气吸板式超级稻精密排种器设计及试验研究

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育秧排种器是超级稻工厂化育秧的关键设备,而现有育秧排种器育苗均匀性差、效率低,难以满足超级稻的2±1粒/穴的农艺要求,已成为制约我国水稻种植机械化提高的瓶颈问题。气吸板式排种器因能实现一次充种、整盘播种而受到人们的重视,而现有的水平吸盘式排种器的振动种盘结构复杂以及单一整体气腔内部容积较大,存在气压分布不均匀、气流不稳定、受风量和压力因素的影响严重等问题。本文总结了超级稻育秧排种器以及气吸板式排种器的国内外研究现状与应用情况,也结合超级稻的农艺要求,发明了一种分气道组合气腔结构气吸板式排种器,并对其进行了结构设计、动力学建模分析、流场仿真分析及试验研究。  (1)设计了一种分气道组合气腔结构气吸板式排种器,依靠吸种板来回摆动和种箱的上下移动来实现充种和排种,将传统的单一整体气腔结构改为多个横向气道和两侧纵向凹槽组合的气腔结构,吸种板采用单位吸种面积内对角布置吸种孔,以满足超级稻每穴2±1粒的稀植育秧播种要求;并对排种器的气动系统的进行了设计与分析,介绍了气动系统的主要组成和各个气路的工作过程。  (2)根据气吸板式排种器的工作原理,建立种子在充种阶段以及携种翻转阶段的受力模型,分析各个参数的影响,经计算分析得到充种时,超级稻种子能被吸附的最小真空度为712.17Pa,翻转过程中保持种子的吸附而不脱落的的最小真空度为1258.15Pa。  (3)对分气道组合气腔结构进行气流场仿真,分析不同结构参数下的气道内气流场分布情况,主要包括气道的宽度、气道的出口位置和形式以及气道的高度对气道内气流场分布的影响,根据仿真结果所设计的分气道组合气腔体的内部容积仅为2.22dm3,极大地减小了气腔的容积,从而对负压气源的流量和功率的要求降低。通过对分气道组合气腔整体模型的仿真,得到纵截面和横截面的气压分布和速度分布云图,可以看出气道的的各个位置差别不大,并进行了验证性试验,吸孔处气压分布基本均匀,气道内的吸孔压差在80Pa左右,对吸种效果影响不大。  (4)以两优培九超级稻种子为研究对象,在设计加工完成的气吸板式排种器上进行吸种性能试验和排种性能试验。通过吸种性能单因素试验和正交试验,得到最优参数组合为:种箱移动速度0.12m/s,真空度1.5KPa,充种角度120°,吸孔直径1.0mm,其合格率94.26%,漏播率2.47%,重播率3.27%,并在吸种性能最优参数组合下,选择不同的播种效率进行排种性能试验,播种效率为300盘/h时,合格率最高,达到90.52%,满足超级稻的精密播种要求。
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