高密度复式棉花播种机的设计与试验研究

摘要

棉花是山东省盐碱地的主要种植经济作物之一，生产工序复杂，占用劳动力大，适合机收棉种植模式的高密度复式棉花联合播种机极为紧缺。本文对集施肥、开沟、精密播种、镇压、覆膜和膜上覆土等功能与一体的高密度联合播种作业机展开研究。通过试验测定了包衣棉花种子的几何和物理特性，得出种子三轴尺寸和受力变形规律；利用仿真分析和重复试验优化了棉花垂直圆盘气吸式排种器的结构形式和作业参数；对施肥、播种的关键部件进行了仿真力学分析，确定了结构性能的可靠性；通过田间性能试验完成了整机性能测试，改善了山东棉花产区传统的种植模式，有助于山东棉产区新型高密度植棉装备的研发和突破。
　　主要研究内容及结论如下：
　　1、包衣棉花种子几何和物理特性的试验分析。通过试验测得包衣棉花种子在适合播种的含水率范围内的三轴尺寸变化量微小；利用万能拉压力试验机分析了种子机械压缩特性，拟合棉花种子受力—变形曲线，分析试验结果发现包衣棉花种子在压缩过程中有明显的弹性变形。通过上述棉花种子物理特性的研究，为后期优化排种盘吸种孔尺寸和形状，减少种子播种环节的受力和机械损伤提供一定的理论支撑。
　　2、棉花垂直圆盘气吸式排种器的优化设计与仿真分析。通过分析棉花种子在排种过程的力学特征，模拟仿真不同吸种孔结构下气流场力学特点，完成了排种盘吸种孔的结构优化改进，减少了种子在吸种盘上的受力；在排种器试验台进行排种性能的重复试验，研究种子在排种过程中的运动规律，确定了排种性能最优的吸种孔尺寸为?3.0mm×?2.5mm的锥形沉头孔，气吸室真空最佳作业参数为度4.2KPa,排种盘转速17.4r/min，为保证排种质量提供了理论支持。
　　3、高密度种植与宽范围密度调节相结合的错位沟播多级变速的高速排种系统的设计及播种机关键部件的力学仿真分析。根据适合机械收获和高密度播种的性能要求，设计的高密度交错精密排种系统，实现了大小行（行距66+10cm）复式播种作业，调整多级变速档位，控制播种量在5000～14000株/亩宽范围内可调；对优化设计的随动仿形结构、凿式深松开沟装置和立式交错开沟部件，进行了有限元分析其应力、变形特点，检验装置作业的稳定性和设计的合理性。
　　4、高密度棉花播种机田间作业试验。在试验分析优化获得的结构和作业参数的基础上，将加工制造的高密度棉花联合播种机进行田间性能试验，验证播种机田间作业性能的可靠性和稳定性。测得样机作业性能指标:种子机械损伤率约为0.2%；驱动地轮滑移率为0.76%；播深合格率保证在93%以上；覆土平均宽度合格率在93%以上；覆土厚度的合格率在94%以上，考核指标均优于国家相关行业标准值。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标与内容

1.4技术路线

1.5解决的关键问题

1.6 创新点

1.7 本章小结

2高密度复式棉花播种机整体方案的设计

2.1总体方案的设计

2.2主要工作零部件的设计

2.3本章小结

3排种器优化设计和试验分析

3.1包衣棉花种子几何特性分析

3.2包衣棉花种子机械压缩特性分析

3.3排种过程的力学分析

3.4排种器吸种孔气流场的仿真分析

3.5排种器性能参数的确定和试验优化

3.6本章小结

4关键部件的设计和仿真分析

4.1仿形装置的设计分析

4.2交错立式开沟装置的设计分析

4.3凿式深松施肥开沟装置的设计与仿真分析

4.4本章小结

5样机田间性能试验

5.1样机的加工试制

5.2试验设计与验证分析

5.3田间长势分析

5.4本章小结

6结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

作者简历

攻读硕士期间研究成果

附录A