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穴播轮中棉种的运动规律与夹持取种机理研究

王吉奎  
【摘要】:排种器(穴播轮)是播种机的核心工作部件,其工作性能对播种机的作业质量有重要影响。棉花是新疆主要的特色农作物,目前棉花精密播种使用的穴播轮主要是气吸式,夹持式棉花精密穴播轮是一种新型播种装置,与气吸式穴播轮相比,具有结构简单、造价低、能耗小和使用维护方便等特点,在新疆等产棉区有广阔的应用前景。但夹持式穴播轮的作业性能受振动和种子流动性的影响,易出现空穴。针对现有夹持式穴播轮存在的问题,本文通过测定脱绒棉种的物理力学特性、研究棉种在种子室内的运动规律和穴播轮的作业振动,改进了穴播轮的结构,分析了改进型穴播轮的工作过程,试验研究了穴播轮的工作性能,并用二次旋转组合试验方法研究了穴播轮取种器主要结构参数对穴播轮工作性能的影响,优化了取种器结构。取得的主要结论如下: 1)脱绒棉种的粒型界于圆锥形和椭圆形之间,自然休止角一般在30°~35°之间,包衣后棉种表面较未包衣前略显粗糙,其休止角增加2°~4°;棉种受压力后其变形量先与压力呈线性关系,随着压力增大变形量不再与压力呈线性关系,出现种皮破裂点和种皮包裹物破碎点,种子的破裂载荷介于10~110N之间。 2)得出种子群临界深度的感念,是指种子群相对种子室内圈整体滑动时种子室种子群的最大深度,种子群临界深度与种子室半径和种子与种子室的摩擦系数有关,种子室半径越大和摩擦系数越小,种子的临界深度越大。 3)在种子室内的种子若不沿种子群面下落,则种子群沿种子室内圈整体下滑;若种子沿种子群面下落,则种子沿种子室内圈上升,种子群在种子室一侧做环流运动。种子群面的种子是否沿种子群面下落是判别种子相对种子室内圈纯滑动或上升重要依据。 4)穴播轮在田间作业时的振动主要分为两种,一种是单点振动,另一种是多点连续振动,在硬茬地上作业速度为v=1.0 m/s时的单点振动垂直向上的加速度接近33 m/s2,垂直向下的最大加速度约为9.5 m/s2,多点连续振动垂直向上的加速度接近23.0 m/s2,垂直向下的加速度为9.0 m/s2 ,即穴播轮作业振动时也出现了超重和失重现象。 5)改进了穴播轮取种器的结构,并安装了护种轨道和充种装置,改进后的穴播轮其充种机率增加,在作业振动的情况下种子可以保持在夹种口中,验证试验表明改进后的穴播轮提高了对种子适应性,减小了振动对精密取种的影响。 6)通过高速摄像分析得出改进后的穴播轮可以实现二次冲刷充种,穴播轮清种的方式有三种,一是随着穴播轮转动种子在重力作用下落下,一种是重块在转动过程中夹种口变小种子被挤出夹种口,最后一种是夹种板转动使种子的平衡位置被破坏而落下。 7)根据试验种子室中种子深度在8~9cm时穴播轮的单粒率最大,随着种子深度增大或减小穴播轮的单粒率都将减小;穴播轮的多粒率随着种子室种子深度的增大而增大,空穴率随着种子深度的增大而减少。当速度增大时穴播轮的单粒率逐渐减小,在速度为0.8m/s时单粒率为96.2%,在速度增大到1.2m/s时单粒率下降到89.3%;在速度小于1.1m/s时穴播轮的重播率变化不大,但速度大于1.1m/s后,重播率增长较快,在速度为1.0m/s时重播率为2.6%,在速度为1.2m/s时重播率达到7.3%;穴播轮的空穴率随速度的增大有小幅增长,在试验速度变化范围内空穴率由1.5%增长到3.4%。种子的破碎率为零。 8)通过试验设计建立了穴播轮排种性能指标与夹种口尺寸因素间的回归模型,方差分析表明对单粒率影响最大的是夹种板长度的平方项,对重播率影响最大的是夹种板长度,对空穴率影响最大的是夹种口开度,优化得出夹种口的最佳参数组合为:夹种板长度L=4.5 (mm)、夹种口宽度W=5.7 (mm)、夹种口开度H=7.5 (mm)。


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