预切种甘蔗勺链式排种器设计与试验

发布时间：2021-10-31 10:15

　　针对目前预切种式甘蔗排种器普遍存在充种效果差、合格指数低等问题,设计了一种预切种甘蔗勺链式排种器。基于最速降线理论分析和待充蔗种的充种状态分析,阐明了最速降线可提高充种性能的原理;利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同种勺倾角和种勺数量对充种性能的影响。仿真结果表明,当种勺倾角为30°、种勺数量为15个时,充种性能较好;通过台架单因素试验,对种层高度调节装置和隔离板倾角进行了分析,为充种过程提供了有利条件。以作业速度、排种器倾角、种层高度为试验因素,以合格指数、漏充指数、重充指数为试验指标,进行二次回归旋转正交组合试验,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响。结果表明,当种层高度为360 mm、作业速度为1.45～2.37 km/h、排种器倾角为9.53°～15.15°时,排种器平均合格指数为95.33%,平均漏充指数和平均重充指数分别为3.11%、1.56%,满足甘蔗种植要求。 

【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

预切种甘蔗勺链式排种器试验台结构示意图Fig．1Schematicsofteststandstructureofpre-cuttingandspoonseed-meteringdeviceforsugarcane

选择最速降线进行分析［23］。以种勺内蔗种为研究对象，建立空间坐标系并对其进行受力分析，简化蔗种沿着种勺边界进入种勺的曲线为抛物线，如图2b所示，设抛物线方程为z=tx2，研究蔗种在xOz平面内的运动状态，受力分析为mgcosβ=FNFf=FNtanφ{(2)式中β———曲线在滑落点切线夹角，(°)φ———蔗种与种勺间摩擦角，(°)FN———种勺对蔗种支持力，NFf———种勺对蔗种摩擦力，Nm———蔗种质量，kgg———重力加速度，m/s2图2种勺结构图Fig．2Structureofseedspoon充种过程中种勺摩擦力Ff所做功为W，则其横向位移为－槡h/t(即蔗种下落至种勺底部时的位移)，其中h为下落高度，该曲线为最速降线。由此可得摩擦力做功为W=∫Ffds=∫mgcosβtanφds=－∫0槡－h/tmgtanφ槡h/tds(3)根据能量守恒定律有12mv2z+mgh=∫Ffds+12mv2x(4)式中vz———蔗种初始下落速度，m/svx———蔗种到达种勺底部时水平速度，m/s由式(3)、(4)可得v2z+2gh=－2gtanφ槡h/t+v2x(5)代入抛物线方程z=tx2得到β=arctan(2h(2gtanφv2z－v2x+2gh)2x)(6)其中h为20mm，蔗种初始下落速度即为升运链线速度，实际试验过程中，排种器主动链轮转速取值范围为28～126r/min，得到升运链线速度取值范围为0.134～0.503m/s;vx为蔗种滑落至充种勺底部时的速度，在理想状态下蔗种到达底部时速度为零;前期试验测得摩擦角φ为28°～35°;x为槡153mm

制饔胨?矫婕薪牵?°)μ1———种勺与蔗种静摩擦因数整理得到α≥arcsin2v2s+gD(μ1－μ21－sinφ)gD(8)由式(8)可得，排种器倾角α是影响种勺能否稳定充种的重要因素，并且与蔗种静摩擦角φ、链轮分度圆直径D、升运链线速度vs有关，其中根据试验测得μ1为0.590。代入相关参数得到α≥20.9°，即相对于垂直状态，排种器倾角应小于69.1°。为在台架试验中方便验证排种器与水平面夹角，本文在排种器试验台上加入了角度调节装置，如图4所示。图4角度调节装置Fig．4Schematicofangleadjustingdevice1．夹紧螺母2．定位板3．限位板4．支撑轴图5清种器结构示意图Fig．5Schematicsofseedsclearing2.2清种器由于蔗种的尺寸差异较大，种勺设计时需要大于单根蔗种的尺寸，导致了可能会有多根蔗种进入种勺。为此设计一种清种器，如图5a所示，在保留一根蔗种在种勺的同时清出多余的蔗种。如图5b，对多充的蔗种进行受力分析，若使蔗种能够从种勺中滚落，需有mgsinγ－Ff＜ma12dFf=Iψa=12dψI=110md2(9)式中γ———两蔗种圆心连线与垂线夹角，(°)ψ———蔗种角加速度，rad/s2a———质心加速度，m/s2I———转动惯量，kg·m2得到Ff＜27mgsinγ(10)由Ff=μ2mgcosγ得27mgsinγ－μ2mgcosγ＞0(11)sin(γ+arctan(－72μ2))＞0(12)式中μ2———蔗种与蔗种间滚动摩擦因数代入相关参数后得到角度γ需大于等于16.20°才可

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本文编号：3467947