充種性能明顯提高;吸種高度與種子進(jìn)種口高度相關(guān)，進(jìn)種口高度為47mm時，吸種高度與轉(zhuǎn)速線性相關(guān)且擬合度最好;攜種路徑與轉(zhuǎn)速相關(guān)，轉(zhuǎn)速越高，其攜種弧長越短;種子投種軌跡及投種過程中

8、種子的位移與排種盤轉(zhuǎn)速、排種盤半徑及種子下落時間相關(guān)。轉(zhuǎn)速越高時，投種軌跡擬合度越好，越接近平拋運(yùn)動形成的拋物線，由此優(yōu)化投種口寬度值為40mm。
　　(6)開展了基于EDEM的種子流遷移規(guī)律的仿真分析，探索性開展了種子顆粒體及顆粒體群的速度、位移、合力與時間的作用機(jī)理:當(dāng)排種器轉(zhuǎn)速一定時，充種區(qū)顆粒體群生成后，充種區(qū)種子群位移隨時間呈規(guī)律性周期變化，種子群所受合力隨時間趨于穩(wěn)定，其運(yùn)動速度在顆粒生成后呈小幅度波動變化，總體上趨于

9、平穩(wěn)，仿真結(jié)果與高速攝像得出分析結(jié)果一致;同時開展了基于ANSYS軟件流體模塊ANSYS/CFX和FLUENT的排種器負(fù)壓氣室氣流速度場模擬研究，明確了不同型孔結(jié)構(gòu)形狀處的氣流速度場的分布，得出當(dāng)型孔為直圓柱孔形時，其氣流速度場變化均勻，符合排種器對負(fù)壓氣流速度均勻穩(wěn)定的要求。
　　(7)開展油菜小麥兼用型氣力式精量排種系統(tǒng)的田間播種試驗，試驗結(jié)果表明:排種器各行間排量一致性較好，播種油菜、小麥，其各行間變異系數(shù)均低于10％;同時

10、開展了田間成苗率的測試與分析，測試結(jié)果表明油菜基本苗為2.92萬株/畝;小麥基本苗為3.92萬株/畝，分蘗數(shù)約為3～10株，分蘗后約為25.48萬株/畝。符合油菜、小麥種植農(nóng)藝要求。利用測點(diǎn)法所開展的田間測產(chǎn)試驗表明:油菜每畝預(yù)測產(chǎn)量為202kg;小麥每畝預(yù)測產(chǎn)量為480kg。
　　創(chuàng)新點(diǎn)1:利用正、負(fù)氣壓組合式的基本原理，研制開發(fā)一種適合兩種不同粒徑的兼用型氣力式精量排種器;
　　創(chuàng)新點(diǎn)2:創(chuàng)新性提出一種兼用型內(nèi)嵌入導(dǎo)種條