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脱毒微型马铃薯排种器设计与试验研究

谢敬波  
【摘要】:马铃薯是我国第四大粮食作物,兼具有粮食和蔬菜的特点。马铃薯种植面积及产量居世界第一位。近年来马铃薯脱毒及速繁技术的应用解决了马铃薯品质退化并加快了产业发展,脱毒微型马铃薯已逐渐取代常规切块薯成为大田播种用的种薯,马铃薯产量和商品率得到大幅度提高。马铃薯种植农艺的改变,要求推进与之配套的机械化播种技术,论文以脱毒微型马铃薯为研究对象,研制一种适应于脱毒微型马铃薯的精量排种技术及其装置。 论文在综述了马铃薯机械化播种技术现状及应用的基础上,比较分析了机械式和气力式两种不同类型排种装置,结合脱毒微型马铃薯的物料特性和种植要求,研制了一种脱毒微型马铃薯的气吸式精量排种装置,开展了脱毒微型马铃薯气吸式排种器动力学计算、气室流场仿真分析和排种器试验研究。完成的主要工作如下: (1)测试分析了脱毒微型马铃薯的物理机械特性,为排种器参数设计提供依据。重点测试了3个品种脱毒微型马铃薯的几何物理特性和散粒体特性以及脱毒微型马铃薯的压缩特性和剪切特性。结果表明:不同品种脱毒微型马铃薯压缩屈服载荷差异显著,剪切最大硬度差异不显著,脱毒微型马铃薯的挤压变形屈服载荷平均值为19.612N,最大硬度平均值为43.98N。 (2)开展了脱毒微型马铃薯链勺式和内充种式机械式排种装置设计与试验研究,比较分析得出机械式排种原理对脱毒微型马铃薯损伤严重,不适应性其机械物理特性。以此为基础,确定以气吸式排种原理为研究目标,提出了排种器总体设计方案并开展了排种盘型孔与气室结构等主要参数的分析计算。 (3)以空间三维自然坐标系为依托,开展了脱毒微型马铃薯排种器工作过程的动力学特征研究,建立排种器关键参数与型孔处压差的数学模型,同时结合流体力学计算方法建立了负压区气流场断面的压差及气体管路流量计算模型。 (4)采用计算流体力学分析软件ANSYS/CFX对排种器不同工作参数的气室流场进行模拟分析,明确了整个气室流场的微观特征,得出排种盘型孔型式是影响气室流场压强分布的最主要因素,与圆锥形型孔相比圆柱形型孔气室压强分布均匀且型孔处压差大,对脱毒微型马铃薯的吸附力增大,气流速度明显大于圆锥形,流速均匀性也比圆锥形好。 (5)设计了一种脱毒微型马铃薯排种器试验台及投种检测系统,并开展了气吸式排种器的排种性能试验。试验研究了排种器结构和运行参数对试验指标的影响规律。试验结果表明排种器转速、试验倾角及其交互作用对合格指数和漏播指数影响显著,合格指数随排种器转速的增加而先增大后减小,随试验倾角的增加而增大,当排种器转速为40r/min、试验倾角为60。时合格指数最高。


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