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中央集排气送式精量排种器设计与试验研究

祁兵  
【摘要】:随着种子质量和裁培技术的提升,我国当前农业生产对精量播种产生了迫切的需求。气力式排种器由于种子适应性好、适应高速作业等优势,已成为精量排种器的发展方向。目前气力式排种器以单行排种为主,排种器无法与仿形机构分离,具有振动大、布局困难、调整繁琐等问题;气力式排种器充种性能受种群移动阻力影响较大,对于玉米等流动性差的种子充种效果不佳。针对这些问题,本文分析了充种区种群合理空间状态,提出了扰种式气流结构,结合集中排种与气送投种的特点,研制了一种中央集排气送式精量排种器。 该排种器改变了气流进入种群的方向,利用气流扰动种群,气流由充种区下方进入,使充种区处于膨松状态,种子流动性好,充种性能可靠;利用正压滚筒充种,可实现一器多行作业,简化了播种机整体结构;利用气流输送远距离投种,实现了排种器与仿形机构的分离,振动干扰小,高速作业时优势尤为明显。 论文建立了传统气流结构与扰种式气流结构的力学模型,研究了种群状态对充种性能的影响机理。基于流体力学绕流阻力原理,建立了正压径向充种过程的力学模型,得出了影响压附性能的主要因素及影响规律。提出占据面积比例并对清种过程进行分析,确定了影响清种的各项参数及相互关系。在理论分析基础上,对排种器关键部件进行结构设计,确定了主要结构参数。 基于计算流体力学软件Fluent对排种器内部流场特性进行了数值模拟,考察了中央集排气送式排种器结构对内部流场分布的影响。分析了不同型孔数目、型孔直径下的充种区流场特性,结合理论分析,确定了合理的型孔数目。对排种器整体流场分布规律进行了仿真分析,计算结果显示不同排种行间的流场分布规律差异不大,充种区具有较高的压力及气流速度,符合设计要求。 对试制的中央集排气送式精量排种器进行了台架试验。对4~5.5mm范围内的4种不同孔径进行了压力、转速试验,试验表明,低速作业时4.5mm孔径排种效果最好,所需压力略高,但高速作业漏播严重;5.5mm孔径充种性能及高速作业适应性最好,所需压力最低,但低速作业重播较多。考虑玉米播种对漏播容忍度低,确定孔径为5.5mm。为解决5.5mm孔径低速作业的重播问题,对清种装置进行了优化试验,确定了合理的清种距离为0.25mm。对优化后的排种器进行转速试验,优化后与优化前相比合格指数在低速段有大幅提高,高速作业时变化不大。与勺轮式、气吹式、气吸式排种器进行了排种性能对比,在4~12km/h的作业速度内中央集排气送式排种器平均合格指数最高,充种性能优越,能够较好的适应高速作业。


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