内充气吹式玉米精量排种器仿真优化与试验研究

【摘要】：精量播种是机械化播种作业的发展趋势,现有机械式精密排种器播种精度不高、难以适应高速作业;气吸式排种器结构复杂、动力消耗大,均难以满足实际生产需求。因此研发一种结构简单、又能实现高速精密播种的排种器成为一个重要课题。基于机械内充式排种器良好的充种性能,利用气吹式排种器高速气流清种以及气压式排种器气压差存种实现单粒率的原理,研发内充气吹式玉米精量排种器。依靠组合气嘴,在完成清种保证单粒性的同时,使种子在型孔内有良好的稳定性,采用半盘结构实现种子在自身重力作用下的顺利投种,同时采用机械结构护种,不受田间震动影响,可靠性高。本文主要针对现有内充气吹式排种器在播未分级种子时效果不佳的问题,进一步优化其结构和工作性能。借助工程离散单元法仿真软件EDEM,建立符合玉米种子外形特征的非类球形粘结颗粒模型,首先对颗粒模型的粘结力学特性进行研究,分析颗粒半径、粘结半径与接触半径等对颗粒间粘结力的影响,确定最佳的玉米籽粒粘结颗粒耦合仿真参数;基于DEM-CFD进行内充气吹式排种器的气固双向耦合仿真,首先对气嘴安装位置对排种器工作性能的影响进行分析,探明不同气嘴安装位置下充种极限速度与排种器合格率之间的关系,确定最佳的气嘴结构及安装位置;建立排种器清种及压种过程中种子的受力数学模型,以影响排种器清种及压种性能的影响因素为评价指标,基于DEM-CFD耦合的分析方法对采用不同排种盘时的评价指标曳力和压强差进行提取和分析,在此基础上,加工试制不同结构的气嘴及排种盘,对其工作参数和工作性能进行台架试验,并选择最优的结构参数和工作参数进行田间试验研究。通过多次优化仿真分析,最终确定气嘴安装位置为中位、最佳排种盘结构为径向内开方孔盘,该排种盘型孔内气流对颗粒的曳力及压附力均较大,同时该盘增大了型孔在径向方向对种子的充填容积,耦合仿真发现,径向内开方孔盘对圆粒及未分级种子的播种效果都较好。对径向内开方孔盘进行前进速度为4～12km/h、工作压强为4～8kPa的室内台架双因素试验,合格率随着前进速度和工作压强的增大而增大,各前进速度在工作压强为6 kPa以上时,合格率接近96%,漏播率低于1%。在室内试验的基础上,对气嘴安装位置为中位、径向内开方孔盘进行田间试验,结果表明在各前进速度条件下,排种器合格率均能达到90%以上,其中,前进速度为10.43km/h时,排种器获得最佳工作效果,合格率达到93.2%。