型孔容积可变式精密排种器设计与粒距一致性试验研究

发布时间：2020-07-25 10:52

【摘要】：实现大豆增产丰收,对于提升我国大豆国际竞争力、保障国家粮食安全具有重要的战略意义。精密播种粒距分布研究属于精密播种理论研究中的重要组成部分,提高排种器的粒距一致性对于农作物的增产丰收具有关键作用。由文献总结出提高排种器粒距一致性需要具备两个条件:排种时形成等时距种子流;各种子从排种器相同位置排出,且投种轨迹一致。由机械式强制排种入手,设计出采用凸轮推杆机构实现定点强制排种的型孔容积可变式精密排种器。从理论上分析出采用凸轮推杆排种机构减少了投种形式(仅存在强制投种),且该排种器对种子外形和尺寸差异不敏感,能满足“两个条件”,为提高垂直圆盘排种器的粒距一致性提供了理论支撑。对型孔容积可变式精密排种器进行了整体设计。型孔转动到排种器最底部时强制排种,采用依靠弹簧力锁合、带尖底从动件的盘形凸轮机构。型孔圆盘和凸轮机构的参数为:圆盘直径200 mm,型孔数30,型孔直径8~10 mm,型孔深度6.4~7 mm,型孔倒角1~3 mm;凸轮基圆半径49 mm,推程运动角24°,升程5 mm,远休止角12°,回程运动角36°。选用“抛物线-直线-抛物线”从动件运动规律设计出凸轮轮廓极坐标方程。最后,对排种器的传动方式、整体结构进行了设计,并在CATIA中完成了排种器零部件的建模、虚拟装配和干涉分析。采用响应曲面模型(RSM)中的Box-Behnken试验设计方法对排种器型孔参数的优化进行试验设计,并在离散元软件EDEM中实施试验方案。利用Design-Expert软件进行响应曲面回归分析及预测寻优,得出:(1)单粒率和空穴率受直径和倒角影响显著;(2)单粒率、空穴率的回归方程;(3)对于所选大豆,型孔参数最优解为,直径10 mm、深度6.5mm、倒角2 mm。为验证离散元方法用于型孔参数优化是否正确,进行了离散元和JPS-12排种器试验台对比试验,两者结果相近,表明:离散元仿真试验的结果准确,型孔参数的最优解可信。为验证型孔容积可变式精密排种器可提高粒距一致性,与毛刷轮式排种器进行了粒距分布对比试验。为精确研究合格粒距一致性,采用合格粒距纵向一致性(粒距纵向一致性)和合格粒距横向一致性(粒距横向一致性)表示合格粒距一致性;用粒距标准差()、种子偏离中心线距离的标准差()分别衡量两者的大小。试验结果表明:(1)两排种器的粒距纵向、横向一致性均随作业速度增大而变差;(2)型孔容积可变式精密排种器比毛刷轮式排种器粒距纵向一致性提高14%~21%,粒距横向一致性提高18%~26%,型孔容积可变式精密排种器可提高粒距一致性。为深入分析型孔容积可变式精密排种器提高粒距一致性的原因,借助高速摄像技术对上述排种器进行了投种对比试验,从排种时距和投种轨迹上进行分析,结果表明:采用凸轮推杆机构、实现定点强制排种的型孔容积可变式精密排种器,提高粒距一致性的原因为,排种时距稳定,投种轨迹均匀一致,即满足提高排种器粒距一致性需要具备的“两个条件”。本文对精密播种理论、精密排种器研究均进行了有益的探索。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S223.2

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本文编号：2769732