气吸式马铃薯排种器的设计与试验研究

发布时间：2020-08-15 10:54

【摘要】：目前国内外马铃薯排种器均以机械式为主,普遍存在排种合格指数低、排种粒距均匀性差、作业速度低等问题。现有的气吸式排种技术多用于玉米、大豆、水稻等小粒径作物的播种作业,根据对玉米、大豆等作物排种技术的理论研究及实际应用情况可知,气吸式排种技术相比于机械式排种技术的排种质量更好,作业速度更高。因此,有必要研究和发展气吸式马铃薯排种技术。马铃薯播种为块茎播种,其块茎整体尺寸为玉米、大豆等作物种子尺寸的数倍乃至数十倍,且现有的气吸式排种器结构多采用排种盘式或滚筒式,受排种盘结构尺寸和型孔尺寸的制约,此类结构形式的气吸式排种器无法播种马铃薯种薯,且马铃薯种薯形状不规则,更增加了马铃薯气吸式排种的难度。针对这一关键问题,从排种器种箱内部的种面高度、吸种嘴材质与几何形状、吸种负压、投种正压、投种角度等方面,展开理论与试验研究,从而获得适合高速精量播种的排种器结构与工作参数,实现大质量、不规则种薯的高速精量播种和同一排种器兼播常规薯与微型薯。主要研究内容如下:(1)设计一种多臂分布式马铃薯气吸排种器,通过理论分析确定排种器阀体、吸种臂和吸种嘴等主要结构参数,分别对吸种过程和投种过程进行基础解析,获得排种器可靠作业所需吸种负压的理论值、影响零速投种性能的主要因素及各因素的试验取值范围,并对影响排种作业质量的投种角和种面高度进行设计,获得相应参数值,用于后续的试验研究。(2)进行排种器负压区气流场仿真分析,分别获取排种器不安装吸种嘴、安装常规薯吸种嘴和安装微型薯吸种嘴时的负压气流速度和压强分布,结合排种器试验台试验效果,证明排种器设计的合理性。(3)使用常规薯和微型薯分别进行负压吸种试验和正压零速投种试验,明确显著影响排种器负压吸种和正压气流零速投种质量的因素,以及各因素对吸种、投种质量的影响规律,获得各参数较优水平组合,针对较优水平组合进行相应验证试验,验证该作业参数组合下排种器性能满足马铃薯播种作业要求,以及使用正压气流实现零速投种的方式合理可行,为马铃薯播种机排种器的研究和设计提供理论及技术参考。相关研究结果:(1)采用负压吸种、正压气流零速投种的工作方式实现气吸式排种器播种马铃薯种薯,排种器的配气阀内部加工为彼此独立的正、负压区,负压区所占角度为300°,正压区所占角度约为13°;配气阀外圆周表面均匀分布20个吸种臂,吸种臂内径为20 mm,后部折弯90°;吸种嘴材质选为丁腈橡胶,根据播种用种薯的直径范围,确定常规薯吸种嘴端部内径最小为20 mm,最大为48 mm,端部折弯角度为145°,微型薯吸种嘴端部的内径最大为19 mm,最小为10 mm,端部折弯角度为145°,更换不同的吸种嘴,排种器可兼播常规薯和微型薯;通过理论分析得到排种所需气压的数学表达式及主要影响因素,为后期试验研究提供参考。(2)从仿真结果和验证试验结果可知,排种器内部负压气流速度和压强分布均匀,吸管接口内气流速度和负压最大,与吸管接口临近的吸种臂内部气流速度和负压均较大,该区域与排种器吸种区重合,即处于吸种区内的吸种臂可产生较大吸种负压;安装吸种嘴后,虽然吸种嘴端部的气体流速和压力分布均匀性发生变化,但并不影响气流场整体分布的均匀性,且安装吸种嘴后实现了排种器兼播常规薯与微型薯,因此,可认为排种器设计合理。(3)由负压吸种试验可知,当排种器转速、种面高度和吸种负压分别为30 r/min、25 cm和10 k Pa时,播种常规薯的重播指数为2.4%,漏播指数为1.5%,合格指数为96.1%;当排种器转速、种面高度和吸种负压分别为35 r/min、17 cm和4 k Pa时,播种微型薯的重播指数为4.4%,漏播指数为3.2%,合格指数为92.4%。(4)进行正压零速投种试验,试验结果表明,当投种正压15 k Pa、排种器转速35 r/min、投种角60°时,排种器播种常规薯的重播指数为2.9%、漏播指数为1.4%、合格指数为95.7%、变异系数为9.4%;当投种正压、排种器转速和投种角分别为5 k Pa、35 r/min和60°时,排种器播种微型薯的重播指数为2.1%、漏播指数为0.9%、合格指数为97.0%、变异系数为8.2%,排种器各项性能指标均优于国家标准中规定的指标值(重播指数≤22%,漏播指数≤17%,合格指数≥70%),满足马铃薯播种作业要求。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S223.2

【相似文献】