油菜气力滚筒式精量集排器排种技术研究与仿真分析

发布时间：2020-10-17 15:29

　　 目前中国、加拿大、印度、欧盟、澳大利亚为世界油菜主产区,而油菜作为我国第一大油料作物,其种植面积和总产量约占世界总量的1/3,居世界第一位,据《2015中国统计年鉴》统计,机械直播比例仅16.2%,油菜主要播种方式仍以半机械或人工播种为主,因此研发一种高效油菜精量直播技术及其配套装备已成为油菜生产的迫切需求。论文在系统比较分析国内外油菜机械化播种技术与装备研究进展基础上,提出一种油菜气力滚筒式精量集排器,以实现油菜精量播种并简化播种机结构实现一器多行功能,在此基础上开展油菜气力滚筒式精量集排器排种技术研究与仿真分析,并研制一种集漏播检测与报警于一体的实时漏播检测系统。本论文研究的主要内容包括:(1)油菜气力滚筒式精量集排器设计与排种过程分析。主要开展了集排器关键部件中的排种滚筒、种箱、导种装置及气室等结构参数优化设计,建立了集排器排种过程中吸种、携种、投种等主要环节下排种过程的运动学与动力学模型。研究得出种箱组合容积为19.3L,种箱组合内部的倾斜角度大于27.2°,型孔数为40,孔径为1.2mm,排种滚筒直径为165mm,气囊组合直径为280mm,高度为60mm,负压气室容积为3.92×106mm3,正压气室容积大小为7.84×105mm3,其负压管半径应不少于5.85mm,正压管半径应不少于4.47mm,为了保证充种性能,获得最小临界真空度为32.2Pa,油菜籽种子的抛掷速度分量应小于0.3m/s;并明确集排器不同轨迹下油菜籽种子位移方程、传动比及功率损耗率。试验结果表明:集排器排种滚筒转速为18r/min,正压气室正压相对压力值为1800Pa以及集排器负压气室负压相对压力值为-3400Pa时,油菜气力滚筒式精量集排器各行排量一致性变异系数为3.23%,总排量稳定性变异系数为1.38%。(2)油菜气力滚筒式精量集排器仿真试验与分析。运用EDEM软件建立了集排器充种系统与种箱内种群模型,通过对集排器中油菜籽群的运动进行仿真分析,研究油菜籽种子运动规律及其影响因素;借助ANSYS/CFX软件开展了该集排器型孔的气流场仿真分析,探讨了集排器型孔形状和结构参数及其对种子吸附性能影响规律,以集排器型孔端面处平均压强以及平均流速为主要评价指标,对集排器排种滚筒上型孔结构、排种滚筒型孔孔径大小、排种滚筒径向型孔数目、排种滚筒型孔排列方式以及气室有无气囊组合等结构参数进行了单因素仿真试验与正交仿真试验研究。仿真研究结果表明:采用阶梯孔形式的型孔,型孔结构参数选择为孔径1.2mm,型孔数量为40,型孔的排列方式为等间距30mm直线排列为最优化参数组合,有气囊组合气室压力波动误差范围为0.19%。四者结构参数均是影响排种器气流场分布的重要因素,其中型孔结构形状为显著因素,轴向间距为不显著因素。(3)油菜气力滚筒式精量集排器预试验研究。以各行合格指数、漏播指数以及重播指数等排种性能为评价指标,开展集排器单因素台架试验。单因素台架试验表明:当正压气室相对压力值为1800pa,负压气室相对压力值为3400pa,排种转速为18r/min时,各行合格指数平均可达90.83%,漏播指数为4.35%;以各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数为评价指标,开展了集排器路面试验。正交试验表明:集排器负压气室负压输出方式、东方红854拖拉机手控油门刻度大小以及过渡轴传动比为试验因素对各行排量一致性为显著因素,并选择各行排量一致性变异系数以及总排量稳定性最佳的优化组合A2B1C2,即集排器负压出气方式采用双端出气,过渡轴与仿形地轮传动比为1.72,东方红854拖拉机采用手动油门1/2刻度为输入动力。(4)精量排种器排种性能检测系统设计与试验。针对油菜粒径小易引起气力式油菜精量排种器实时漏播检测及性能检测难的问题,设计研制了一种基于单片机的精量排种器排种性能检测与报警系统,提出了一种基于排种频率检测方法(可用于田间实时漏播检测),通过测频装置对不同转速、不同数量型孔堵塞的气力式排种器出口的排种频率测量试验,获得了不同转速下界定漏播严重程度的频率划分区域,即正常区、弱漏播区与严重漏播区。在试验台上测试表明:排种频率法能有效实现漏播程度的检测,无漏播时检测准确率为100%,当量型孔堵塞8孔以上时判定为漏播的准确率为100%;一种基于排种间隔时间检测方法(可用于排种器性能检测),开展基于单片机排种间隔时间性能检测系统与基于JPS-12型机器视觉排种器性能检测试验台同步试验,试验结果表明:基于单片机排种间隔时间性能检测系统检测漏播指数与基于JPS-12型机器视觉排种器性能检测试验台检测漏播指数平均误差为0.31%,最大误差为0.7%;基于单片机排种间隔时间性能检测系统检测重播指数与基于JPS-12型机器视觉排种器试验台检测重播指数平均误差为0.33%,最大误差为0.55%。(5)油菜气力滚筒式精量集排器排种系统分析与应用。对油菜气力滚筒式精量集排器与精量排种器排种性能检测系统进行系统分析,并开展了油菜气力滚筒式精量集排器排种系统田间试验。田间试验表明:油菜气力滚筒式精量集排器各行一致性变异系数为27.72%,总排量稳定性变异系数为14.71%;油菜籽作物跟踪田间试验表明:油菜气力滚筒式精量集排器排种华油杂62,其播种为1m长度的油菜籽平均株数为11株,各行间株数变异系数为33.7%,34.7%,31.1%,35.8%,38.4%,35.7%。基于单片机漏播检测系统在线检测排种漏播情况,无种子及排种器出现故障时,漏播检测系统均被检测为漏播状态。创新点1:提出了一种内外滚筒结合的复式排种盘及其气囊组合结构;创新点2:提出了基于排种频率法与排种间隔时间法,以实现小粒径种子排种器漏播检测与性能检测;
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S223.2
【部分图文】：

96 年 Guarella 等人（Guarella et al 1996）研究了排种器响，将重点转移至提高排种性能；1998 年 Zulin 等人（Z数与排种性能参数数学模型，优化改进了液压气动式芹菜人(Karayel D et al 2004)针对玉米、大豆、棉花等作物重、球型度、投影面积以及密度建立精密播种机负压气.C.Singh 等人（R.C.Singh et al 2005）应用数学迭代法对开展了单因素试验，结果表明：当转速 0.42m/s、负压为 94.7%，有效株距为 251mm，迭代结果与试验结论一人（Maleki M R et al 2006）研究谷物排种器螺旋槽深度对种子均匀性的影响；2007 年 Gaikwad 等人（Gaikwad径种子设计了一种低成本气力式育苗穴盘播种机，该播种；2007 年丹麦制造商 HE-VA 研制了一种新式播种机计量以及气流分配系统，可进行大面积精量播种，提高播种机整体智能水平；2007 年 Arzu 等人(Arzu et al 20

（Robert JO et al 2009），最大种子量看为 1500L，工作幅宽为 6m，每行播种行距为 15cm，动力需求为 150-190 马力，如图 1-2 所示。图1-2 丹麦Kongskilde公司研制的Vibro播种机Fig.1-2 Developed Vibro seeder from Kongskilde company of Denmark2010 年 Anantachar 等人（Anantachar M et al 2010）基于神经网络对倾斜圆盘排种器排种性能参数预测及确定最佳结构与工作参数；2010 年 ZakiDizaji 等人（ZakiDizajiet al 2010）研究了一种气力式清种装置，解决了种子破损率高的问题；2010 年 Balsari等人（Balsari et al 2010）分析开展了气力式排种器田间试验，试验表明通过减少风机气流量提高玉米作物的出苗率；荷兰 VISSER 公司 Grantte2000 型吸嘴式穴盘播种机可精确定位穴盘，效率高（Dizaji HZ et al 2010）；美国 Cyclo 系列的气送式精播机可对大粒径种子，如土豆、玉米等实现多路排种（Kara M et al 2010）；2012 年 HRaheman 等人（Raheman H et al 2012）研究了一种气力式滚筒排种器，实现了一器多行播种，且播种效率较传统而言提高了 50-55%；2014 年 Hossen M S 等人（HossenM S et al 2014）优化后免耕条播机，其播种效率为 80.19%

上检测条播机各个性能指标，包括株距，下落种子速度tis（Alchanatis V et al 2002）等人利用机器视觉对排种器04 年 Shrestha（Shrestha DS et al 2004）等人通过前期对根据后期视频处理算法检测排种性能；2006 年 Karaye检测系统，并运用到实际田间工作（Karayel D etal，2 等人（M.H.saiedirad et al 2008）利用传感器对精密播种查，时刻检测种子发展趋势的情况；2009 年具有代表性种机上配备的电子监控系统有效检测播种机性能，提高；2011 年 Hajahmed 等人（Hajahmed O et al 2011）研制排种均匀性以及排种流量；2011 年 Navid 等人（Navid排种器性能进行检测；2012 年 Karimi 等人（Karimi H人工神经网络对排种器破损率开展试验研究，通过提取功率谱等特征来识别。目前 Wintersteiger 针对不同地区土壤深度、播种量进行实时监控以达到精量高速播种，型播种机。
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本文编号：2844975