分置式棉花膜上精密播种装置的设计.pdfVIP

摘 要 棉花作为新疆地区的主要经济作物，在其生产过程中，播种起着重要作用。为降低 生产成本，提高播种效率，本文根据棉花种子的物料特性设计了一种针对棉花膜上精量 播种的分置式棉花膜上精密播种装置。该装置主要由实现精密充种、携种的气吸式精密 排种器，有序输种的导种管以及膜上精密播种的成穴器三部分组成。通过结构设计和理 论分析对主要部件进行了设计与参数选取，利用Fluent 仿真软件分析了排种器流场分布 和流场特性，对气吸式精密排种器进行台架试验，对影响排种器排种性能的主要因素进 行了分析。结合EDEM 离散元软件进行了气固耦合仿真，与台架试验进行对比，以验 证仿真试验的有效性。其次对导种管与成穴器进行了试验研究，建立了分置式棉花膜上 精密播种装置试验台，对不同输种参数进行研究。主要研究内容包括： 1.针对新疆地区棉花膜上种植特点与农艺要求，设计了一种分置式棉花膜上穴播方 案，该装置主要由气吸式排种器、导种管和成穴器组成。对装置主要部件进行了结构设 计与理论分析。构建了排种器排种过程的运动学与动力学模型，对种子受力与运动情况 进行了分析，得到了影响排种器排种性能的主要因素。 2.利用Fluent 软件对排种器滚筒负压气室进行了流场分析，通过分析空心轴结构， 对不同结构空心轴流道与滚筒负压气室流场分布和速度分布，选取合适的空心轴结构。 分别通过改变排种器负压腔负压大小和滚筒吸孔直径揭示了排种器内部流场变化情况， 得到滚筒负压的大小只影响到吸孔处的速度大小，而不影响压力分布；吸孔直径大小对 吸孔处气流速度有一定的影响，吸孔直径越大，吸孔处气流速度越小，反之，吸孔直径 越小，吸孔处气流速度越大。 3.利用EDEM 软件创建了棉花种子颗粒模型与排种器简化模型。棉花种子颗粒利用 Bonding模型和API颗粒替换方法。通过EDEM-Fluent 耦合对排种器排种过程进行了仿 真模拟，选取最优仿真参数：滚筒转速15.40r/min、吸孔直径3.60mm、负压-5.00kPa， 对应的目标参数分别为：合格指数90%、漏播指数3%、重播指数7%。 4.通过搭建气吸滚筒式排种器试验台，采用响应曲面法，建立了气吸滚筒式排种器 排种合格指数、漏播指数和重播指数与滚筒转速、吸孔直径和负压之间的回归模型。确 定了影响排种器排种性能指标的主要影响因素与最佳参数组合：滚筒转速15.38r/min、 吸孔直径3.59mm、负压-5.04kPa，对应的目标参数分别为：合格指数93.17%、漏播指 数2.58%、重播指数4.25%。通过与最优仿真结果进行比对，验证EDEM-Fluent 耦合方 法的可行性，对后期排种器的优化提供基础。 5.通过分置式棉花膜上精密播种装置试验，对影响分置装置排种性能的各因素展开 单因素试验。分别对不同导种管材料、直径、长度和放置角度进行最佳范围的选取。当 导种管材料为PVC 钢丝软管时，播种性能好于其他材料，并选取适宜的导种管直径、 长度和放置角度参数范围，展开正交试验设计，确定最佳参数组合为：导种管直径为40 mm 350mm 90 86% ，导种管长度为 ，导种管角度为 °，此时播种合格指数为 ，漏播指 I 11% 3% 数为 ，重播指数为 。 关键词：棉花种子；精密播种；膜上穴播；排种器；试验分析 II Abstract As the main cash crop in Xinjiang, cotton plays an important role in the production process. In order to reduce production costs and improve the efficiency of sowing, thispaper designs a kind of planting material for cotton planted