菜氣力滾筒式精量集排器排種技術(shù)研究與仿真分析.pdf

1、目前中國(guó)、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(guó)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(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，機(jī)械直播比例僅16.2％，油菜主要播種方式仍以半機(jī)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(shù)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(guó)內(nèi)外油菜機(jī)械化播種技術(shù)與裝備研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，提出一種油菜氣力滾筒式精量集排器，以實(shí)現(xiàn)油菜精量播種并簡(jiǎn)化播種機(jī)結(jié)

2、構(gòu)實(shí)現(xiàn)一器多行功能，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展油菜氣力滾筒式精量集排器排種技術(shù)研究與仿真分析，并研制一種集漏播檢測(cè)與報(bào)警于一體的實(shí)時(shí)漏播檢測(cè)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(shè)計(jì)與排種過(guò)程分析。主要開(kāi)展了集排器關(guān)鍵部件中的排種滾筒、種箱、導(dǎo)種裝置及氣室等結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了集排器排種過(guò)程中吸種、攜種、投種等主要環(huán)節(jié)下排種過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)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(fù)壓氣室容積為3.92×106mm3，正壓氣室容積大小為7.84×105mm3，其負(fù)壓管半徑應(yīng)不少于5.85mm，正壓管半徑應(yīng)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(yīng)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(dòng)比及功率損耗率。試驗(yàn)結(jié)果表明:集排器排種

4、滾筒轉(zhuǎn)速為18r/min，正壓氣室正壓相對(duì)壓力值為1800Pa以及集排器負(fù)壓氣室負(fù)壓相對(duì)壓力值為-3400Pa時(shí)，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(yàn)與分析。運(yùn)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(guò)對(duì)集排器中油菜籽群的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真分析，研究油菜籽種子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其影響因素;借助ANSYS/ CFX軟件開(kāi)展了該集排器

5、型孔的氣流場(chǎng)仿真分析，探討了集排器型孔形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)及其對(duì)種子吸附性能影響規(guī)律，以集排器型孔端面處平均壓強(qiáng)以及平均流速為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)集排器排種滾筒上型孔結(jié)構(gòu)、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(wú)氣囊組合等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了單因素仿真試驗(yàn)與正交仿真試驗(yàn)研究。仿真研究結(jié)果表明:采用階梯孔形式的型孔，型孔結(jié)構(gòu)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(dòng)誤差范圍為0.19％。四者結(jié)構(gòu)參數(shù)均是影響排種器氣流場(chǎng)分布的重要因素，其中型孔結(jié)構(gòu)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(yù)試驗(yàn)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(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展集排器單因素臺(tái)架試驗(yàn)。單因素臺(tái)架試驗(yàn)表明:當(dāng)正壓氣室相對(duì)壓力值為1800pa，負(fù)壓氣室相對(duì)壓力值為3400pa，排種轉(zhuǎn)速為18r/min時(shí)，各行合格指數(shù)平均可達(dá)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(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展了集排器路面試驗(yàn)。正交試驗(yàn)表明:集排器負(fù)壓氣室負(fù)壓輸出方式、東方紅854拖拉機(jī)手控油門(mén)刻度大小以及過(guò)渡軸傳動(dòng)比為試驗(yàn)因素對(duì)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(fù)壓出氣方式采用雙端出氣，過(guò)渡軸與仿形地輪傳動(dòng)比為1.72，東方紅854拖拉機(jī)采用手動(dòng)油門(mén)1/2刻度為輸入動(dòng)力。
　　(4)精量

8、排種器排種性能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。針對(duì)油菜粒徑小易引起氣力式油菜精量排種器實(shí)時(shí)漏播檢測(cè)及性能檢測(cè)難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)研制了一種基于單片機(jī)的精量排種器排種性能檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，提出了一種基于排種頻率檢測(cè)方法（可用于田間實(shí)時(shí)漏播檢測(cè)），通過(guò)測(cè)頻裝置對(duì)不同轉(zhuǎn)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(cè)量試驗(yàn)，獲得了不同轉(zhuǎn)速下界定漏播嚴(yán)重程度的頻率劃分區(qū)域，即正常區(qū)、弱漏播區(qū)與嚴(yán)重漏播區(qū)。在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試表明:排種頻率法能有效實(shí)現(xiàn)漏播程度的檢測(cè)，無(wú)

9、漏播時(shí)檢測(cè)準(zhǔn)確率為100％，當(dāng)量型孔堵塞8孔以上時(shí)判定為漏播的準(zhǔn)確率為100％;
　　一種基于排種間隔時(shí)間檢測(cè)方法（可用于排種器性能檢測(cè)），開(kāi)展基于單片機(jī)排種間隔時(shí)間性能檢測(cè)系統(tǒng)與基于JPS-12型機(jī)器視覺(jué)排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)同步試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:基于單片機(jī)排種間隔時(shí)間性能檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)漏播指數(shù)與基于JPS-12型機(jī)器視覺(jué)排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)漏播指數(shù)平均誤差為0.31％，最大誤差為0.7％;基于單片機(jī)排種間隔時(shí)間性能檢測(cè)系統(tǒng)檢

10、測(cè)重播指數(shù)與基于JPS-12型機(jī)器視覺(jué)排種器試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)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(yīng)用。對(duì)油菜氣力滾筒式精量集排器與精量排種器排種性能檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并開(kāi)展了油菜氣力滾筒式精量集排器排種系統(tǒng)田間試驗(yàn)。田間試驗(yàn)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(yàn)表明:油菜氣力滾筒式精量