發(fā)布時間：2020-05-09 01:08

【摘要】：論文選題源于國家自然基金項目“基于內(nèi)降外增理論的高速機(jī)械式大豆精密排種機(jī)構(gòu)創(chuàng)新與機(jī)理研究”(項目編號：51275086)、黑龍江省青年科學(xué)基金項目“散粒體物料機(jī)械式定量分配裝置高速作業(yè)機(jī)理研究”(項目編號：QC2010028)。旨在通過優(yōu)化立式圓盤大豆排種器型孔的形狀和尺寸達(dá)到滿足不同尺寸大豆播種的目標(biāo)。 本文以立式圓盤大豆排種器的型孔為研究對象,創(chuàng)新設(shè)計了一種通過調(diào)節(jié)容腔深度來改變?nèi)萸惑w積的型孔,從而達(dá)到在不更換排種器部件的前提下,實現(xiàn)不同尺寸大豆的充種目標(biāo)。此型孔結(jié)構(gòu)由種勺、導(dǎo)種輪型孔和調(diào)節(jié)區(qū)構(gòu)成,其工作原理為：充種輪與導(dǎo)種輪同軸旋轉(zhuǎn),二者中間裝有護(hù)種板和調(diào)節(jié)擋板,通過對調(diào)節(jié)擋板的徑向調(diào)節(jié)來改變型孔的深度,使不同容積的型孔適合不同尺寸域的種子。種勺軸向均勻分布在充種輪上,隨著充種輪的轉(zhuǎn)動,種子進(jìn)入種勺中,當(dāng)種勺向上旋轉(zhuǎn)到一定角度時,多余的種子會靠自身重力下落,種勺轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)擋板最頂端時,種子由于失去依托而掉入導(dǎo)種環(huán)槽中,隨著導(dǎo)種輪的旋轉(zhuǎn),種子被送到最下方的投種口進(jìn)行投種,完成播種的過程。 基于上述內(nèi)容,本文的主要工作如下： (1)大豆的物理特性。種子品種按地域分類,建立具有統(tǒng)計學(xué)意義的幾何實體模型。研究種子的外部輪廓,提取曲面特征參數(shù),獲取彈性模量、泊松比、碰撞恢復(fù)系數(shù)、摩擦系數(shù)以及擠壓或剪切破壞時的力及能量,為虛擬仿真及試驗研究提供理論基礎(chǔ)。根據(jù)大豆品種尺寸分布,按有效直徑分為以下4個區(qū)域：4.5mm～6mm；6mm～8mm；8mm～10.5mm:10.5mm～13mm。 (2)型孔系列尺寸優(yōu)化研究。由于大豆種子種類繁多,尺寸分布范圍廣,差異大,為了達(dá)到精密播種的目的,傳統(tǒng)的機(jī)械式排種器將種子按不同尺寸進(jìn)行分級,每一級都有一種相應(yīng)型孔尺寸的排種盤,這樣既增加了成本,使用也不方便。其中一個解決辦法就是優(yōu)化型孔的尺寸,以最少數(shù)目的排種盤系列涵蓋不同尺寸的大豆種子。本文通過對立式圓盤大豆排種器型孔尺寸的優(yōu)化,最終設(shè)計得出4個排種盤,使其能夠達(dá)到涵蓋不同尺寸大豆種子播種的目標(biāo)。 (3)型孔的基礎(chǔ)與輔助結(jié)構(gòu)分析。本文創(chuàng)新設(shè)計了一種可調(diào)節(jié)深度的勺形結(jié)構(gòu)復(fù)式型孔——組合勺形復(fù)式型孔。進(jìn)一步解決排種器涵蓋種子尺寸播種范圍小的問題。通過調(diào)節(jié)擋板的位置來調(diào)節(jié)容腔深度,從而實現(xiàn)不同檔位對不同尺寸域大豆進(jìn)行充種的目的。對容腔各功能段的比例、基圓直徑、內(nèi)面傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行深入的研究,明確各特征結(jié)構(gòu)對種子籽粒充入型孔過程的作用方式、影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上綜合分析種子進(jìn)入型孔的充填力來源及主要影響因素。根據(jù)種子區(qū)域大小,對型孔調(diào)節(jié)擋板的位置進(jìn)行了初步的計算,根據(jù)調(diào)節(jié)深度相應(yīng)的將其分為4個檔位。 (4)EDEM虛擬仿真。通過EDEM顆粒體仿真技術(shù),將機(jī)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究置于虛擬的應(yīng)用環(huán)境中。本文通過建立種子的離散元模型,并將參數(shù)導(dǎo)入EDEM中建立形態(tài)及特征與真實種子物料樣本高度一致的顆粒體模型,建立排種器的三維模型。采用多因素試驗研究分析了種勺傾角、調(diào)節(jié)間隙、作業(yè)速度對排種器工作性能的影響規(guī)律,并建立了相應(yīng)的回歸方程,對各因素之間的交互作用及影響規(guī)律做了初步的分析。又采用單因素試驗研究分別分析了這三個因素對排種器工作性能的影響規(guī)律,分析其顯著性,并確定各因素的最優(yōu)參數(shù)。 (5)排種器試驗。利用JPS-12計算機(jī)視覺精密排種器檢測實驗臺開展試驗研究,對于精密排種器,提供精確的種子粒距、合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)和變異系數(shù)等檢測指標(biāo),并輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗數(shù)據(jù)和圖表。采用理論分析與仿真得到的型孔各結(jié)構(gòu)參數(shù)加工出樣品模型,做試驗加以驗證,確定了各個參數(shù)的真實合理性。并與系列排種盤的立式圓盤大豆排種器做了對比試驗,進(jìn)一步驗證了此類型孔對不同尺寸大豆種子的適應(yīng)性。 研究表明,這種可調(diào)節(jié)深度的勺形結(jié)構(gòu)復(fù)式型孔可有效的解決適播種子尺寸域小的問題,能夠適應(yīng)不同尺寸大豆的充種目標(biāo),不用更換排種器部件,調(diào)節(jié)檔位與種子域一一對應(yīng),且在提高排種盤轉(zhuǎn)速的情況下也能達(dá)到精確播種的目標(biāo),具有應(yīng)用范圍廣、使用方便、可靠的特點(diǎn)。調(diào)節(jié)擋板的調(diào)節(jié)檔位如下：1檔調(diào)節(jié)深度為Omm;2檔調(diào)節(jié)深度為2.5mm;3檔調(diào)節(jié)深度為3mm；4檔調(diào)節(jié)深度為5mm。檔位分別對應(yīng)大豆種子等效直徑的4個范圍區(qū)域。同時對理論設(shè)計中所提出的勺形結(jié)構(gòu)復(fù)式型孔的各參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,確定了具有最佳效果的參數(shù)組合,即：外傾角為30°；內(nèi)傾角為750;種勺厚度為2mm種勺傾角為30°；清種傾角為45°。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S223.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2655338