氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）

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畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))任務(wù)書(shū) 論文(設(shè)計(jì)) 題目 氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化 下發(fā)任務(wù)日期 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 一. 論文（設(shè)計(jì)）主要內(nèi)容 （1）收集查閱資料，了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于精量播種機(jī)的發(fā)展情況，及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)自己所設(shè)計(jì)的播種機(jī)的功用有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 （2）了解排種裝置的種類，及各種排種裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種適合于蔬菜花卉精量播種的排種裝置，使之能夠保證播種機(jī)播種精度，及具有性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。 （3）對(duì)排種裝置的排種機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，包括中心軸、吸孔等。 （4）CAD制圖，總體裝配圖以及主要的零件圖。 二.論文（設(shè)計(jì)）的基本要求 1.有關(guān)資料的收集： 要求盡量收集第一手資料，資料要真實(shí)、可靠、有代表性。 2 資料的整理與分析： 要求條理清晰，數(shù)據(jù)分析詳盡。 3 查閱相關(guān)文獻(xiàn)： 要求貼近主題，有參考價(jià)值。 4 認(rèn)真撰寫論文，字?jǐn)?shù)在10000字以上。 5 完成CAD制圖。 三.論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)度安排 階段 論文（設(shè)計(jì)）各階段名稱 日期 1 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料 2012. 3. 1—2012. 4. 1 2 滾筒上吸孔的選擇與改進(jìn) 2012. 4. 2—2012. 4. 15 3 中心軸的選擇與改進(jìn) 2012. 4. 16—2012. 5.10 4 確定相關(guān)尺寸、圖紙的設(shè)計(jì)及撰寫論文初稿 2012. 5. 11—2012. 5.31 5 論文修改 2012. 6. 1—2012. 6.4 6 論文完成 2012. 6.4 備注： 四.應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)（指導(dǎo)教師指定） 1、國(guó)內(nèi)外精密排種器的發(fā)展概況 2、氣吸滾筒式精密排種器的發(fā)展 3、零部件設(shè)計(jì)的一些相關(guān)參數(shù) 4、《農(nóng)業(yè)機(jī)械文摘》、《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》、《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、 《農(nóng)機(jī)化研究》、《機(jī)械原理》等。 說(shuō)明：此任務(wù)由指導(dǎo)教師填寫一式兩份，一份發(fā)給學(xué)生，一份發(fā)給指導(dǎo)教師留存。  畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題審批表 選題名稱 氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化 題目來(lái)源 學(xué)號(hào) 姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 職稱 教授 研 究 內(nèi) 容 （1）收集查閱資料，了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于精量播種機(jī)的發(fā)展情況，及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)自己所設(shè)計(jì)的播種機(jī)的功用有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 （2）了解排種裝置的種類，及各種排種裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種適合于蔬菜花卉精量播種的排種裝置，使之能夠保證播種機(jī)播種精度，及具有性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。 （3）對(duì)排種裝置的排種機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，包括中心軸、吸孔等。 （4）CAD制圖，總體裝配圖以及主要的零件圖。 研 究 計(jì) 劃 1、2012.3.15-2012.3.30 對(duì)自己的所選內(nèi)容查資料 2、2012.4. 1-2012.4.11 數(shù)據(jù)的分析與處理 3、2012.4.12-2012.4.20 查閱相關(guān)文獻(xiàn) 4、2012.4.20-2012.5.31 撰寫論文初稿 5、2012.6. 1-2012.6.5 論文修改 6、2012.6.7 論文完成 特 色 結(jié)合農(nóng)藝要求、經(jīng)濟(jì)性要求、簡(jiǎn)潔要求，本設(shè)計(jì)能夠保證滾筒平穩(wěn)的運(yùn)行，其速度是可調(diào)的，種子能比較精確的沿著一定軌跡落在穴盤內(nèi)。制造方便，安裝便捷，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，安全可靠！ 指 導(dǎo) 教 師 意 見(jiàn) 教 研 室 意 見(jiàn) 學(xué) 院 意 見(jiàn) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)記錄 學(xué)生姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師姓名 職稱 教授 本年度指導(dǎo)畢業(yè)生人數(shù) 論文（設(shè)計(jì)）題目 氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化 指 導(dǎo) 過(guò) 程 時(shí)間 地點(diǎn) 指導(dǎo)內(nèi)容 2011.12.29 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 下發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，下達(dá)任務(wù)書(shū)。 2012.03.30 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 檢查查閱文獻(xiàn)資料情況，開(kāi)始撰寫文獻(xiàn)綜述、外文翻譯 2012.04.05 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 檢查撰寫文獻(xiàn)綜述、外文翻譯情況，并進(jìn)行修改； 2012.04.08 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 討論及確定排種裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 2012.04.20 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 中期檢查及開(kāi)題 2012.04.23 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 指導(dǎo)零部件的強(qiáng)度分析、計(jì)算 2012.05.16 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 檢查各零部件的強(qiáng)度分析、計(jì)算結(jié)果是否正確 2012.05.17 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 指導(dǎo)裝配圖的繪制，圖中各零件的畫法 2012.05.31 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 檢查裝配圖、零件圖的繪制情況 2012.06.05 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 修改論文初稿 201206.07 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 修改論文第二稿，通知準(zhǔn)備答辯稿 2012.06.10 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯稿 2012.06.12 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 學(xué)生簽字 年 月 日 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）考核表 論文題目：氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)審意見(jiàn)： 評(píng)閱人（簽字）： 年 月 日 成績(jī)： 答辯委員會(huì)意見(jiàn)： 主任委員（簽字）： 年 月 日 注：答辯委員會(huì)意見(jiàn)除填寫簡(jiǎn)要評(píng)語(yǔ)、給出成績(jī)外，還要提出是否授予學(xué)位的建議。 論文外文翻譯 外 文 翻 譯 題 目： 影響精密播種機(jī)播種深度的均勻性 影響精密播種機(jī)播種深度的均勻性 A. Ozmerzi;D.Karayel;M.Topakci 摘要：本研究的目的,旨在探討影響播種玉米不同參照深度的精密播種技術(shù)。為了這個(gè)目的,拖拉機(jī)的前進(jìn)速度固定為6km/h，而玉米種子在這時(shí)被撒在定深為40mm、60mm和80mm處。而用兩臺(tái)精密真空播種機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)。其播種均勻性之間的差異在于水平分布格局未達(dá)到統(tǒng)計(jì)上的名義播種深度40、60、80毫米的顯著水平。從名義播種深度的均勻性上，最適宜播種深度60毫米的變異系數(shù)4.29%和4.93%的精密真空播種機(jī)Ⅰ系和Ⅱ系間區(qū)別。最小平均出現(xiàn)時(shí)間為7.7天的名義播種深度為40mm和最大出苗率指數(shù)出現(xiàn)在名義播種深度為40mm和60mm時(shí)。由所處理的結(jié)果，根據(jù)播種深度均勻性和出苗率指數(shù)，可以知道名義播種深度60mm是最佳的。 1. 介紹 主要目的是將種子播種在一定間距和深度的苗床上。精密播種機(jī)種植在有間距要求的地方，為每粒種子提供一個(gè)更好的種植面積。 在一個(gè)環(huán)境中，用一臺(tái)播種機(jī)所播種的種子，將出現(xiàn)可靠的萌芽。為了最大限度的提高玉米產(chǎn)量的潛力，必須保證種子的落點(diǎn)接近最佳播種深度。通?？梢园l(fā)現(xiàn)隨著深度的增加適當(dāng)?shù)暮浚シN深度隨著土壤機(jī)械阻抗的增大而增大的危害。為了優(yōu)化這種情況，操作人員必須深入到確保水分充足的深度，但又要足夠淺，保證幼苗長(zhǎng)到土壤表面之前不使用種子所儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)成分。 2. 文獻(xiàn)綜述 精密真空播種機(jī)有以下的優(yōu)點(diǎn)超過(guò)普通播種機(jī)：更好的工作質(zhì)量,更精確的種子校準(zhǔn)率用于降低種子損傷率,容易控制,低維護(hù),減少種子分散和更廣泛的應(yīng)用(Soos和Szule,1989)。 精密真空播種機(jī)已發(fā)展到適用于棉花、甜菜和玉米。Hudspeth 和 Wanjura (1970)開(kāi)發(fā)出一種適合于播種棉花的真空儀表系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，真空儀表系統(tǒng)與傳統(tǒng)的雙邊排種的谷物條播機(jī)相比較，其株距和出苗較好。Nave 和Paulsen（1979）比較五臺(tái)播種機(jī)儀表來(lái)確定大豆種子損傷的數(shù)量和種子間距的精確度。使用一槽輥表，一盤表，一個(gè)單向流入風(fēng)速計(jì)，風(fēng)鼓表和平板儀。根據(jù)發(fā)芽試驗(yàn)，四唑試驗(yàn)，從分裂比例和種皮裂縫比例，對(duì)種子質(zhì)量進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明,槽輥表提供了最大變化。然而，在所有的儀表當(dāng)中，粒距的精確性都沒(méi)有顯著性差異。一些研究員在最佳深度播種的重要性已表明播種太淺或者太深都將導(dǎo)致作物生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量上的損失。 McGahan和Robotham(1992)通過(guò)測(cè)試農(nóng)場(chǎng)設(shè)備的性能的演示，不僅是控制所需的平均深度，并且應(yīng)減少深度的變化。Morrison 和 Gerik (1985)表明，小麥、高粱和大豆隨著播種深度呈現(xiàn)二階多項(xiàng)式關(guān)系，證明其最大值就是最佳深度。 3. 材料與方法 粘質(zhì)土壤上的這項(xiàng)研究是在1998年四月到五月期間，在阿克蘇研究并且應(yīng)用于Akdeniz大學(xué)的農(nóng)場(chǎng)。播種前，苗床的準(zhǔn)備包括鑿深耕,深度約30cm，并以圓盤耙整地和平地。沒(méi)有石塊或者硬質(zhì)粘土塊，并且沒(méi)有作物殘留物的土壤是非常適合種植的。試驗(yàn)一般在接近適宜土壤濕度進(jìn)行耕作和播種。 玉米種子采用所有的處理方式。表1給出了種子的主要尺寸。采用完全隨機(jī)塊分析和方差分析的F檢驗(yàn)來(lái)檢測(cè)處理方式之間的差異。鄧肯的多重范圍測(cè)試被用來(lái)確定在因變量范圍內(nèi)的顯著不同的方法。 表1 種子主要尺寸 種子長(zhǎng)度 種子厚度 種子寬度 mm % mm % mm % 6.51-7.50 5 3.51-4.50 13 5.51-6.50 8 7.51-8.50 18 4.51-5.50 67 6.51-7.50 88 8.51-9.50 29 5.51-6.50 12 7.51-8.50 4 9.51-10.50 43 6.51-7.50 8 10.51-11.50 5 兩臺(tái)精密真空播種機(jī)，真空播種機(jī)Ⅰ和真空播種機(jī)Ⅱ，主要在同一塊地里一起操作播種玉米種子。這兩臺(tái)播種機(jī)有相似的技術(shù)規(guī)范，都有用于行間作物（如玉米和大豆）的通用播種機(jī)設(shè)計(jì)。兩者都是四排的拖拉機(jī)后方放置的播種機(jī)。用一個(gè)種板作為計(jì)量機(jī)構(gòu)。種板在一個(gè)垂直面上運(yùn)行，需要一個(gè)50mm-80mm的注水空間來(lái)挑選種子。由于種板孔的空吸使種子保持在適當(dāng)?shù)牡胤健７N子在空切的幫助下從旋轉(zhuǎn)盤上脫落，落在開(kāi)溝器后方。由于缺乏吸力，使得種子掉進(jìn)土壤中。兩臺(tái)播種機(jī)都沒(méi)有排種管，種子從播種機(jī)中排出的下落高度降低是為了減少非均勻間隔的風(fēng)險(xiǎn)，如果從這一高度落下還發(fā)生就可以歸結(jié)于種子的跳躍了。每個(gè)播種單位都是獨(dú)立的，因?yàn)樗惭b在有彈簧連接的平行四個(gè)機(jī)構(gòu)上，組成一個(gè)斜口的開(kāi)溝器，隨后由覆土器覆土和壓實(shí)種溝，并保持恒定的播種深度。 播種機(jī)均在每小時(shí)6km的速度下操作，并調(diào)整到40mm、60mm和80mm三個(gè)不同的名義播種深度上。播種后，水平分布格局，播種深度的一致性，意味著出芽時(shí)間和出芽率指數(shù)是相對(duì)的，并根據(jù)精密播種技術(shù)確定了最佳播種深度的最好結(jié)果。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了土壤中的橫向和縱向的種子分布。在水平面內(nèi)測(cè)量最近的近鄰植物間距和一條平行直線行列的橫向植物間距。在垂直平面內(nèi)測(cè)量種子到土壤表面的深度。植物間距在播種后17天的范圍內(nèi)測(cè)量。通過(guò)測(cè)量沿著一條6米長(zhǎng)度行列的30個(gè)玉米植株的胚軸長(zhǎng)度，其中相近1.0mm左右的植株的處理和繁殖決定了平均播種深度和變異系數(shù)。 Kachman and Smith (1995)描述的播種均勻度的水平分布格局被當(dāng)作一種方法論來(lái)分析。多重指數(shù)就是間距的百分?jǐn)?shù)，即小于或等于一半理論間距并表明多數(shù)種子下降的百分?jǐn)?shù)。遺漏指數(shù)是間距大于1.5倍理論間距并表明遺漏種子位置或跳躍的百分?jǐn)?shù)。供給質(zhì)量指數(shù)是一半以上，但不超過(guò)1.5倍理論間距的間距百分?jǐn)?shù)。供給質(zhì)量指數(shù)是100%減去遺漏指數(shù)和多重指數(shù)，并表明單位種子下降的百分?jǐn)?shù)。精確性是間距的變異系數(shù)，即被歸類為忽略異常值后包括遺漏指數(shù)和多重指數(shù)。 每天在出芽周期期間，一行列處理25m就進(jìn)行幼苗計(jì)數(shù)。從這些計(jì)數(shù)，平均出芽時(shí)間，出芽率指數(shù)和每天的出芽幼苗與出芽幼苗總數(shù)的比例，都是可以計(jì)算出來(lái)的。平均出芽時(shí)間天 ，出芽率指數(shù)計(jì)算公式如下： （1） （2） 其中…是自上次計(jì)數(shù)的時(shí)間出芽的幼苗數(shù)量，…是播種后的天數(shù)，是每米出芽的幼苗總數(shù)。 4. 結(jié)果與討論 表2中給出了名義播種深度40、60和80mm的水平分布格局的播種均勻性。根據(jù)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，精確性、多重指數(shù)、遺漏指數(shù)和供給質(zhì)量指數(shù)之間的差異并不重要，在5%的水平顯著。名義播種深度沒(méi)有播種均勻度的水平分布格局影響顯著。少數(shù)種子跳躍（≤7.4%）或者多粒種子一起下落（≤5.4%）在任何播種深度都會(huì)發(fā)生。名義播種深度40、60、80mm的水平播種均勻性是最優(yōu)秀的，如表中精確性的所有測(cè)試值都低于21%，供給質(zhì)量指數(shù)的所有測(cè)試值在87%以上。 表2 不同播種深度播種均勻度的水平分布格局 名義播種深度 mm 真空播種機(jī)類型 平均株距mm 準(zhǔn)確性 % 多重指數(shù) % 遺漏指數(shù) % 供給質(zhì)量指數(shù) % 40 I 204.5 19.1 3.9 4.8 91.3 40 II 220.3 19.3 3.6 6.0 90.4 60 I 201.2 20.8 4.8 5.5 89.7 60 II 211.4 20.4 4.2 5.2 90.6 80 I 206.5 20.6 4.5 4.2 91.3 80 II 221.8 20.1 5.4 7.4 87.2 意義 NS NS NS NS 表3給出的是名義播種深度對(duì)播種深度均勻性的影響。每個(gè)名義播種深度給出了實(shí)際平均播種深度和深度的變異系數(shù)。實(shí)際平均播種深度幾乎等于處理后的名義播種深度。名義播種深度為40mm時(shí)對(duì)深度變異系數(shù)的負(fù)面影響是顯而易見(jiàn)的。然而真空播種機(jī)Ⅰ和Ⅱ分別獲得的變異系數(shù)，最好的是平均播種深度是名義播種深度60mm時(shí)，獲得4.29%和4.93%的變異系數(shù)，最差的結(jié)果是在名義播種深度為40mm時(shí)獲得6.28%和7.90%的變異系數(shù)。 表3 播種深度均勻度 名義播種深度 mm 真空播種機(jī)類型 實(shí)際平均播種深度 mm 深度變化系數(shù) % 40 I 40.4 40 II 42.6 60 I 61.7 60 II 61.6 80 I 78.2 80 II 77.4 注解：通過(guò)鄧肯的多重范圍測(cè)試，可得出一組相同字母與隨后一組顯著不同的概率為0.05 在名義播種深度為40mm時(shí)獲得最少出芽時(shí)間是7.7天和7.6天，最大出芽率指數(shù)出現(xiàn)時(shí)的名義播種深度為40mm和60mm。在那個(gè)深度的出芽種子數(shù)是高于那些在80mm深度的（表4）。在7天內(nèi)，播種深度為40mm處的植株的出芽率大約為50%，而播種在深度為60mm處的植株出芽率達(dá)到50%的時(shí)間為7.5天，而播種深度為80mm處的用了8.5天才達(dá)到50%的出芽率（圖1）。 表4 平均出芽時(shí)間和出芽率指數(shù) 名義播種深度 mm 真空播種機(jī)類型 平均出芽時(shí)間（天） 幼苗出芽率指數(shù) （ /天*米） 40 I 40 II 60 I 60 II 80 I 80 II 注解：通過(guò)鄧肯的多重范圍測(cè)試，可得出一組相同字母與隨后一組顯著不同的概率為0.05 5. 結(jié)論 播種均勻性的水平分布格局不會(huì)受到名義播種深度的影響，但是播種深度均勻性會(huì)受到影響。最佳的播種深度均勻性是名義播種深度在60mm處時(shí)獲得的。至于兩臺(tái)播種機(jī)，任何一臺(tái)播種機(jī)在名義播種深度為60mm時(shí)，減少或者增加播種深度，都會(huì)導(dǎo)致深度變異系數(shù)的增加。當(dāng)名義播種深度為40mm和60mm時(shí)會(huì)出現(xiàn)最大出芽率指數(shù)，并且名義播種深度為40mm時(shí)的平均出芽時(shí)間是最少的。由此可以得出結(jié)論，種子在土壤中的位置效應(yīng)意味著植物的出芽時(shí)間和出芽率指數(shù)。 作為這些測(cè)試的結(jié)果，根據(jù)播種深度均勻性和最大出芽率指數(shù)可以得出，名義播種深度為60mm被認(rèn)為是最適宜的。 原文出處：A.?zmerzi, D.Karayel, M.Topakci. Effect of Sowing Depth on Precision Seeder Uniformity .Department of Farm Machinery, Faculty of Agricultural Engineering, University of Akdeniz, 07070, Antalya, Turkeyf1antep@agric.akdeniz.edu.trf1 (Received 27 February 2001. Accepted 4 February 2002. Available online 12 October 2002.) [2012.5.10] http://dx.doi.org/10.1006/bioe.2002.0057 9 文獻(xiàn)綜述 文 獻(xiàn) 綜 述 題 目： 氣吸滾筒式精密排種器的研究進(jìn)展 氣吸滾筒式精密排種器的研究進(jìn)展 摘要:世界各國(guó)都很重視精量播種技術(shù)，精密播種可以節(jié)約大量的種子，節(jié)省田間間苗定苗用工，增加作物產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)在對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的氣吸滾筒式精密排種器深入研究的基礎(chǔ)上，對(duì)原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)并制造了一種新型的氣吸滾筒式精密排種器。使該排種器具有以下的特點(diǎn):首先，對(duì)主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了一根主軸形成兩個(gè)壓腔的設(shè)計(jì)方法，既保證了同軸度又減少了軸承的磨損，大大延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。其次，由于采用了彈簧結(jié)構(gòu)，在隔氣板與滾筒內(nèi)壁接觸轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，減少了因摩擦而導(dǎo)致的磨損漏氣的問(wèn)題。第三，對(duì)種箱進(jìn)行了激振，使種子在種箱中形成“沸騰”狀態(tài)，更有利于滾筒的吸種。 關(guān)鍵詞:精密播種;排種器;有限元分析;理論分析;氣吸滾筒式精密排種器; 1.1 研究小顆粒種子精播技術(shù)的目的和意義 世界各國(guó)都很重視精量播種技術(shù)，發(fā)達(dá)國(guó)家已基本實(shí)現(xiàn)大、中粒作物的精量播種，節(jié)本增效顯著，但對(duì)油菜、谷子等小顆粒作物的精播技術(shù)有待進(jìn)一步的研究【1】。本文以油菜種子為例，探討了小顆粒種子的精播問(wèn)題。 油菜是世界上重要的油料作物之一，成熟的油菜籽多為球形或近似球形的小顆粒，其直徑為1.27-2.05mm【2，3】。油菜在我國(guó)常年種植面積約為800萬(wàn)公頃，其種子含油量為30%-50%，是我國(guó)重要的油料作物。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)油菜種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一，占世界油菜種植面積和總產(chǎn)量的30%左右。根據(jù)資料顯示，1996年以來(lái)，菜籽油占我國(guó)食用植物油消費(fèi)量的近35%。當(dāng)前我國(guó)油菜產(chǎn)業(yè)的種植面積大、總產(chǎn)量高，市場(chǎng)需求量和發(fā)展?jié)摿Χ己艽蟆?000年全國(guó)油菜種植面積擴(kuò)大到800萬(wàn)公頃，產(chǎn)量達(dá)到1013萬(wàn)噸。隨著人們生活水平的提高，對(duì)植物油的消費(fèi)也日益增長(zhǎng)，加工能力膨脹對(duì)油料需求加大，我國(guó)從1999年開(kāi)始進(jìn)口油菜籽，1999年以來(lái)每年進(jìn)口油菜籽250萬(wàn)噸左右，特別是近幾年來(lái)，進(jìn)口油菜籽產(chǎn)品的數(shù)量有呈現(xiàn)大幅度上升的趨勢(shì)【4】。 自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)雙低油菜發(fā)展迅速，但油菜播種基本為開(kāi)溝人工溜種，播量較大，不但浪費(fèi)種子，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且播種質(zhì)量難以保證，遇干早缺苗嚴(yán)重，遇雨澇出苗過(guò)稠，間苗、定苗費(fèi)工，并易形成高腳弱苗，影響產(chǎn)量。因此對(duì)優(yōu)質(zhì)油菜種子進(jìn)行精密播種迫在眉睫。精密播種優(yōu)越性有如下幾點(diǎn): 1. 精密播種可以節(jié)約大量種子。 2. 節(jié)省田間間苗定苗用工。精密播種苗齊苗壯，不擁擠，可提高田間間苗定苗工效，甚至可以取消間苗定苗工作。 3. 可增加作物產(chǎn)量。精密播種的苗分布均勻，透風(fēng)透光性好，能充分利用土壤中的水分營(yíng)養(yǎng)。苗期發(fā)育好，苗齊苗壯，可增產(chǎn)10%-30%。 本課題根據(jù)油菜種子的特性，對(duì)其精密播種部件一滾筒氣吸式精密排種器開(kāi)展研究工作，為推進(jìn)精播小顆粒種子的機(jī)械化進(jìn)程開(kāi)創(chuàng)一條新路。 1.2 國(guó)內(nèi)外氣力式精密排種器的發(fā)展概況 精密排種器按其工作原理可分為機(jī)械式和氣力式。氣力式排種器包括氣吸式、氣吹式、氣壓式三種;機(jī)械式主要有窩眼輪式、圓盤式、指夾式等。氣力式排種器具有對(duì)種子適應(yīng)性強(qiáng)，損傷輕等優(yōu)點(diǎn)。 1.2.1 國(guó)外氣力式排種器的發(fā)展概況 在國(guó)外的產(chǎn)品中，精密排種器主要以針式和滾筒式為主，滾筒式排種器的效率比針式播種機(jī)的效率更高【5】。 國(guó)外從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始出現(xiàn)氣力式精密排種器。20世紀(jì)60年代以來(lái)，前蘇聯(lián)、英、德等國(guó)都相繼提出了麥類作物精播理論，并對(duì)小麥精播機(jī)做了大量的試驗(yàn)研究。1976年前后，德國(guó)研制了GS-23氣吸式小麥精密播種機(jī)，其排種器是由種子室和真空室組成，但是該機(jī)難以實(shí)現(xiàn)單粒排種，而且播種均勻度很差，重播嚴(yán)重。后來(lái)法國(guó)研制出一種單粒氣吸式小區(qū)播種機(jī)，它的排種器是一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)軸上的金屬盤，盤的周緣分布著若干個(gè)吸嘴與圓盤內(nèi)腔的真空負(fù)壓相連。該機(jī)通過(guò)更換不同的吸嘴可以播種小麥、玉米、向日葵等作物。奧地利的Wintersteiger自走式小麥精播機(jī)也屬于氣吸式精量播種機(jī)，該機(jī)的排種器是一對(duì)組合吸縫盤和驅(qū)動(dòng)格輪，由兩個(gè)不同形狀隙縫的交叉形成一系列不同形狀的吸孔。它沒(méi)有輸種管，排種器與開(kāi)溝器融于一體，投種點(diǎn)低，有利于精密粒距的形成。該機(jī)主要用于田間小區(qū)試驗(yàn)，在許多國(guó)家和地區(qū)得到推廣應(yīng)用。為了滿足本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，盡快提高精密播種機(jī)的作業(yè)速度，近十年來(lái)，歐美國(guó)家著重對(duì)氣力式精密排種器進(jìn)行了研究【6】。當(dāng)前，國(guó)外播種機(jī)械的發(fā)展方向已從對(duì)排種器的結(jié)構(gòu)研究轉(zhuǎn)移到對(duì)播種原理的研究上，比如蔬菜種子的精播問(wèn)題。目前國(guó)外正在利用一些新的播種原理，如日本提出的靜電播種，英國(guó)提出的液體播種等?，F(xiàn)在廣泛流傳的一種先進(jìn)的科學(xué)播種方法——種子帶播種，它起源于日本，這種播種方法已在世界范圍內(nèi)被廣泛采用【7】。 目前較為成熟的產(chǎn)品主要有英國(guó)產(chǎn)的Hamilton播種機(jī)，有針式、滾筒式兩種。Hamilton針式播種機(jī)從秋海棠等極小的種子到甜瓜等大種子均可進(jìn)行播種，播種精度高達(dá)99.9%(對(duì)干凈、規(guī)矩的種子)，播種速度可達(dá)2400行/小時(shí)(128穴的穴盤最多每小時(shí)可播150盤);Hamilton滾筒式播種機(jī)是適用于大中型育苗場(chǎng)的高效率精密播種機(jī)，適合絕大部分花卉、蔬菜等種子，播種精度可達(dá)99%(對(duì)干凈、規(guī)矩的種子)，播種速度高達(dá)18000行/小時(shí)(128穴的穴盤最多每小時(shí)可播1100盤)。這兩種播種機(jī)均可以無(wú)級(jí)調(diào)速，能在各種穴盤、平盤或栽培缽中播種，并可進(jìn)行每穴單粒、雙?；蚨嗔Ｐ问降牟シN。韓國(guó)大東機(jī)電株式會(huì)社生產(chǎn)的真空氣吸式播種機(jī)，適用于小于瓜類種子的各類蔬菜種子及花卉種子，分為全自動(dòng)和半自動(dòng)兩種機(jī)型，全自動(dòng)機(jī)型的工作程序包括基質(zhì)混拌、裝盤、挖穴、播種、覆土、噴水等，半自動(dòng)機(jī)型包括挖穴、覆土兩項(xiàng)程序。此外，還有美國(guó)的Blaclanore, Speedling, VanDana精量播種系統(tǒng)等【8】。 1.2.2 國(guó)內(nèi)氣力式排種器的發(fā)展概況 我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制氣力式播種機(jī)，當(dāng)時(shí)遼寧省農(nóng)機(jī)所研制了6行氣吸式播種機(jī)，該機(jī)可精播玉米、大豆、花生。但是由于風(fēng)機(jī)及萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)故障多，工作不可靠，沒(méi)能得到推廣。20世紀(jì)70年代我國(guó)加強(qiáng)了半精量和精量播種技術(shù)的引進(jìn)、研究和試驗(yàn)。1979年中國(guó)農(nóng)機(jī)院引進(jìn)了4種精播機(jī)(西德氣吸、氣吹兩種，法國(guó)氣吸式，美國(guó)指夾式)，并分別對(duì)它們的性能，結(jié)構(gòu)參數(shù)以及影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)和研究，在此基礎(chǔ)上研制出了我國(guó)的定型產(chǎn)品:2BJ-6型、2BJ-4型氣吹式精量播種機(jī)。遼寧省農(nóng)機(jī)研究所也經(jīng)多年的改進(jìn)試驗(yàn)研制出了與鐵牛-55拖拉機(jī)配套的2BQ-6型氣吸式播種中耕通用機(jī)。該機(jī)采用垂直圓盤氣吸式排種器，可精播玉米、大豆、高粱、棉籽，完成起壟、播種、中耕、培土等作業(yè)。20世紀(jì)80年代我國(guó)擴(kuò)大了精播機(jī)的試驗(yàn)、示范推廣。各地根據(jù)本地情況研制出了不同型號(hào)的氣力式播種機(jī)，如威海市農(nóng)機(jī)所研制出了2BT-2型氣吸式花生套種播種機(jī)，煙臺(tái)地區(qū)農(nóng)機(jī)所研制的2BHQ-5型氣吸式花生播種機(jī)，大連市農(nóng)機(jī)化所研制的2BJQ-4型氣力式播種機(jī)，山西省農(nóng)機(jī)所研制的2BJ-4型氣吸式精密播種機(jī)?！鞍宋濉逼陂g，北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)研制出了2XB-300型孔齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)式穴盤育苗精量播種機(jī)，該裝置適合于播中等大小的丸?；N子。到了20世紀(jì)90年代播種機(jī)由單一播種發(fā)展到了播種、施肥、鋪膜聯(lián)合作業(yè)。近幾年，精密播種技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的HNJ97-1型水稻精量播種機(jī)，利用電磁振動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)精量播種，但其造價(jià)較高。南京農(nóng)機(jī)化研究所和江蘇大學(xué)共同研制的2QB-330型氣吸振動(dòng)式秧苗盤精量播種機(jī)，應(yīng)用振動(dòng)氣吸的原理，每穴1-2粒種子的播種合格率達(dá)到了90%以上【6，9，10】。 對(duì)于氣吸針式排種器，在我國(guó)自行研制的蔬菜、花卉工廠化育苗播種機(jī)中已開(kāi)始應(yīng)用，而對(duì)于滾筒氣吸式排種器，由于其氣密性很難控制等原因，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的專門用于蔬菜、花卉工廠化育苗的滾筒氣吸式排種器還很少。 1.3 國(guó)內(nèi)幾種典型的氣吸滾筒式精密排種器【11】 (1) 臺(tái)灣的陳世銘等研制的“振蕩式多用途真空播種機(jī)”，采用的就是滾筒型氣吸式排種器。該裝置采用了錐形孔和振動(dòng)裝置來(lái)改善播種器的充種性能，然后用高速氣流來(lái)清除多余的種子。為避免清種的高速氣流對(duì)吸孔處的流場(chǎng)造成破壞，滾筒上吸孔的分布采用的是五刻劃形式(即沿圓周方向五等分滾筒來(lái)分布吸孔)。這樣每播一盤，滾筒需要轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈才能完成。為了保持較高的生產(chǎn)率，滾筒的轉(zhuǎn)速較高。另外，因?yàn)椴捎昧隋F形吸孔，簡(jiǎn)單的切斷負(fù)壓不能保證卸種的一致性和準(zhǔn)確性，所以又用了高速氣流從內(nèi)側(cè)沿吸孔軸線方向來(lái)把種子吹落。 (2) 廣西林科所研制的4LRZ-10000型流動(dòng)式容器育苗裝播作業(yè)線，播種裝置采用的也是氣吸式滾筒型排種器。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把種子吸附在滾筒圓周面上，通過(guò)切斷真空，種子靠自重下落到容器內(nèi)。該裝置采用的是凸臺(tái)式吸孔，吸嘴孔徑的大小按種子千粒重而定，播南方的濕地松種子，孔徑為1毫米，播經(jīng)過(guò)精選后裹成直徑為4-5毫米的種子丸，孔徑為1.2毫米。播種有種率可達(dá)95%以上。該裝置采用真空泵作負(fù)壓源(型號(hào)為2X-8)，這套生產(chǎn)線的生產(chǎn)率比較低，每小時(shí)才播種10000穴。育苗容器輸送帶的運(yùn)行速度為0.05米/秒，播種機(jī)構(gòu)的播種滾筒轉(zhuǎn)速為7轉(zhuǎn)/分。 (3) 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)的盛江源等為了解決人參小行距精密播種的問(wèn)題，也研制了一種氣吸式滾筒型排種器。工作時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與滾筒軸(空心軸)相連，將滾筒內(nèi)抽成一定的真空度，當(dāng)滾筒經(jīng)過(guò)種箱時(shí)，凸臺(tái)上的吸孔將種子吸住，并隨滾筒旋轉(zhuǎn)至卸壓區(qū)，此時(shí)卸壓輥將吸孔堵住，吸孔內(nèi)外壓差消失，種子靠自重落入接種杯內(nèi)，經(jīng)輸種管排入播行。他們運(yùn)用正交試驗(yàn)的方法，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，得到了試驗(yàn)因素的最優(yōu)組合。 (4) 由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和廣西北海市農(nóng)機(jī)化研究所研制的氣吸式雙層滾筒水稻播種器【12】，采用雙層滾筒結(jié)構(gòu)(外層壁薄、光滑、孔徑小、內(nèi)層孔徑大)使吸孔卡不住雜質(zhì)，有效地解決了吸孔堵塞的難題。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示，工作原理為:滾筒內(nèi)腔是一全封閉的真空負(fù)壓室，表面有與秧盤穴孔相對(duì)應(yīng)的小孔和真空室相通。工作時(shí)。抽氣機(jī)構(gòu)抽走滾筒內(nèi)腔的空氣.產(chǎn)生負(fù)壓.使吸孔的兩端形成負(fù)壓)}-.演筒續(xù)固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)吸孔經(jīng)過(guò)種子箱時(shí)，種子在吸孔負(fù)壓差的作用下被吸附在吸孔上隨滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)至滾筒正下方時(shí)，吸孔內(nèi)端進(jìn)入增壓室，負(fù)壓被切斷并處于增壓狀態(tài)，種子在自重及正壓作用下落入秧盤的穴孔中.滾筒和秧盤在同步輸送機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)滾筒上的吸孔與秧盤上的穴孔一一對(duì)應(yīng)，滾筒不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，秧盤不斷隨同步輸送機(jī)構(gòu)前進(jìn)，從而達(dá)到連續(xù)對(duì)穴播種的目的。 1.4 本文研究的內(nèi)容 由于原有的氣吸滾筒式精密排種器存在漏氣量大、排種不均勻、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活及磨損嚴(yán)重等問(wèn)題，本課題就其機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之能具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率較高等優(yōu)點(diǎn)，能夠用于播種油菜等小顆粒作物。本論文開(kāi)展以下幾方面工作: 1. 對(duì)原有氣吸滾筒式精密排種器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。對(duì)其吸種及排種過(guò)程進(jìn)行了理論分析，得到了吸附力、吸種高度、排種誤差、碰撞角和碰撞速度等數(shù)學(xué)模型，并對(duì)影響吸排種效果的因素進(jìn)行了分析。 2. 建立種子在吸孔氣流作用下的受力模型，研究種子的吸附條件，分析各種因素對(duì)播種質(zhì)量的影響。 3. 運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)排種器進(jìn)行氣流場(chǎng)分析和模擬，分析吸孔的形狀、導(dǎo)程和吸孔孔徑的大小對(duì)吸種性能的影響。同時(shí)對(duì)吸種滾筒正負(fù)壓區(qū)進(jìn)行模擬仿真。 4. 采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)滾筒氣吸式排種器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，研究其轉(zhuǎn)速，吸孔負(fù)壓，吸孔形狀、大小及種箱振動(dòng)頻率等與單粒率、空穴率的關(guān)系，以提高其性能。 5.對(duì)該排種器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，著重對(duì)吸孔的形狀、吸孔的孔徑、吸孔的內(nèi)外壓差、種箱振動(dòng)頻率、吸種滾筒轉(zhuǎn)速五個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析。運(yùn)用DPS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。通過(guò)極差和方差分析，得出了影響試驗(yàn)因素的主次順序及最優(yōu)組合。 5.運(yùn)用二次多項(xiàng)式回歸模型，建立單粒率、空穴率與各個(gè)顯著因素的關(guān)系式。以油菜種子為試驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)過(guò)組合選優(yōu)及試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)吸孔孔徑為1 mm，吸孔為錐形孔，吸孔壓差為2kPa，振動(dòng)頻率為80Hz,滾筒轉(zhuǎn)速為14 r/min時(shí)，單粒率達(dá)到92%,空穴率為4%。 6. 運(yùn)用回歸分析，建立試驗(yàn)指標(biāo)與幾個(gè)顯著因素的關(guān)系式。 通過(guò)對(duì)氣吸滾筒式精密排種器的理論分析、計(jì)算機(jī)仿真及試驗(yàn)研究，得到了一些規(guī)律，為其實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1] 張宇文,李秋孝,王西紅,等.油菜精量播種技術(shù)研究.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào).2002,11(2):93-96 [2] 蔣愛(ài)民，章超華.食品原科學(xué).北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.2000 [3] 李詩(shī)龍.油菜籽的物理特性淺析.中國(guó)油脂.2005,30(2):17-20 [4] 劉文冰.淺析我國(guó)油菜生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展.中國(guó)種業(yè).2005, 1: 17 [5] 牛菊菊.滾筒氣力式蔬菜育苗穴盤排種器的研究[碩士學(xué)位論文].華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2004 [6] 劉桂蘭.我國(guó)氣力式播種機(jī)的發(fā)展.農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化.1996,(4):17 [7] 石宏,李達(dá).目前國(guó)內(nèi)外播種機(jī)械發(fā)展走向(II).農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化.2000,2 [8] 邱秀麗.針孔氣力式蔬菜育苗穴盤排種器的研究[碩士學(xué)位論文].華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2004 [9] 張敏.氣吸滾筒式水稻精量播種裝置的理論與試驗(yàn)研究[碩士學(xué)位論文].江蘇大學(xué),2006 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結(jié)合該氣吸滾筒式精密排種器，本文主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究工作: 1.對(duì)氣吸滾筒式精密排種器的吸種及排種過(guò)程進(jìn)行了理論分析，得到了吸附力、吸種 高度、排種誤差、碰撞角和碰撞速度等數(shù)學(xué)模型，并對(duì)影響吸排種效果的因素進(jìn)行了分析。 2.運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)吸孔及正負(fù)壓腔的氣流場(chǎng)進(jìn)行了建模與仿真試驗(yàn)，結(jié)果 表明:直孔的吸種性能比錐形孔和沉孔好:孔徑越大，吸種能力越強(qiáng);吸孔導(dǎo)程對(duì)吸種性能無(wú) 顯著影響;滾筒壁上的吸孔靠近正負(fù)壓腔氣流大的地方，受到氣流的影響也較大。 3.對(duì)該排種器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，著重對(duì)吸孔的形狀、吸孔的孔徑、吸孔的內(nèi)外壓差、 種箱振動(dòng)頻率、吸種滾筒轉(zhuǎn)速五個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析。運(yùn)用DPS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處 理。通過(guò)極差和方差分析，得出了影響試驗(yàn)因素的主次順序及最優(yōu)組合。 4.運(yùn)用二次多項(xiàng)式回歸模型，建立單粒率、空穴率與各個(gè)顯著因素的關(guān)系式。以油菜 種子為試驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)過(guò)組合選優(yōu)及試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)吸孔孔徑為1mm，吸孔為錐形孔，吸孔壓差 為2kPa，振動(dòng)頻率為80Hz,滾筒轉(zhuǎn)速為14r/min時(shí)，單粒率達(dá)到92%,空穴率為4%。 通過(guò)對(duì)氣吸滾筒式精密排種器的理論分析、計(jì)算機(jī)仿真及試驗(yàn)研究，得到了一些規(guī)律， 為其實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ). 關(guān)鍵詞:精密播種;氣吸滾筒式精密排種器;有限元分析;理論分析;試驗(yàn) ABSTRACT Precision seeding is attached importance to by all over the world,for it can save a lot of seeds and much time to plant them and increase the output.Basing on researching domestic and foreign air-suction cylinder precision seeder,a new type of air-suction cylinder precision seeder was designed and manufactured.There are some merits of the seeder:First,the main shaft with two cavums was optimized which reduced the abrasion and prolonged the life of the bearings.Second,the spring structure was adopted,so the gas leakage between the plastic board and the seeder's wall was eliminated because of friction.Third,the seeds box was vibrated that availed picking up seeds. Basing on the air-suction cylinder precision seeder,the research was done as follows: 1. Seed pick up and seed ejection were theoretically analyzed and mathematical models of pick up force,pick up distance,release error,impact angle and impact velocity were deduced. 2. ANSYS finite element analysis software was used to develop the model and simulate the air flow distribution of the sucking holes,positive and negative cavums.The results showed that the performance of straight holes were better than conical holes and countersunk holes; the bigger of the diameter of the holes ,the better of their sucking effect, but the distance of air traveling had nearly no influence to sucking effect; the holes which were close to the air flow in the wall of the drum-seeder were influenced notably. 3.Experiments were done on the seeder,especially on the types and diameters of the sucking holes,the pressure of sucking holes,the vibrating frequency of seeds box and rotating speed of the roller. The experiment datum were dealt with by DPS software.Through analysis of extreme difference and variance,the primary and secondary sequence of the factors influencing the experiment were found,the best parameters were also found. 4.Quadratic polynomial regression analysis was used to analyze the relationship between the single seed rate, vacancy rate and the influence factors. Take the rape seeds for example,the experiment showed that the single seed rate could reach 92%,vacancy rate could reach 4% with conical holes with diameter 1mm,the pressure of sucking holes 2kPa,the vibrating frequency of seeds box 80Hz and the rotating speed of the roller 14 r/min. Through computer simulation,theoretical analysis and experiment research,some laws useful for practical application were found. KEY WORDS:precision seeding; air-suction cylinder precision seeder; finite element analysis; theoretical analysis; experiment 目錄 摘 要 ..............................................................................................................................1 ABSTRACT...................................................................................................................2 目錄 ................................................................................................................................3 第 1 章 緒論 .................................................................................................................5 1.1 研究小顆粒種子精播技術(shù)的目的和意義 ..........................................................5 1.2 國(guó)內(nèi)外氣力式精密排種器的發(fā)展概況 ..............................................................5 1.2.1 國(guó)外氣力式排種器的發(fā)展概況 .................................................................5 1.2.2 國(guó)內(nèi)氣力式排種器的發(fā)展概況 .................................................................6 1.3 國(guó)內(nèi)幾種典型的氣吸滾筒式精密排種器 ..........................................................7 1.4 本文研究的內(nèi)容 ..................................................................................................8 第 2 章 氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化設(shè)計(jì) ..............................................................8 2.1 排種器結(jié)構(gòu)及工作原理 ......................................................................................8 2.1.1 總體結(jié)構(gòu) .......................................................................................................8 2.1.2 工作原理 .......................................................................................................9 2.2 排種器的設(shè)計(jì) ......................................................................................................9 2.2.1 排種滾筒上吸孔的設(shè)計(jì) ...............................................................................9 2.2.2 排種滾簡(jiǎn)內(nèi)部正負(fù)壓腔的設(shè)計(jì) ...................................................................9 2.2.3 電磁振動(dòng)系統(tǒng)的原理及選用 .....................................................................10 2.3 排種裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì) ........................................................................................11 2.4 本章小結(jié) ............................................................................................................12 第 3 章 氣吸滾筒式精密排種器的理論分析 ............................................................12 3.1 種子所受吸附力及吸種高度的確定 ................................................................12 3.1.1 吸附力及其影響因素 .................................................................................13 3.1.2 吸種高度及影響因素 .................................................................................14 3.2 氣吸滾筒式精密排種器吸種過(guò)程及其影響因素的分析 ................................17 3.2.1 種子從種箱到被吸孔吸附過(guò)程分析 .........................................................17 3.2.2 種子被吸附到滾筒上并隨之運(yùn)動(dòng)的條件 .................................................19 3.3 氣吸滾筒式精密排種器的排種過(guò)程分析 ........................................................20 3.3.1 排種誤差 .....................................................................................................21 3.3.2 種子落地碰撞角和碰撞速度 .....................................................................22 3.3.3 排種過(guò)程影響因素分析 .............................................................................23 3.4 本章小結(jié) ............................................................................................................23 第 4 章 氣吸滾筒式精密排種器氣流場(chǎng)的計(jì)算機(jī)仿真 ............................................24 4.1 ANSYS 簡(jiǎn)介 ....................................................................................................24 4.2 ANSYS 仿真初始邊界條件的設(shè)定 ................................................................25 4.2.1 吸孔的結(jié)構(gòu)形狀及初始化條件 .................................................................25 4.2.2 流態(tài)的判別一雷諾數(shù) .................................................................................25 4.2.3 流體可壓縮性的判別—— 馬赫數(shù) .............................................................26 4.3 仿真結(jié)果 ............................................................................................................27 4.3.1 吸孔形狀對(duì)吸種性能的影響 .....................................................................27 4.3.2 吸孔導(dǎo)程對(duì)吸種性能的影響 .....................................................................27 4.3.3 吸孔孔徑大小對(duì)吸種性能的影響 .............................................................28 4.3.4 吸種滾筒內(nèi)部負(fù)壓區(qū)氣流場(chǎng)仿真 .............................................................28 4.3.5 吸種滾筒內(nèi)部正壓區(qū)氣流場(chǎng)仿真 .............................................................28 4.4 本章小結(jié) ............................................................................................................29 第 5 章 氣吸滾筒式精密排種器的試驗(yàn)研究 ............................................................30 5.1 排種器的性能指標(biāo) ............................................................................................30 5.2 試驗(yàn)中影響排種效果的因素分析 ....................................................................30 5.3 試驗(yàn)總體設(shè)計(jì) ....................................................................................................31 5.4 空穴率的試驗(yàn)結(jié)果分析 ....................................................................................32 5.5 組合選優(yōu)及結(jié)果驗(yàn)證 ........................................................................................33 5.6 本章小結(jié) ............................................................................................................33 總結(jié)與展望 ..................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................35 致 謝 ............................................................................................................................37 第 1 章 緒論 1.1 研究小顆粒種子精播技術(shù)的目的和意義 世界各國(guó) 都很重視精量播種技術(shù)，發(fā)達(dá)國(guó)家已基本實(shí)現(xiàn)大、中粒作物的精量播種，節(jié) 本增效顯著，但對(duì)油菜、谷子等小顆粒作物的精播技術(shù)有待進(jìn)一步的研究【1】 。本文以油 菜種子為例，探討了小顆粒種子的精播問(wèn)題。 油菜是世界上重要的油料作物之一，成熟的油菜籽多為球形或近似球形的小顆粒，其 直徑為1.27-2.05 【2，3】 。油菜在我國(guó)常年種植面積約為800萬(wàn)公頃，其種子含油量為 30%-50%，是我國(guó)重要的油料作物。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)油菜種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一， 占世界油菜種植面積和總產(chǎn)量的30%左右。根據(jù)資料顯示，1996年以來(lái)，菜籽油占我國(guó)食用 植物油消費(fèi)量的近35%。當(dāng)前我國(guó)油菜產(chǎn)業(yè)的種植面積大、總產(chǎn)量高，市場(chǎng)需求量和發(fā)展?jié)?力都很大。2000年全國(guó)油菜種植面積擴(kuò)大到800萬(wàn)公頃，產(chǎn)量達(dá)到1013萬(wàn)噸。隨著人們生活 水平的提高，對(duì)植物油的消費(fèi)也日益增長(zhǎng)，加工能力膨脹對(duì)油料需求加大，我國(guó)從1999年 開(kāi)始進(jìn)口油菜籽，1999年以來(lái)每年進(jìn)口油菜籽250萬(wàn)噸左右，特別是近幾年來(lái)，進(jìn)口油菜籽 產(chǎn)品的數(shù)量有呈現(xiàn)大幅度上升的趨勢(shì)【4】 。 自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)雙低油菜發(fā)展迅速，但油菜播種基本為開(kāi)溝人工溜種，播 量較大，不但浪費(fèi)種子，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且播種質(zhì)量難以保證，遇干早缺苗嚴(yán)重，遇雨澇 出苗過(guò)稠，間苗、定苗費(fèi)工，并易形成高腳弱苗，影響產(chǎn)量。因此對(duì)優(yōu)質(zhì)油菜種子進(jìn)行精 密播種迫在眉睫。精密播種優(yōu)越性有如下幾點(diǎn): 1.精密播種可以節(jié)約大量種子。 2.節(jié)省田間間苗定苗用工。精密播種苗齊苗壯，不擁擠，可提高田間間苗定苗工效， 甚至可以取消間苗定苗工作。 3.可增加作物產(chǎn)量。精密播種的苗分布均勻，透風(fēng)透光性好，能充分利用土壤中的水 分營(yíng)養(yǎng)。苗期發(fā)育好，苗齊苗壯，可增產(chǎn)10%-30%。 本課題根據(jù)油菜種子的特性，對(duì)其精密播種部件一滾筒氣吸式精密排種器開(kāi)展研究工 作，為推進(jìn)精播小顆粒種子的機(jī)械化進(jìn)程開(kāi)創(chuàng)一條新路。 1.2 國(guó)內(nèi)外氣力式精密排種器的發(fā)展概況 精密排種器按其工作原理可分為機(jī)械式和氣力式。氣力式排種器包括氣吸式、氣吹式、 氣壓式三種;機(jī)械式主要有窩眼輪式、圓盤式、指夾式等。氣力式排種器具有對(duì)種子適應(yīng)性 強(qiáng)，損傷輕等優(yōu)點(diǎn)。 1.2.1 國(guó)外氣力式排種器的發(fā)展概況 在國(guó)外的產(chǎn)品中，精密排種器主要以針式和滾筒式為主，滾筒式排種器較針式播種機(jī) 效率更高【5】 。 國(guó)外從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始出現(xiàn)氣力式精密排種器。20世紀(jì)60年代以來(lái)，前蘇聯(lián)、英、 德等國(guó)都相繼提出了麥類作物精播理論，并對(duì)小麥精播機(jī)做了大量的試驗(yàn)研究。1976年前 后，德國(guó)研制了GS-23氣吸式小麥精密播種機(jī)，其排種器是由種子室和真空室組成，但是該 機(jī)難以實(shí)現(xiàn)單粒排種，而且播種均勻度很差，重播嚴(yán)重。后來(lái)法國(guó)研制出一種單粒氣吸式 小區(qū)播種機(jī)，它的排種器是一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)軸上的金屬盤，盤的周緣分布著若干個(gè)吸嘴與圓 盤內(nèi)腔的真空負(fù)壓相連。該機(jī)通過(guò)更換不同的吸嘴可以播種小麥、玉米、向日葵等作物。 奧地利的Wintersteiger自走式小麥精播機(jī)也屬于氣吸式精量播種機(jī)，該機(jī)的排種器是一對(duì)組 合吸縫盤和驅(qū)動(dòng)格輪，由兩個(gè)不同形狀隙縫的交叉形成一系列不同形狀的吸孔。它沒(méi)有輸 種管，排種器與開(kāi)溝器融于一體，投種點(diǎn)低，有利于精密粒距的形成。該機(jī)主要用于田間 小區(qū)試驗(yàn)，在許多國(guó)家和地區(qū)得到推廣應(yīng)用。為了滿足本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，盡快提高精 密播種機(jī)的作業(yè)速度，近十年來(lái)，歐美國(guó)家著重對(duì)氣力式精密排種器進(jìn)行了研究【6】 。當(dāng) 前，國(guó)外播種機(jī)械的發(fā)展方向已從對(duì)排種器的結(jié)構(gòu)研究轉(zhuǎn)移到對(duì)播種原理的研究上，比如 蔬菜種子的精播問(wèn)題。目前國(guó)外正在利用一些新的播種原理，如日本提出的靜電播種，英 國(guó)提出的液體播種等?，F(xiàn)在廣泛流傳的一種先進(jìn)的科學(xué)播種方法— 種子帶播種，它起源于 日本，這種播種方法已在世界范圍內(nèi)被廣泛采用【7】 。 目前較為成熟的產(chǎn)品主要有英國(guó)產(chǎn)的Hamilton播種機(jī)，有針式、滾筒式兩種。 Hamilton針式播種機(jī)從秋海棠等極小的種子到甜瓜等大種子均可進(jìn)行播種，播種精度高達(dá) 99.9%(對(duì)干凈、規(guī)矩的種子)，播種速度可達(dá)2400行/小時(shí)(128穴的穴盤最多每小時(shí)可播150 盤);Hamilton滾筒式播種機(jī)是適用于大中型育苗場(chǎng)的高效率精密播種機(jī)，適合絕大部分花 卉、蔬菜等種子，播種精度可達(dá)99%(對(duì)干凈、規(guī)矩的種子 )，播種速度高達(dá)18000行/ 小時(shí) (128穴的穴盤最多每小時(shí)可播 1100盤) 。這兩種播種機(jī)均可以無(wú)級(jí)調(diào)速，能在各種穴盤、平 盤或栽培缽中播種，并可進(jìn)行每穴單粒、雙粒或多粒形式的播種。韓國(guó)大東機(jī)電株式會(huì)社 生產(chǎn)的真空氣吸式播種機(jī)，適用于小于瓜類種子的各類蔬菜種子及花卉種子，分為全自動(dòng) 和半自動(dòng)兩種機(jī)型，全自動(dòng)機(jī)型的工作程序包括基質(zhì)混拌、裝盤、挖穴、播種、覆土、噴 水等，半自動(dòng)機(jī)型包括挖穴、覆土兩項(xiàng)程序。此外，還有美國(guó)的Blaclanore, Speedling, VanDana精量播種系統(tǒng)等【8】 。 1.2.2 國(guó)內(nèi)氣力式排種器的發(fā)展概況 我國(guó)從2 0世紀(jì)60年代開(kāi)始研制氣力式播種機(jī)，當(dāng)時(shí)遼寧省農(nóng)機(jī)所研制了6行氣吸式播 種機(jī)，該機(jī)可精播玉米、大豆、花生。但是由于風(fēng)機(jī)及萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)故障多，工作不可靠， 沒(méi)能得到推廣。20世紀(jì)70年代我國(guó)加強(qiáng)了半精量和精量播種技術(shù)的引進(jìn)、研究和試驗(yàn)。 1979年中國(guó)農(nóng)機(jī)院引進(jìn)了4種精播機(jī)(西德氣吸、氣吹兩種，法國(guó)氣吸式，美國(guó)指夾式) ，并 分別對(duì)它們的性能，結(jié)構(gòu)參數(shù)以及影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)和研究，在此基礎(chǔ)上研制出了我國(guó) 的定型產(chǎn)品:2BJ-6型、2BJ-4型氣吹式精量播種機(jī)。遼寧省農(nóng)機(jī)研究所也經(jīng)多年的改進(jìn)試驗(yàn) 研制出了與鐵牛-55拖拉機(jī)配套的 2BQ-6型氣吸式播種中耕通用機(jī) .該機(jī)采用垂直圓盤氣吸式 排種器，可精播玉米、大豆、高粱、棉籽，完成起壟、播種、中耕、培土等作業(yè)。20世紀(jì) 80年代我國(guó)擴(kuò)大了精播機(jī)的試驗(yàn)、示范推廣。各地根據(jù)本地情況研制出了不同型號(hào)的氣力 式播種機(jī)，如威海市農(nóng)機(jī)所研制出了2BT-2型氣吸式花生套種播種機(jī)，煙臺(tái)地區(qū)農(nóng)機(jī)所研 制的2BHQ-5型氣吸式花生播種機(jī)，大連市農(nóng)機(jī)化所研制的 2BJQ-4型氣力式播種機(jī)，山西 省農(nóng)機(jī)所研制的2BJ-4型氣吸式精密播種機(jī)。 “八五”期間，北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)研制出了2XB- 300型孔齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)式穴盤育苗精量播種機(jī)，該裝置適合于播中等大小的丸?；N子。到了20 世紀(jì)90年代播種機(jī)由單一播種發(fā)展到了播種、施肥、鋪膜聯(lián)合作業(yè)。近幾年，精密播種技 術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的HNJ97-1型水稻精量播種機(jī)，利用電磁振動(dòng) 原理實(shí)現(xiàn)精量播種，但其造價(jià)較高。南京農(nóng)機(jī)化研究所和江蘇大學(xué)共同研制的2QB-330型 氣吸振動(dòng)式秧苗盤精量播種機(jī)，應(yīng)用振動(dòng)氣吸的原理，每穴1-2粒種子的播種合格率達(dá)到了 90%以上【6，9，10】 。 對(duì)于氣吸針式排種器，在我國(guó)自行研制的蔬菜、花卉工廠化育苗播種機(jī)中已開(kāi)始應(yīng)用， 而對(duì)于滾筒氣吸式排種器，由于其氣密性很難控制等原因，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的專門用 于蔬菜、花卉工廠化育苗的滾筒氣吸式排種器還很少。 1.3 國(guó)內(nèi)幾種典型的氣吸滾筒式精密排種器【11】 (1) 臺(tái)灣的陳世銘等研制的“振蕩式多用途真空播種機(jī)”，采用的就是滾筒型氣吸式排 種器。該裝置采用了錐形孔和振動(dòng)裝置來(lái)改善播種器的充種性能，然后用高速氣流來(lái)清除 多余的種子。為避免清種的高速氣流對(duì)吸孔處的流場(chǎng)造成破壞，滾筒上吸孔的分布采用的 是五刻劃形式(即沿圓周方向五等分滾筒來(lái)分布吸孔 )。這樣每播一盤，滾筒需要轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈 才能完成。為了保持較高的生產(chǎn)率，滾筒的轉(zhuǎn)速較高。另外，因?yàn)椴捎昧隋F形吸孔，簡(jiǎn)單 的切斷負(fù)壓不能保證卸種的一致性和準(zhǔn)確性，所以又用了高速氣流從內(nèi)側(cè)沿吸孔軸線方向 來(lái)把種子吹落。 (2) 廣西林科所研制的4LRZ-10000型流動(dòng)式容器育苗裝播作業(yè)線，播種裝置采用的也 是氣吸式滾筒型排種器。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把種子吸附在滾筒圓周面上，通過(guò)切斷真空，種子靠 自重下落到容器內(nèi)。該裝置采用的是凸臺(tái)式吸孔，吸嘴孔徑的大小按種子千粒重而定，播 南方的濕地松種子，孔徑為1毫米，播經(jīng)過(guò)精選后裹成直徑為4-5毫米的種子丸，孔徑為1.2 毫米。播種有種率可達(dá)95%以上。該裝置采用真空泵作負(fù)壓源( 型號(hào)為2X-8) ，這套生產(chǎn)線 的生產(chǎn)率比較低，每小時(shí)才播種10000穴。育苗容器輸送帶的運(yùn)行速度為0.05米/秒，播種機(jī) 構(gòu)的播種滾筒轉(zhuǎn)速為7轉(zhuǎn)/分。 (3) 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)的盛江源等為了解決人參小行距精密播種的問(wèn)題，也研制了一種氣 吸式滾筒型排種器。工作時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與滾筒軸(空心軸 )相連，將滾筒內(nèi)抽成一定的真 空度，當(dāng)滾筒經(jīng)過(guò)種箱時(shí)，凸臺(tái)上的吸孔將種子吸住，并隨滾筒旋轉(zhuǎn)至卸壓區(qū)，此時(shí)卸壓 輥將吸孔堵住，吸孔內(nèi)外壓差消失，種子靠自重落入接種杯內(nèi)，經(jīng)輸種管排入播行。他們 運(yùn)用正交試驗(yàn)的方法，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，得到了試驗(yàn)因素的最優(yōu)組合。 (4) 由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和廣西北海市農(nóng)機(jī)化研究所研制的氣吸式雙層滾筒水稻播種器 【12】 ，采用雙層滾筒結(jié)構(gòu)(外層壁薄、光滑、孔徑小、內(nèi)層孔徑大) 使吸孔卡不住雜質(zhì)，有 效地解決了吸孔堵塞的難題。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示，工作原理為:滾筒內(nèi)腔是一全封閉 的真空負(fù)壓室，表面有與秧盤穴孔相對(duì)應(yīng)的小孔和真空室相通。工作時(shí)。抽氣機(jī)構(gòu)抽走滾 筒內(nèi)腔的空氣.產(chǎn)生負(fù)壓.使吸孔的兩端形成負(fù)壓)}-.演筒續(xù)筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)至滾筒正下方 時(shí)，吸孔內(nèi)端進(jìn)入增壓室，負(fù)壓被切斷并處于增壓狀態(tài)，種子在自重及正壓作用下落入秧 盤的穴孔中.滾筒和秧盤在同步輸送機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)滾筒上的吸孔與秧盤上的穴孔一一 對(duì)應(yīng)，滾筒不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，秧盤不斷隨同步輸送機(jī)構(gòu)前進(jìn)，從而達(dá)到連續(xù)對(duì)穴播種的目的。 1.抽氣機(jī)構(gòu)2.增壓管3.同步輸送機(jī)構(gòu)4種子箱5. 7.封閉增壓室8.秧盤9.機(jī)架10. 滾筒播種器6.真空負(fù)壓室 氣流方向 圖1-1氣吸式雙層滾筒播種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1.4 本文研究的內(nèi)容 由于原有的氣吸滾筒式精密排種器存在漏氣量大、排種不均勻、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活及磨損嚴(yán) 重等問(wèn)題，本課題就其機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之能具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率較高等優(yōu)點(diǎn)， 能夠用于播種油菜等小顆粒作物。本論文開(kāi)展以下幾方面工作： 1. 對(duì)原有氣吸滾筒式精密排種器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。 2. 建立種子在吸孔氣流作用下的受力模型，研究種子的吸附條件，分析各種因素對(duì)播 種質(zhì)量的影響。 3. 運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)排種器進(jìn)行氣流場(chǎng)分析和模擬，分析吸孔的形狀、導(dǎo)程和吸孔孔 徑的大小對(duì)吸種性能的影響。同時(shí)對(duì)吸種滾筒正負(fù)壓區(qū)進(jìn)行模擬仿真。 4. 采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)滾筒氣吸式排種器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，研究其轉(zhuǎn)速， 吸孔負(fù)壓，吸孔形狀、大小及種箱振動(dòng)頻率等與單粒率、空穴率的關(guān)系，以提高其性能。 5. 運(yùn)用回歸分析，建立試驗(yàn)指標(biāo)與幾個(gè)顯著因素的關(guān)系式。 第 2 章 氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 2.1 排種器結(jié)構(gòu)及工作原理 2.1.1 總體結(jié)構(gòu) 氣吸滾筒式精密排種器總體結(jié)構(gòu)布局如圖2-1所示。 氣吸滾筒式精密排種器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2所示，主要由隔氣板1、彈簧2、空心軸 3、滾筒4、橡膠塞5、種箱6、激振裝置7、輸送帶8和氣源等組成。其特點(diǎn)為彈簧壓緊隔氣 板，便于適時(shí)調(diào)節(jié)壓緊面。激振裝置激振后，使種箱中的種子產(chǎn)生向上的拋擲運(yùn)動(dòng)，種子 間接觸減少，相互分離呈沸騰狀態(tài)【13】 ，便于滾筒吸種。其具體的排種器裝配圖如圖2-3 所示。 2.1.2 工作原理 如圖2-2所示，排種器的滾筒內(nèi)腔是一全封閉的真空負(fù)壓室，滾筒表面的吸孔與真空室 相通。播種時(shí)，空吸機(jī)通過(guò)空心軸3上的吸孔吸走滾筒表面內(nèi)腔的空氣，產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié)L筒 4上吸孔的兩端形成負(fù)壓差，滾筒繞固定空心軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滾筒4上的吸孔經(jīng)過(guò)種子箱6時(shí)， 種子在吸孔負(fù)壓差的作用下被吸附在吸孔上隨滾筒4一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)滾筒4轉(zhuǎn)至正下方隔氣板1 所形成的正壓腔時(shí)，負(fù)壓被切斷，種子在自重和正壓的作用下落到輸送帶8上。 2.2 排種器的設(shè)計(jì)【14，15，16】 影響排種器吸排種性能的因素主要有：吸孔的形狀及大小、滾筒內(nèi)部正負(fù)壓的大小、 振動(dòng)系統(tǒng)的頻率高低及滾筒轉(zhuǎn)速等。是否合理選擇吸孔的形狀大小、滾筒內(nèi)部正負(fù)壓、振 動(dòng)頻率及滾筒轉(zhuǎn)速將顯著影響排種器的吸排種性能。 2.2.1 排種滾筒上吸孔的設(shè)計(jì) 選擇了三種形狀的吸孔，分別為直孔、錐形孔和沉孔，見(jiàn)圖2-4。可以通過(guò)試驗(yàn)確定最 優(yōu)吸孔形狀和大小。 2.2.2 排種滾簡(jiǎn)內(nèi)部正負(fù)壓腔的設(shè)計(jì) 如圖2-2所示，空心軸3分為左右兩部分，通過(guò)橡膠塞5隔開(kāi)，橡膠塞5左邊一段軸上開(kāi) 有吸孔，與滾筒4上的吸孔相通，右邊一段軸與正壓室相連。工作時(shí)，左半軸通過(guò)空吸機(jī)吸 氣形成負(fù)壓，空心軸3左半軸與滾筒4表面的吸孔之間形成負(fù)壓腔，同時(shí)右半軸通正壓氣體， 隔氣板1與滾筒內(nèi)壁之間形成正壓腔。彈簧2的作用是調(diào)節(jié)隔氣板與滾筒內(nèi)壁的壓緊程度， 防止磨損漏氣。 2.2.3 電磁振動(dòng)系統(tǒng)的原理及選用【9,17】 種箱的振動(dòng)由激振機(jī)構(gòu)產(chǎn)生，而由于激振方法的不同，激振機(jī)構(gòu)的類型有機(jī)械式、電 磁式、液壓式及氣動(dòng)式等。 本文采用的振動(dòng)系統(tǒng)是電磁式。工作時(shí)，電磁鐵線圈通以脈沖信號(hào)，由于鐵芯的斷續(xù) 吸力和振動(dòng)彈簧的作用，使種箱做上下垂直振動(dòng)。電磁振動(dòng)系統(tǒng)使種箱中的種子產(chǎn)生向上 的拋擲運(yùn)動(dòng)，形成“沸騰”狀態(tài)，利于吸種。 電磁振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖2-5所示。 振動(dòng)系統(tǒng)受恢復(fù)力和激振力的作用，彈性恢復(fù)力可產(chǎn)生自激振動(dòng)。彈簧使物體回到平 衡位置的彈性恢復(fù)力與物體離開(kāi)平衡位置的位移成正比，其方向和物體的位移方向相反。 由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到阻尼的作用，使振動(dòng)逐漸趨于停止。阻力的方向總是與運(yùn)動(dòng)方向相 反。當(dāng)振動(dòng)不大時(shí)，其大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度成正比。由激振器產(chǎn)生的輸出為: (2-1)??????tBx11sin 式中:B - 受迫振動(dòng)的振幅，即為激振器輸出的振幅; - 受迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)角頻率;1? - 相位角。? 在持續(xù)穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài)條件下，當(dāng)振動(dòng)的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相差很大的情況下，可以認(rèn) 為系統(tǒng)只隨激振系統(tǒng)作用。此時(shí)有: (2-2)??????tBxX11sin 由式(2-2)可以看出，在振動(dòng)系統(tǒng)偏離系統(tǒng)固有頻率的條件下，系統(tǒng)的振動(dòng)為簡(jiǎn) 諧振動(dòng)，受迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率一致，則受迫振動(dòng)的振幅為: (2-3)??2201???? 式中: - 與激振力相等的靜力作用下的靜位移:0B - 頻率比， ； - 激振力的頻率， - 系統(tǒng)的固有頻率；?nf/?? nf - 相對(duì)阻尼系數(shù)。? 則系統(tǒng)的受迫振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為: (2-4)???????????1220si1BX 由此知，受迫振動(dòng)的幅值取決于 ， ， 。0? 與系統(tǒng)的剛度成反比，與激振力成正比，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一定的情況下，可以通過(guò)改變0B 激振力的大小來(lái)改變振動(dòng)系統(tǒng)的振幅。振動(dòng)系統(tǒng)的頻率取決于激振器的振動(dòng)頻率，可以通 過(guò)改變激振器的輸出頻率來(lái)改變振動(dòng)系統(tǒng)的頻率。 當(dāng) << 1 時(shí)，即 < 0.7 ，如果系統(tǒng)的阻尼很小，振幅則增加較快。 當(dāng) >> 1 時(shí)，無(wú)論阻尼多大，系統(tǒng)的振幅都比較小。這是由于激振頻率很高，激振 力方向變化比較迅速。振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量部件不可能隨著激振力方向的變化而迅速變化。 當(dāng) = 1 時(shí)，激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等。系統(tǒng)的振幅達(dá)到最大，產(chǎn)生共振。? 通過(guò)以上分析，希望振動(dòng)系統(tǒng)在小于系統(tǒng)固有頻率的狀態(tài)下工作。振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)選擇 可以參考上述對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的分析結(jié)果進(jìn)行。 2.3 排種裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì) 如圖2-3的裝配圖所示，該排種器對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化及改進(jìn)設(shè)計(jì): 1.主軸(空心軸)結(jié)構(gòu)優(yōu)化： 該排種器采用了一根空心軸形成兩個(gè)壓腔的設(shè)計(jì)，空心軸3被橡膠塞2分成了兩個(gè)半軸， 左半軸連接負(fù)壓氣管，右半軸接正壓氣管，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是既消除了因采用兩根獨(dú)立半軸 所形成的懸臂梁結(jié)構(gòu)而使同軸度得不到保證的問(wèn)題，又消除了結(jié)構(gòu)上因滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)而使軸承 磨損加劇的問(wèn)題。 2，采用螺紋導(dǎo)程件定位： 在排種器的結(jié)構(gòu)中，螺紋導(dǎo)程件7的作用是在滾筒4與隔氣板9在相互接觸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 使隔氣板始終沿著滾筒的軸線方向而不發(fā)生偏離和旋轉(zhuǎn)。螺紋導(dǎo)程件的采用更好地解決了 因零件間的接觸運(yùn)動(dòng)而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定及漏氣等問(wèn)題。 3.彈簧結(jié)構(gòu)： 該排種器在結(jié)構(gòu)上的另一改進(jìn)是采用了彈簧結(jié)構(gòu)，彈簧的采用能夠使隔氣板更好地與 滾筒內(nèi)壁進(jìn)行結(jié)合并適時(shí)壓緊，減少了因摩擦而導(dǎo)致的磨損漏氣的問(wèn)題。 4.激振裝置： 為了減少種箱中種子間的內(nèi)摩擦系數(shù)，增加其流動(dòng)性，采用了電磁振動(dòng)系統(tǒng)，這樣種 子在電磁振動(dòng)系統(tǒng)的作用下，在種箱中形成“沸騰”狀態(tài)，更有利于排種器的吸種。 5.排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)： 在試驗(yàn)研究中采用的是JPS-12排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)，它是通過(guò)分析與總結(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn) 有排種器試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)精巧，使用方便，檢測(cè)手段先進(jìn)，滿足了氣 力式排種器試驗(yàn)研究的需要。 2.4 本章小結(jié) 根據(jù)氣吸滾筒式精密排種器的工作原理，對(duì)排種器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。通 過(guò)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，解決了同軸度及軸承磨損等問(wèn)題; 螺紋導(dǎo)程件及彈簧結(jié)構(gòu)的采用， 解決了系統(tǒng)的氣密性及運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定等問(wèn)題:采用電磁振動(dòng)系統(tǒng)在排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn) 行試驗(yàn)，更有利于提高排種器的吸種效果以及對(duì)排種性能的檢驗(yàn)。 本章對(duì)氣吸滾筒式精密排種器的優(yōu)化設(shè)計(jì)為下面的仿真及試驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。 第 3 章 氣吸滾筒式精密排種器的理論分析 3.1 種子所受吸附力及吸種高度的確定 3.1.1 吸附力及其影響因素 在吸孔附近，種子處于具有一定氣體流速的流場(chǎng)中，假設(shè)種子在流場(chǎng)中為具有同一尺 寸的均勻球體，根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理可知，種子受到流體的阻力推動(dòng)，即繞流阻力產(chǎn)生的 對(duì)種子的吸附效果(又稱為吸附力 )，控制了種子在吸孔附近的運(yùn)動(dòng)。 設(shè)氣體的密度為P，則種子所受的吸附力為【18，19】 （3-1 ） 202081vdCvdAF???? 式中： —阻尼力系數(shù)，與種子的形狀、表面狀態(tài)和雷諾數(shù)有關(guān)，如果種子形狀接近球體，dC 則其值約為0.44。 A - 種子在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的平面上的投影面積， 。2m - 吸孔周圍的氣流平均速度，m/s 。0v d - 種子的直徑，m 。 若吸孔阻力系數(shù)定義 ，則通過(guò)吸孔的氣流平均速度 可表示為??2/ivp???? iv (3-2)??pi?? 式中 一吸孔內(nèi)外壓力差，Pa 。p? 已知吸孔直徑為 ，則通過(guò)單個(gè)吸孔的空氣流量為id (3-3)4 2ivdQ?? 式(3-2)代入式 (3-3)得 (3-4)??pi?2 對(duì)于不同形式的吸孔，F(xiàn)allak S .Sial和Sverker P .E. Persson 在論文中以錐形孔(如圖3-1) 為例作了闡述【20】 ，S. Shafii，S.A.Sharer，R.G.Holmes在他們的論文中也進(jìn)行過(guò)研究 【21，22】 。 設(shè)在距吸孔中心點(diǎn)為x的地方為種子被吸上吸孔的臨界位置，此時(shí)氣流平均速度為： (3-5)????cos120??xQv 式(3-4)代入式(3-5)得： (3-6)????pxdvi?cs820 式(3-6)代入式(3-1)得： (3-7)??? ?24cos1256??xCFid 式(3-5)代入式 (3-1)得： (3-8)??24 2cs3??xQd 各因素對(duì)吸附力的影響分析如下: ① 由式(3-7)得知，種子所受吸附力F的大小與d，四次方成正比，與 Ap成正比。即吸 孔直徑越大，吸孔內(nèi)外壓差越大，吸附力越大。吸附力過(guò)大雖利于吸種，但易造成重播。 ② 由式 (3-8)得知，種子所受吸附力F 的大小與總空氣流量Q成正比例的關(guān)系，與“ 成反 比例的關(guān)系。 “越大，F(xiàn)越小。 ③ 由式(3-7)和式(3-8)可知，吸附力 F與吸種高度x的四次方成反比，故x的變化將顯著 影響種效果。當(dāng)x趨向于零，吸種力急劇增大，有利于吸種，但同時(shí)會(huì)造成重播率的增加; 當(dāng)x增大，吸種力會(huì)急劇減小，不利于吸種，同時(shí)易造成空穴率的增加。 3.1.2 吸種高度及影響因素 經(jīng)過(guò)理論分析，當(dāng)種子受到氣流作用被吸起時(shí)，有平衡方程【23~25】： ( 3- 9)05.02??tsdsvSCgV? 式中： - 種子密度， ；s?3/mkg - 種子體積， ；sV g - 重力加速度， ；2/s - 空氣密度， ；?3mkg - 阻力系數(shù)；dC - 種子在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積， ；sS2 - 懸浮速度， 。tvsm/ 對(duì)于圓形種子，式(3-9)可以寫成 【23，25，28】： (3-10)0234??tdsvCg? 式中 - 種子的直徑，m 。sd 式(3-9)也可以運(yùn)用于扁平或者橢圓形的種子模型，在這種情況下【25】 (3-11)421LSs?? 式中 - 橢圓種子的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，m ；1L - 橢圓種子的短軸長(zhǎng)度，m ；2 當(dāng)氣流速度大于 ，種子受一向上的加速度而被吸起，流速大小與真空度成比例，并tv 在吸孔處達(dá)到最大值。假設(shè)空氣為理想氣體，氣流從離吸孔較遠(yuǎn)的自然狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到吸孔處 是一個(gè)絕熱等嫡的過(guò)程，即： (3-12)、?kp?/ 式中：p - 大氣壓力，Pa ；k - 定壓和等容下的比熱率。 (3-13)RT/ R - 普適氣體恒量， ；T - 空氣的絕對(duì)溫度， k 。1?Jg 對(duì)于可壓縮流體，應(yīng)用Bernouli定理并假設(shè)氣流初始速度 為0，則：ev (3-14)22iieegZdpgv?????? 式中： - 自然狀態(tài)下空氣的速度，m/s ；ev - 吸孔處的氣流速度，m/s ；i - 空氣位于自然狀態(tài)位置 相對(duì)于任一水平面的高度，m ；eZe - 空氣位于吸孔位置 相對(duì)于任一水平面的高度，m 。i i 考慮到 ， ，(3-14)式可以寫成：ie?0?ev (3-15)???ieidpv?2 對(duì)于絕熱等熵過(guò)程，式(3-12)可以寫成： (3-16)ke kepp11????? 式中： - 自然狀態(tài)下大氣壓力，Pa ；ep - 空氣自然狀態(tài)下的密度， 。?3/mkg 式(3-16) 代入式 (3-15)，得： (3-17)? ??iekidpv12? 則 (3-18)?? ?????kkekiei 121 式中： - 吸口處的全壓，Pa 。ip 即 (3-19)???? ?????????????11-2keii pkv? 在理想狀況下，對(duì)于自然狀態(tài)下的氣體方程可以表示為： (3-20)eRT 式中： - 空氣自然狀態(tài)下的絕對(duì)溫度，k 。eT 式(3-20) 代入式 (3-19)得： 滾筒吸孔處的氣流速度 (3-21)?? ????????????keiei pRTkv112 式(3-21) 成立的條件是 小于聲速。假設(shè)空氣流是一維等嫡的，氣流速度在吸口處達(dá)到聲速i 時(shí)真空室內(nèi)真空度達(dá)到極限值 ，則：icrtp (3-22 )12?????????keicrt 當(dāng) ，k=1.41 時(shí)，得 ，kPape13.0?Papicrt3.5 由此可得真空度的極限值： kpiie48.10???? 吸孔處的氣體流量 (3-23)4/2iivdQq?? 式中： - 吸孔直徑，m 。id 將式(3-23) 代入式 (3-5)式得： (3-24)???cos182??xvdvi 把式(3-21) 代入式 (3-24)得： (3-25)???? ?????????????keieix pRTkdv 121cos18 把式(3-25) 代入式 (3-10)得到從吸孔處所能吸附種子的最大吸種高度x為： (3-26)???? 4214cos183????????????????kgdpkTCxskeieid?? 各因素對(duì)吸種高度的影響分析如下： 滾筒上吸孔的吸種高度與吸孔直徑、負(fù)壓大小、種子密度及種子大小有關(guān)。滾筒上的 吸孔直徑 越大，吸孔上的負(fù)壓 越大，則吸種高度 越大; 而種子密度 越大，種子半idipxs? 徑 越大，錐角 越大，則吸種高度 越小。s?x 3.2 氣吸滾筒式精密排種器吸種過(guò)程及其影響因素的分析 氣吸滾筒式排種器吸種過(guò)程是指種子在吸孔氣流下，從種子群中分離出來(lái)被滾筒吸孔 吸附和帶出的過(guò)程，可分為吸附和帶出兩個(gè)階段【11】 。 3.2.1 種子從種箱到被吸孔吸附過(guò)程分析 有效的吸附一般都發(fā)生在種子群的表面，并且是在很短時(shí)間內(nèi)完成的過(guò)程。作用在種 子上的力及其變化是很復(fù)雜的，為便于問(wèn)題的分析，下面對(duì)此過(guò)程作一些假設(shè)。 1) 假設(shè)種子的形狀為一球體，半徑為 ，密度為 ，則質(zhì)量為：srs? (3-27)ssm?34? 2) 假設(shè)種子的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)勻加速直線運(yùn)動(dòng)，種子吸附過(guò)程所需時(shí)間 是相同的( 因?yàn)闀r(shí)t 間非常短，其差異必然也非常小)，即都是在吸孔轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度 時(shí)完成吸附過(guò)程的。? 3) 在吸附過(guò)程中，作用在種子上的氣流吸力 雖然是一個(gè)大小和方向都在發(fā)生變化F 的力，但因?yàn)樽饔脮r(shí)間非常短，可假設(shè)它為一個(gè)大小和方向都一定的力。 的方向可取為F 種子初始的重心位置A和完成吸附時(shí)吸孔中心位置 C的連線方向。 根據(jù)上述假設(shè)，種子的初始位置A 可用角度 和種子與滾簡(jiǎn)間的最短距離 兩個(gè)參數(shù)?x 來(lái)表示，完成吸附時(shí)的位置B 用角度 來(lái)表示。這樣，吸孔能否吸上種子的條件是：在氣? 流吸力 的作用下，種子必須在滾筒轉(zhuǎn)過(guò)角度 的時(shí)間 內(nèi)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B 點(diǎn)。Ft 種子在發(fā)生吸附前處于振動(dòng)狀態(tài)，受到振動(dòng)慣性力的作用，但這是一個(gè)在大小和方向 都隨時(shí)間發(fā)生變化的力。在種子振動(dòng)幅度比較小的情況下，振動(dòng)慣性力可以忽略而不考慮。 這樣，種子在發(fā)生吸附前的受力主要有：吸孔內(nèi)外側(cè)壓差造成的氣流吸力 、種子本身的F 重力 和摩擦力 ，如圖3-3 所示Gsf 在作了上述簡(jiǎn)化后，沿滾筒AB連線的方向?qū)ΨN子進(jìn)行力的分解： (3-28)??coscosGfFs?? 由式(3-28) 可得，這時(shí)種子被吸向吸孔的條件為： (3-29)sf?? 這時(shí)種子的加速度為