立式圆盘大豆排种器型孔优化设计与试验研究

发布时间：2020-05-09 01:08

【摘要】：论文选题源于国家自然基金项目“基于内降外增理论的高速机械式大豆精密排种机构创新与机理研究”(项目编号：51275086)、黑龙江省青年科学基金项目“散粒体物料机械式定量分配装置高速作业机理研究”(项目编号：QC2010028)。旨在通过优化立式圆盘大豆排种器型孔的形状和尺寸达到满足不同尺寸大豆播种的目标。本文以立式圆盘大豆排种器的型孔为研究对象,创新设计了一种通过调节容腔深度来改变容腔体积的型孔,从而达到在不更换排种器部件的前提下,实现不同尺寸大豆的充种目标。此型孔结构由种勺、导种轮型孔和调节区构成,其工作原理为：充种轮与导种轮同轴旋转,二者中间装有护种板和调节挡板,通过对调节挡板的径向调节来改变型孔的深度,使不同容积的型孔适合不同尺寸域的种子。种勺轴向均匀分布在充种轮上,随着充种轮的转动,种子进入种勺中,当种勺向上旋转到一定角度时,多余的种子会靠自身重力下落,种勺转到调节挡板最顶端时,种子由于失去依托而掉入导种环槽中,随着导种轮的旋转,种子被送到最下方的投种口进行投种,完成播种的过程。基于上述内容,本文的主要工作如下： (1)大豆的物理特性。种子品种按地域分类,建立具有统计学意义的几何实体模型。研究种子的外部轮廓,提取曲面特征参数,获取弹性模量、泊松比、碰撞恢复系数、摩擦系数以及挤压或剪切破坏时的力及能量,为虚拟仿真及试验研究提供理论基础。根据大豆品种尺寸分布,按有效直径分为以下4个区域：4.5mm～6mm；6mm～8mm；8mm～10.5mm:10.5mm～13mm。 (2)型孔系列尺寸优化研究。由于大豆种子种类繁多,尺寸分布范围广,差异大,为了达到精密播种的目的,传统的机械式排种器将种子按不同尺寸进行分级,每一级都有一种相应型孔尺寸的排种盘,这样既增加了成本,使用也不方便。其中一个解决办法就是优化型孔的尺寸,以最少数目的排种盘系列涵盖不同尺寸的大豆种子。本文通过对立式圆盘大豆排种器型孔尺寸的优化,最终设计得出4个排种盘,使其能够达到涵盖不同尺寸大豆种子播种的目标。 (3)型孔的基础与辅助结构分析。本文创新设计了一种可调节深度的勺形结构复式型孔——组合勺形复式型孔。进一步解决排种器涵盖种子尺寸播种范围小的问题。通过调节挡板的位置来调节容腔深度,从而实现不同档位对不同尺寸域大豆进行充种的目的。对容腔各功能段的比例、基圆直径、内面倾角等结构参数进行深入的研究,明确各特征结构对种子籽粒充入型孔过程的作用方式、影响规律,在此基础上综合分析种子进入型孔的充填力来源及主要影响因素。根据种子区域大小,对型孔调节挡板的位置进行了初步的计算,根据调节深度相应的将其分为4个档位。 (4)EDEM虚拟仿真。通过EDEM颗粒体仿真技术,将机构与关键技术研究置于虚拟的应用环境中。本文通过建立种子的离散元模型,并将参数导入EDEM中建立形态及特征与真实种子物料样本高度一致的颗粒体模型,建立排种器的三维模型。采用多因素试验研究分析了种勺倾角、调节间隙、作业速度对排种器工作性能的影响规律,并建立了相应的回归方程,对各因素之间的交互作用及影响规律做了初步的分析。又采用单因素试验研究分别分析了这三个因素对排种器工作性能的影响规律,分析其显著性,并确定各因素的最优参数。 (5)排种器试验。利用JPS-12计算机视觉精密排种器检测实验台开展试验研究,对于精密排种器,提供精确的种子粒距、合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数等检测指标,并输出符合国家标准要求的试验数据和图表。采用理论分析与仿真得到的型孔各结构参数加工出样品模型,做试验加以验证,确定了各个参数的真实合理性。并与系列排种盘的立式圆盘大豆排种器做了对比试验,进一步验证了此类型孔对不同尺寸大豆种子的适应性。研究表明,这种可调节深度的勺形结构复式型孔可有效的解决适播种子尺寸域小的问题,能够适应不同尺寸大豆的充种目标,不用更换排种器部件,调节档位与种子域一一对应,且在提高排种盘转速的情况下也能达到精确播种的目标,具有应用范围广、使用方便、可靠的特点。调节挡板的调节档位如下：1档调节深度为Omm;2档调节深度为2.5mm;3档调节深度为3mm；4档调节深度为5mm。档位分别对应大豆种子等效直径的4个范围区域。同时对理论设计中所提出的勺形结构复式型孔的各参数进行了优化,确定了具有最佳效果的参数组合,即：外倾角为30°；内倾角为750;种勺厚度为2mm种勺倾角为30°；清种倾角为45°。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S223.2

【参考文献】