油菜气力滚筒式精量集排器排种过程分析及性能试验

【摘要】：本文针对单体式排种器播种机结构复杂、传动系统复杂等问题,设计了一种“一器六行”气力滚筒式精量集排器。针对集排器田间作业或排种滚筒转速高时充种性能不稳定的问题,为提高集排器充种性能,提出了一种滚花排种滚筒,主要研究内容包括:(1)测试分析了油菜籽机械物理特性,以“华油杂62”、“中双11”和“中油杂19”油菜籽为研究对象,测定了不同油菜品种几何尺寸、球度及压缩力学特性,为集排器关键部件设计和EDEM仿真试验模型构建提供理论依据。结果表明:油菜籽长、宽、高及球度均服从正态分布,测试三种品种油菜球度均为90%以上,“中双11”油菜籽的球度最高。不同品种油菜籽的压缩压力-位移曲线走势基本一致,油菜籽平均直径对屈服载荷、最大载荷和屈服位移均影响极显著。(2)开展了油菜气力滚筒式精量集排器的总体结构设计和滚花式排种滚筒参数分析确定。本文结合油菜种子的物料特性与农艺要求,确定了油菜气力滚筒式精量排种器总体设计方案,阐述了集排器总体结构和工作原理。该排种滚筒直径Φ120mm、每排径向型孔数Z=30、滚花模数m=0.3,型孔中心两侧各5mm内不加工滚花。(3)分析了气力滚筒精量集排器排种过程油菜籽的力学特征,开展了基于EDEM的仿真试验。构建了充种、携种和投种三个过程的力学模型,分析了影响集排器排种性能的主要因素以及影响规律。应用EDEM软件开展了滚花结构、排种滚筒转速和充填高度等对种群充填角、拖带角和种群动力学特性影响的规律研究。结果表明:滚花排种滚筒拖带角随排种滚筒转速增大而增大,且大于无滚花排种滚筒;种群充填角随排种滚筒与种群间的摩擦力增加而增加。同时,随排种滚筒转速的增加,排种滚筒对种群作用的法向力和切向力以及种群所受合力、种群速度线性增加;随充填高度的增加,种群所受合力和种群速度线性增加。且排种滚筒转速或充填高度一定时,滚花排种滚筒的种群动力学特性优于无滚花排种滚筒。(4)开展了气力滚筒式精量集排器排种性能台架试验。型孔直径和投种角度对集排器排种性能影响试验结果表明:型孔直径Φ1.2mm、投种角度为60?的集排器排种性能较优。以集排器排种性能为评价指标,以负压压力值、正压压力值、排种滚筒转速和充填高度为试验因素,开展了单因素试验和正交试验。单因素试验结果表明:当排种器负压为-2500Pa、正压为500Pa、充填高度为-5mm、排种滚筒转速为30r/min时,合格指数90.10%,漏播指数1.56%;当排种滚筒转速在15~50 r/min范围内时,各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数分别低于5.5%和2.0%,种子破损率低于0.2%。正交试验结果表明:排种滚筒转速、充填高度、负压压力值和正压压力值对各行排量一致性变异系数影响极显著,各因素交互作用影响不显著;负压压力值对总排量稳定性变异系数影响显著,其余因素及各因素交互作用影响不显著。(5)开展了油菜气力滚筒式精量集排器田间试验,研究了排种滚筒转速和机组前进速度对集排器田间播种性能的影响。田间试验结果表明以滚花排种滚筒为关键部件的集排器田间播种性能稳定可靠,该集排器直播油菜平均株距为65.62mm,株距变异系数为14.99%,该集排器出苗均匀一致,能满足油菜播种机技术要求。