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文檔簡(jiǎn)介
1、小麥、油菜是中國(guó)重要的糧油作物,油菜種植面積相對(duì)穩(wěn)定,2012年播種面積約為700萬(wàn)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(shì),2012年達(dá)2427萬(wàn)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(zhǎng)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(duì)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(kāi)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?jī)?nèi)容包括:
(1)系統(tǒng)開(kāi)展了油菜、小麥的機(jī)械物理特性參數(shù)的測(cè)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(jì)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(kāi)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(guò)程,利用力學(xué)解析方法,構(gòu)建排種器主要工作過(guò)程的吸種、攜種、投種過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型;分析確定了種子運(yùn)移過(guò)程中不出現(xiàn)滑動(dòng)、滾動(dòng)時(shí)的條件及其結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)對(duì)種子運(yùn)移過(guò)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(kāi)展了油麥兼用型排種器臺(tái)架預(yù)試驗(yàn)。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(yàn)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(yàn)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(shí),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(shí),排種盤內(nèi)嵌入導(dǎo)種條時(shí),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(duì)提高30.76%,漏播指數(shù)相對(duì)降低38.61%;吸種負(fù)壓為-900Pa、投種正壓為500Pa時(shí),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(duì)提高3.72%,漏播指數(shù)相對(duì)降低8.58%;在轉(zhuǎn)速為20~30r/min時(shí),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(shí)對(duì)種子無(wú)機(jī)械損傷。
(5)開(kāi)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(gè)工作過(guò)程在線觀察與分析。研究得出:轉(zhuǎn)速范圍為10~45r/min時(shí),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(shí),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(shí),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(zhǎng)越短;種子投種軌跡及投種過(guò)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(shí)間相關(guān)。轉(zhuǎn)速越高時(shí),投種軌跡擬合度越好,越接近平拋運(yùn)動(dòng)形成的拋物線,由此優(yōu)化投種口寬度值為40mm。
(6)開(kāi)展了基于EDEM的種子流遷移規(guī)律的仿真分析,探索性開(kāi)展了種子顆粒體及顆粒體群的速度、位移、合力與時(shí)間的作用機(jī)理:當(dāng)排種器轉(zhuǎn)速一定時(shí),充種區(qū)顆粒體群生成后,充種區(qū)種子群位移隨時(shí)間呈規(guī)律性周期變化,種子群所受合力隨時(shí)間趨于穩(wěn)定,其運(yùn)動(dòng)速度在顆粒生成后呈小幅度波動(dòng)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(shí)開(kāi)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(chǎng)模擬研究,明確了不同型孔結(jié)構(gòu)形狀處的氣流速度場(chǎng)的分布,得出當(dāng)型孔為直圓柱孔形時(shí),其氣流速度場(chǎng)變化均勻,符合排種器對(duì)負(fù)壓氣流速度均勻穩(wěn)定的要求。
(7)開(kāi)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(yàn),試驗(yàn)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(shí)
10、開(kāi)展了田間成苗率的測(cè)試與分析,測(cè)試結(jié)果表明油菜基本苗為2.92萬(wàn)株/畝;小麥基本苗為3.92萬(wàn)株/畝,分蘗數(shù)約為3~10株,分蘗后約為25.48萬(wàn)株/畝。符合油菜、小麥種植農(nóng)藝要求。利用測(cè)點(diǎn)法所開(kāi)展的田間測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)表明:油菜每畝預(yù)測(cè)產(chǎn)量為202kg;小麥每畝預(yù)測(cè)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(kāi)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
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