播種機(jī)械在保證作物增產(chǎn)和推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步中具有極其重要的地位和作用,播種質(zhì)量的優(yōu)劣決定了作物的產(chǎn)量。近年來,隨著高速、寬幅、精準(zhǔn)播種作業(yè)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)機(jī)械新技術(shù)與新工藝的廣泛應(yīng)用,國內(nèi)播種機(jī)的作業(yè)效率已獲得大幅提升。播種機(jī)的作業(yè)效率主要由排種器決定。目前,為了提高排種器種子吸附效率,減小單粒種子分離阻力,一般采用機(jī)械攪種裝置、機(jī)械振動(dòng)、氣力擾動(dòng)方式來改善充種性能。在清種時(shí),通常采用在排種器內(nèi)部安裝清種元件,對多吸附的種子進(jìn)行清除。清種元件需要較準(zhǔn)確的安裝位置,并且需參照種子品種、大小的不同,調(diào)整清種元件的位置來提高排種性能,該裝置需要一定的安裝空間,增加了排種器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。為此,本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)為開放式半圓筒結(jié)構(gòu)的集排帶式排種器,利用氣壓力和離心力的作用將種子吸附到型孔上;利用摩擦力使位于半圓筒結(jié)構(gòu)底部的種子隨著排種帶向上運(yùn)動(dòng),減小種子與型孔之間的相對速度,改善充種性能;清種振動(dòng)裝置通過柔性排種帶使型孔振動(dòng),來擾動(dòng)多余吸附的種子,利用種子間吸附力的差異,吸力較大的種子將擠掉其它吸力較弱的種子,形成型孔單粒吸附,實(shí)現(xiàn)清種過程,同時(shí)擾動(dòng)堆積區(qū)域的種群,降低分離阻力,提高充種效率,提升工作性能。本文對以下內(nèi)容進(jìn)行研究:(1)集排帶式排種器總體方案設(shè)計(jì)為簡化排種器內(nèi)部構(gòu)造,減少功耗,提高播種效率,適用作物窄行密植的農(nóng)藝要求,利用其半圓筒的結(jié)構(gòu)特性使種子堆積區(qū)域的種子循環(huán)流動(dòng)有利于完成充種過程,利用帶的柔性特征通過清種振動(dòng)裝置完成清種過程,對集排帶式排種器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。闡述其基本結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)集排帶式排種器工作過程分析結(jié)合動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)等相關(guān)理論知識(shí),對排種器的主要充種、清種過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析,構(gòu)建充種、清種兩個(gè)過程的種子動(dòng)力學(xué)相關(guān)模型,得到了種子吸附的影響因素,對清種過程中的拋落的種子的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析,得到避免在清種過程中拋落的種子進(jìn)入投種管入口吸場內(nèi)引起重播的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù),明確排種機(jī)理。(3)集排帶式排種器的關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)分析對排種器的關(guān)鍵部件,清種振動(dòng)裝置、排種帶、密封裝置、殼體和機(jī)架等進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,得到相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù),保證了排種器的整體具有良好的工作性能。(4)集排帶式排種器內(nèi)部的流場分析運(yùn)用有限單元法對排種器內(nèi)部流場區(qū)域進(jìn)行簡化建模,進(jìn)行排種器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬計(jì)算,探究在不同進(jìn)氣口位置和數(shù)量對排種器內(nèi)部流場的壓力影響,得到相對應(yīng)的壓力和氣流速度的分布情況,確定了最佳進(jìn)氣口位置和數(shù)量。(5)集排帶式排種器的試驗(yàn)研究對集排帶式排種器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。探究了氣壓值、作業(yè)速度、清種振動(dòng)頻率、清種振動(dòng)裝置的安裝位置等因素對集排帶式排種器作業(yè)性能的影響規(guī)律。選取氣壓值、作業(yè)速度、清種振動(dòng)頻率為試驗(yàn)因素對排種器進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn),建立以合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型,分析了各個(gè)因素對合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)的影響規(guī)律。確定最佳參數(shù)組合為:氣壓值4.4kPa,作業(yè)速度10.5km/h、清種振動(dòng)頻率44.6Hz,此時(shí)排種器各性能指標(biāo)為:合格指數(shù)90.6%,重播指數(shù)2.0%,漏播指數(shù)7.4%。并對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),表明該排種器滿足播種機(jī)的技術(shù)要求。
【學(xué)位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S223.2
【部分圖文】：

c） d）圖 1-1 國外精量播種機(jī)Fig. 1-1 The abroad precision planter（2）國內(nèi)播種機(jī)我國農(nóng)業(yè)人口多，耕種作業(yè)面積相對較小，與播種機(jī)相配套的動(dòng)力輸出裝置多為小馬力拖拉機(jī)。我國的農(nóng)機(jī)企業(yè)和相關(guān)學(xué)者通過對國外先進(jìn)的播種機(jī)械的學(xué)習(xí)和吸收，自主研發(fā)設(shè)計(jì)了適合我國國情的相應(yīng)播種機(jī)機(jī)型[46]。如圖 1-2（a）為農(nóng)哈哈 7 行大豆播種機(jī)，該排種器專為播種黃豆設(shè)計(jì)，其播種行距小，解決了播種機(jī)播黃豆行距無法調(diào)小的問題，播種開溝器后配有兩個(gè)相互分離的仿形輪，進(jìn)行種溝兩邊的壓種，種溝內(nèi)不鎮(zhèn)壓，種溝覆土?xí)r下緊上松，解決雙子葉的黃豆苗破土難題[47]。如圖 1-2（b）為大華寶來 2BMYFZQ 系列牽引式免耕指夾精量施肥播種機(jī)，該播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可通過三點(diǎn)懸掛背負(fù)作業(yè)，利用自身的仿形功能，在不同作業(yè)環(huán)境下均可達(dá)到良好的作業(yè)效果。指夾式排種器實(shí)現(xiàn)單粒精播，多級變速可滿足不同地域不同株距的需求，作業(yè)速度可達(dá) 8~10km/h[48]。如圖 1-2（c）為勃農(nóng) 2BQZ-4 型播種機(jī)，該播種機(jī)既可聯(lián)合作業(yè)又可單項(xiàng)作業(yè)。聯(lián)合作業(yè)時(shí)，壟體深松、分層施肥、開溝播種起壟、覆土、鎮(zhèn)壓等工作可通過更換部件，實(shí)現(xiàn)一次完成。單項(xiàng)作業(yè)時(shí)，可完成播種、起壟、趟地、分層施肥等作業(yè)。根據(jù)排種器的不同，可完成雙條單粒等距點(diǎn)播大豆或單條等距點(diǎn)播玉米等工作，可進(jìn)行精密播種作業(yè)，具有種子分布均勻、省種、省工、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)[49]。

c） d）圖 1-2 國內(nèi)精量播種機(jī)Fig.1-2 The domestic precision planter綜合上述可知，目前中國播種機(jī)主要應(yīng)用的排種器類型以機(jī)械式排種器為主，其結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝要求不高且造價(jià)低廉，在進(jìn)行寬幅作業(yè)時(shí)需使多個(gè)排種單體交錯(cuò)排列，增加了播種機(jī)整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。集排式排種器可簡化播種機(jī)整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)寬幅作業(yè)，對播種機(jī)械的發(fā)展有重要的推進(jìn)作用。1.2.2 國內(nèi)外排種器研究現(xiàn)狀播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)，必須將種子在短暫的農(nóng)時(shí)內(nèi)，根據(jù)相應(yīng)的農(nóng)藝要求，播進(jìn)田中，使作物獲得良好的生長條件。播種質(zhì)量的好壞將直接影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。而排種器的工作質(zhì)量直接影響播種質(zhì)量。排種器工作時(shí)，主要由充種過程、清種過程、攜種過程以及投種過程組成。排種器將種箱內(nèi)的種子進(jìn)行分離、定量處理，使種子形成均勻的種子流平穩(wěn)的落入種溝內(nèi)，完成排種過程[51]。國內(nèi)外學(xué)者為滿足日益增長的農(nóng)藝要求對排種器不斷地進(jìn)行深入研究，研制了多種新型排種器，并對已有的排種器的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行改進(jìn)、提高。（1）國外排種器

引 言自20世紀(jì)40年代開始，歐美等國外學(xué)者和相關(guān)的農(nóng)機(jī)企業(yè)開始逐步對排種器進(jìn)行研究，初期主要集中在機(jī)械式排種器，目前在中耕作物、麥類等條播和半精量作物仍在繼續(xù)使用[52]。具有代表性的機(jī)型有西德 BeeherCG-6、美國 John Deere700、英國 S-870 等，此類排種器的優(yōu)勢在于加工難度低、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單。其缺點(diǎn)在于播種速度低、播種形式單一、無法滿足種子多樣性的播種要求。如圖 1-3 所示。

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