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Design and Test of a Pneumatic Precision Metering Device for Wheat

Yasir Hassan Satti Mohammed  
【摘要】:小麦是重要粮食作物,小麦排种器也是人们研究的重点,为了克服传统小麦播种所带来的缺点和不足,本文主要目标是研制一种气吸式小麦精量排种器,旨在解决小麦播种时破损、漏播和播种均匀性问题。该气吸式小麦精量排种器样机在工程实训中心试制加工,并在实验室和田间完成排种器性能测试试验,主要性能指标有合格指数、重播指数、漏播指数和单位长度播种量。性能试验安排在JPS-12精密播种试验台上完成,通过机器视觉系统来检测在不同工况下小麦气吸式排种器工作性能,最后将排种器安装在播种机上进行田间试验验证排种器性能。 为了从理论上分析排种器结构参数对性能的影响,在排种过程的三个阶段建立动力学和运动学方程,分别是吸种阶段、护种阶段和投种阶段;最后采用流体仿真软件ANSYS/CFX对排种器负压气室模拟仿真,优化气吸式小麦排种器参数。 试验结果表明排种器转速、负压以及它们的交互作用对排种性能有极其显著影响。当排种盘转速达到19转/分,负压为2.5kPa时,排种器合格指数达到最高92.98%,重播指数为2.01%,漏播指数为5.09%,单位长度播种量比精播量小。当排种器转速达到34转/分,负压为4.5kPa时,单位长度播种量达到53颗时,满足亩播量要求,排种器的合格指数为89.11%,重播指数为9%,漏播指数为1.88%,试验结果表明该气吸式排种器可以达到精量播种的要求。 通过排种过程动力学和运动学分析并在实验室条件下进行试验验证,试验分析表明排种器排种性能受负压和转速的影响显著。当负压增大时,排种器合格指数增加,重播指数和漏播指数降低;当排种器的转速增大时,合格指数降低,漏播指数增加。通过对排种器进行动力学分析,当增加排种盘摩擦系数tan αg,可以增加排种器的吸种性能,我们可以通过选择具有较大摩擦角材料来提高排种器吸种性能;同时增大排种盘型孔孔径可以增加吸附力,提高排种器的吸种性能。 将气力式小麦精量排种器安装在播种机上完成田间播种,田间试验表明:气力式小麦精量排种器能实现小麦精量排种,排种均匀性较好。小麦出苗后测量其粒距,统计分析其平均粒距为62mm,跟试验室条件下测试粒距64mm基本一致,田间试验排种器平均合格指数为72.25%,此次数据测量重复十次,其中单次最高合格指数可达85.7%。 采用流体软件ANSYS模拟在不同负压条件下,分析排种器负压区气室内压强变化云图,仿真试验表明:当负压值为2.5kPa、3.5kPa和4kPa时,负压气室内云图跟实际接近,且气室内压强云图较均匀,仿真结果与试验结果一致。在实验室条件下对排种器性能试验研究表明:负压为2.5kPa、3.5kPa和4kPa时,在不同的转速下气力式小麦精量排种器合格指数均较高。


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