集排带式排种器的设计与试验

发布时间：2020-09-01 21:30

　　播种机械在保证作物增产和推动农业科技进步中具有极其重要的地位和作用,播种质量的优劣决定了作物的产量。近年来,随着高速、宽幅、精准播种作业的发展以及农业机械新技术与新工艺的广泛应用,国内播种机的作业效率已获得大幅提升。播种机的作业效率主要由排种器决定。目前,为了提高排种器种子吸附效率,减小单粒种子分离阻力,一般采用机械搅种装置、机械振动、气力扰动方式来改善充种性能。在清种时,通常采用在排种器内部安装清种元件,对多吸附的种子进行清除。清种元件需要较准确的安装位置,并且需参照种子品种、大小的不同,调整清种元件的位置来提高排种性能,该装置需要一定的安装空间,增加了排种器结构的复杂性。为此,本文设计了一种结构为开放式半圆筒结构的集排带式排种器,利用气压力和离心力的作用将种子吸附到型孔上;利用摩擦力使位于半圆筒结构底部的种子随着排种带向上运动,减小种子与型孔之间的相对速度,改善充种性能;清种振动装置通过柔性排种带使型孔振动,来扰动多余吸附的种子,利用种子间吸附力的差异,吸力较大的种子将挤掉其它吸力较弱的种子,形成型孔单粒吸附,实现清种过程,同时扰动堆积区域的种群,降低分离阻力,提高充种效率,提升工作性能。本文对以下内容进行研究:(1)集排带式排种器总体方案设计为简化排种器内部构造,减少功耗,提高播种效率,适用作物窄行密植的农艺要求,利用其半圆筒的结构特性使种子堆积区域的种子循环流动有利于完成充种过程,利用带的柔性特征通过清种振动装置完成清种过程,对集排带式排种器的整体结构进行设计。阐述其基本结构和工作原理。(2)集排带式排种器工作过程分析结合动力学和运动学等相关理论知识,对排种器的主要充种、清种过程进行运动力学分析,构建充种、清种两个过程的种子动力学相关模型,得到了种子吸附的影响因素,对清种过程中的抛落的种子的运动轨迹进行分析,得到避免在清种过程中抛落的种子进入投种管入口吸场内引起重播的相关结构参数,明确排种机理。(3)集排带式排种器的关键部件的设计分析对排种器的关键部件,清种振动装置、排种带、密封装置、壳体和机架等进行设计分析,得到相关部件的结构参数和工作参数,保证了排种器的整体具有良好的工作性能。(4)集排带式排种器内部的流场分析运用有限单元法对排种器内部流场区域进行简化建模,进行排种器内部流场的数值模拟计算,探究在不同进气口位置和数量对排种器内部流场的压力影响,得到相对应的压力和气流速度的分布情况,确定了最佳进气口位置和数量。(5)集排带式排种器的试验研究对集排带式排种器进行台架试验。探究了气压值、作业速度、清种振动频率、清种振动装置的安装位置等因素对集排带式排种器作业性能的影响规律。选取气压值、作业速度、清种振动频率为试验因素对排种器进行参数优化试验,建立以合格指数、重播指数、漏播指数为目标的数学模型,分析了各个因素对合格指数、重播指数、漏播指数的影响规律。确定最佳参数组合为:气压值4.4kPa,作业速度10.5km/h、清种振动频率44.6Hz,此时排种器各性能指标为:合格指数90.6%,重播指数2.0%,漏播指数7.4%。并对优化结果进行验证试验,表明该排种器满足播种机的技术要求。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S223.2
【部分图文】：

精量播种机,播种机

c） d）图 1-1 国外精量播种机Fig. 1-1 The abroad precision planter（2）国内播种机我国农业人口多，耕种作业面积相对较小，与播种机相配套的动力输出装置多为小马力拖拉机。我国的农机企业和相关学者通过对国外先进的播种机械的学习和吸收，自主研发设计了适合我国国情的相应播种机机型[46]。如图 1-2（a）为农哈哈 7 行大豆播种机，该排种器专为播种黄豆设计，其播种行距小，解决了播种机播黄豆行距无法调小的问题，播种开沟器后配有两个相互分离的仿形轮，进行种沟两边的压种，种沟内不镇压，种沟覆土时下紧上松，解决双子叶的黄豆苗破土难题[47]。如图 1-2（b）为大华宝来 2BMYFZQ 系列牵引式免耕指夹精量施肥播种机，该播种机整机结构紧凑，可通过三点悬挂背负作业，利用自身的仿形功能，在不同作业环境下均可达到良好的作业效果。指夹式排种器实现单粒精播，多级变速可满足不同地域不同株距的需求，作业速度可达 8~10km/h[48]。如图 1-2（c）为勃农 2BQZ-4 型播种机，该播种机既可联合作业又可单项作业。联合作业时，垄体深松、分层施肥、开沟播种起垄、覆土、镇压等工作可通过更换部件，实现一次完成。单项作业时，可完成播种、起垄、趟地、分层施肥等作业。根据排种器的不同，可完成双条单粒等距点播大豆或单条等距点播玉米等工作，可进行精密播种作业，具有种子分布均匀、省种、省工、经济效益高等优点[49]。

排种器,精量播种机,播种机,机械式

c） d）图 1-2 国内精量播种机Fig.1-2 The domestic precision planter综合上述可知，目前中国播种机主要应用的排种器类型以机械式排种器为主，其结构简单、制造工艺要求不高且造价低廉，在进行宽幅作业时需使多个排种单体交错排列，增加了播种机整体结构的复杂性。集排式排种器可简化播种机整体结构，实现宽幅作业，对播种机械的发展有重要的推进作用。1.2.2 国内外排种器研究现状播种是农业生产中最为重要的环节，必须将种子在短暂的农时内，根据相应的农艺要求，播进田中，使作物获得良好的生长条件。播种质量的好坏将直接影响作物的产量和质量。而排种器的工作质量直接影响播种质量。排种器工作时，主要由充种过程、清种过程、携种过程以及投种过程组成。排种器将种箱内的种子进行分离、定量处理，使种子形成均匀的种子流平稳的落入种沟内，完成排种过程[51]。国内外学者为满足日益增长的农艺要求对排种器不断地进行深入研究，研制了多种新型排种器，并对已有的排种器的结构、性能进行改进、提高。（1）国外排种器

排种器,精量,机械式

引言自20世纪40年代开始，欧美等国外学者和相关的农机企业开始逐步对排种器进行研究，初期主要集中在机械式排种器，目前在中耕作物、麦类等条播和半精量作物仍在继续使用[52]。具有代表性的机型有西德 BeeherCG-6、美国 John Deere700、英国 S-870 等，此类排种器的优势在于加工难度低、成本低廉、结构简单。其缺点在于播种速度低、播种形式单一、无法满足种子多样性的播种要求。如图 1-3 所示。

【相似文献】