双排勺轮式排种器的结构设计与补种系统的研究

摘要

精准农业的发展对农业机械的精细化设计提出了更高的要求，玉米作为产量仅次于小麦和大豆的经济作物，对我国的粮食储备有着至关重要的作用。目前市面上玉米精播机普遍存在较严重的漏播现象，危及国家粮食安全和农民的种田效益，因此，急需设计一种能够在高速作业条件下，实现单粒精密排种的玉米排种器。本研究设计研发了一套能够在高速作业下实现玉米精量播种的排种器，并进行相应的试验研究，对玉米精密排种器的设计具有重要的参考和现实意义。 本文在对国内外研究现状分析的基础上，针对普通勺轮式排种器的缺陷，设计出一套带有自动补种装置的双排勺轮式精密排种器。通过利用两个排种勺轮同时进行取种，利用光电传感器在偏离出种口10°处的位置提前进行漏播监测，若检测到漏播现象，就让排种器转速加速越过空种槽达到补种的目的，并进行了试验研究和验证，具体的研究内容和结论如下： （1）玉米籽粒物理特性研究。对选取的三种具有代表性的玉米籽粒即中原505号、科瑞紫香糯和科瑞甜糯F1进行特性研究，包括玉米籽粒的几何特征的测量、玉米籽粒的千粒质量的测量、玉米籽粒密度的计算以及玉米籽粒与钢板和自身之间静摩擦因数的测量，通过对玉米几个特征的测量，将其归纳为长锥形、矩形和近球形三种类型，为后续的排种器设计和仿真分析提供基础参数。 （2）双排勺轮式排种器的结构设计。针对普通勺轮式玉米排种器作业速度较低、高速作业时漏播率和重播率较大的问题，通过对种勺、隔板、双面递种轮和种壳的研究，改进并设计了一种双舀种结构的新型排种器。基于排种器的工作原理，通过理论计算，确定排种器的主要结构参数：种勺窝的开口角度θ1=28°，隔板递种区的角度θ3＝75°，进种口的大小为短轴d2=54mm，长轴d3=80mm，出种口的大小为宽度d6＝15mm，长度d7＝10mm。 （3）双排勺轮式排种器的动力学研究与仿真分析。依据双排勺轮式排种器结构特点和工作原理，对排种器加速过程中种子在舀种区、清种区、护种区的运动进行动力学分析。推导出在舀种区和清种区保证籽粒不从种勺中掉落的最大加速度，以及在护种区确定一处能够稳定可靠的检测位置，并通过EDEM仿真软件对双排勺轮式排种器加速前后的排种性能进行仿真研究，结果表明，在排种器排种速度为4km/h～8km/h的范围内，变速补种的效果最好，加速度对排种性能的影响不超过2%，为后续的补种系统的设计提供理论基础。 （4）自动补种系统的设计。通过对补种系统的需求分析，设计了自动补种系统的整体方案和结构方案，以及确定了检测孔的位置和大小，并完成了自动补种系统硬件部分的选型和软件部分的编码。 （5）样机的试制与试验。本文设计的漏播自动补种系统在4km/h～8km/h的排种速度下进行了漏播自动补种性能试验。结果表明：相对改进前的勺轮式排种器，改进后排种器的平均漏播率由9.6%降低到1.33%，播种合格率均能够达到90%以上，表明本设计能够较大地降低玉米漏播率，完成设计要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外精量排种器研究现状

1.3 国内外漏播检测技术研究现状

1.4 存在问题

1.5 主要研究内容和技术路线

第二章 玉米籽粒的特性研究与排种器的结构设计

2.1 玉米籽粒物料特性的研究

2.2 排种器的性能要求

2.3 双排勺轮式精量排种器的工作原理

2.4 双排勺轮式排种器的结构设计

2.5 本章小结

第三章 双排勺轮式排种器的变速动力学研究和仿真分析

3.1 双排勺轮式排种器的变速理论分析

3.2 EDEM仿真流程和模型设定

3.3 双排勺轮式排种器的仿真过程及分析

3.4 本章小结

第四章 自动补种系统的设计

4.1 需求分析

4.2 自动补种系统的方案设计与工作原理

4.3 自动补种控制方案的设计

4.4 自动补种系统的硬件设计

4.5 自动补种系统的软件设计

4.6 本章小结

第五章 样机试验与分析

5.1 试验的评价指标

5.2 样机的试制与调试

5.3 排种器的台架试验

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录A

致谢

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