气力式白菜精密排种器关键部件的设计与试验研究

作     者：王忠鹏 

作者单位：黑龙江八一农垦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵胜雪;杜木军

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：白菜 气力式 排种器 仿真试验 精密排种技术 

摘      要：白菜是我国目前产量最高、种植面积最广的蔬菜作物。提高白菜机械化种植水平对提升农业机械化程度,促进行业发展有着重要意义。目前白菜播种作业中,由于白菜种子体积和质量较小,造成了播种困难的问题。针对目前气力式白菜精密排种器存在的排种性能差等问题,立足于当前国内外研究发展现状,设计排种器关键部件。对排种器进行虚拟仿真试验研究排种器工作过程,最后搭建试验台对仿真试验结果进行验证。研究主要内容如下:(1)依照《蔬菜穴播播种机技术条件(DB/T459-2007)》对白菜播种作业的要求。选取纯度、含水率均满足播种要求的3种白菜种子。品种分别为北京新3号、四季王、春秋54进行物料特性测定研究。试验所得的各项参数可以作为排种器设计的数据支撑。(2)对白菜精密排种器进行结构设计,改进了排种盘吸孔孔形和孔径。分析种子在排种器中的运动过程,并将其分为四个阶段。确定在播种过程中影响播种性能的因素。为流场仿真分析试验和离散元分析试验创造条件。(3)在Solidworks中创建播种器的3D模型。在此模型基础上,使用计算流体力学(CFD)方法进行流场仿真试验,绘制吸孔处的压力与速度云图。选用直筒形型孔、倒角形型孔、锥角形型孔3种型孔,找出不同型孔形状下,吸孔处的流速与压力变化规律。根据仿真结果综合分析后可以得出,倒角形型孔吸种性能优于其它两种型孔。锥角度数为60°的倒角形型孔吸种性能最佳。采用离散元法分析种子的堆积过程状态以及扰种过程状态,深入探究排种器中种子运动状态的规律。同时,验证了扰种装置对白菜种子的扰动作用,进而证明了扰种装置能够提升种子的充种性能。(4)仿真试验结果由台架试验进行验证。研究排种器性能指标影响因素的演变规律。单因素试验证明了虚拟仿真结果的可行性,锥角为60°的倒角孔吸种性能最佳。采用二次正交旋转组合检验法揭示评价指标随影响因素的变化趋势。最后利用Design-Expert软件的数据优化功能,获得排种盘最佳工作参数为排种盘工作转速为31.50r/min、气腔负压值为2.55k Pa以及填种高度为15.0cm,排种器的整体播种性能最优,合格率89.24%,重播率7.14%,漏播率3.62%。根据最优参数进行对比试验。试验值与理论值大致相同,因此优化结果可信,优化的工作参数能够满足白菜播种要求。