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小白菜正负气压组合式精量排种器设计与试验

农业机械学报 2022年第10期53卷 54-65页

作者：刘海廖宜涛王磊王宝山杜铮廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 武汉市农业科学院武汉430065 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对小白菜精量复式播种机采用单体排种器播种时传动系统复杂、各行出苗效果差异明显等不足,设计了2个排种盘可同时播8行的小白菜正负气压组合式排种器,阐明了排种器的工作过程、原理及主要结构参数,理论分析确定了排种盘和排种口结构... 详细信息

针对小白菜精量复式播种机采用单体排种器播种时传动系统复杂、各行出苗效果差异明显等不足,设计了2个排种盘可同时播8行的小白菜正负气压组合式排种器,阐明了排种器的工作过程、原理及主要结构参数,理论分析确定了排种盘和排种口结构参数及其种子迁移轨迹。利用DEM-CFD气固耦合动网格模型分析了排种盘转速、气室负压和气室正压对排种性能的影响,试验结果表明:负压对排种器合格指数、重播指数及漏播指数均有显著影响,负压为-3000 Pa、正压为300 Pa、转速为30 r/min、品种为中箕青605时,各行平均合格指数为93.12%、重播指数为3.59%、漏播指数为3.29%。利用JPS-12型排种器检测试验台开展了台架试验,试验结果表明:排种盘转速为30 r/min、负压为-3000 Pa、正压为300 Pa时,各行平均合格指数为91.32%、平均重播指数为6.19%、平均漏播指数为2.49%。以较优因素水平组合开展了田间试验,试验结果表明:小白菜平均苗数为10株/m、株距平均值为100.48 mm,各行苗数一致性变异系数为8.05%,满足小白菜种植农艺要求。

关键词：小白菜精量播种正负气压组合式排种器

基于TRIZ-AD的集成式油菜气力精量排种装置设计

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农业工程学报 2023年第14期39卷 49-59页

作者：郑娟廖宜涛廖庆喜王磊施彬彬孙迈华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对现有气力式播种机排种装置的传动和供气系统复杂、机械结构无法适配智能变量作业、气力供给风压消耗大且稳定性差等问题,该研究应用发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)与公理化设计(axiomatic design theo... 详细信息

针对现有气力式播种机排种装置的传动和供气系统复杂、机械结构无法适配智能变量作业、气力供给风压消耗大且稳定性差等问题,该研究应用发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)与公理化设计(axiomatic design theory,AD)方法,开展油菜气力精量排种装置设计。首先使用TRIZ技术成熟度预测和进化定律分析,阐明了排种技术发展阶段和进化路径及潜力;其次建立基于TRIZ和AD集成的设计过程模型,求解时在功能域到结构域映射过程中引入TRIZ工具,采用“冲突解决原理”解决现有排种装置中涉及的传动系统、供气系统矛盾冲突,分析对改善结构参数有用的发明原理和对应的方案,最终确定电机直接驱动排种盘和风机内置气室的解决方案,构造并求解其原始设计矩阵,并通过独立公理和信息公理判断该解决方案的合理性及最优化。最后进行电机风机集成式油菜气力精量排种装置设计,确定电机风机同侧排布技术方案,集成电机驱动简化传动,集成风机取消输气管道降低风压损失。台架试验结果表明,设计的集成式排种器排种性能满足油菜单粒排种要求,吸种负压绝对值取1.0~2.0 kPa、作业速度小于7 km/h时,排种合格指数均大于90%,且合格指数达到90%需要的风压低于现有排种装置风机和输气管道布局所需风压。本研究可为气力式排种器设计提供思路和参考。

关键词：农业机械播种机精量排种风机集成 TRIZ AD 技术矛盾

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油菜机械直播机开沟浅旋装置设计与试验

农业机械学报 2023年第10期54卷 58-67,104页

作者：张青松齐涛敖倩舒彩霞廖宜涛廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区油菜轻简高效生产需求及目前机具作业易出现厢面不平、碎土质量不高及“晾种”,导致油菜出苗率低的问题,设计了一种油菜机械直播机开沟浅旋装置,实现中间开畦沟,畦沟土壤抛送覆盖两侧厢面,浅旋匀土部件匀土、... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区油菜轻简高效生产需求及目前机具作业易出现厢面不平、碎土质量不高及“晾种”,导致油菜出苗率低的问题,设计了一种油菜机械直播机开沟浅旋装置,实现中间开畦沟,畦沟土壤抛送覆盖两侧厢面,浅旋匀土部件匀土、细碎厢面土壤及埋覆土壤和秸秆功能;基于滑切减阻原理及挤压力学理论,确定了中间开畦沟部件、清沟整形部件及浅旋匀土部件结构参数,得出中间开畦沟刀盘安装弯刀数量为4,切土节距为60 mm,清沟整形部件整形面侧面倾角为67°,前面倾角为3°,浅旋弯刀侧切刃偏心圆半径为182 mm,滑切角为42.4°;运用EDEM软件开展正交旋转组合试验,确定了螺旋匀土叶片的最佳结构参数:螺旋半径为100 mm、螺距为350 mm、螺旋头数为1,并确定了浅旋弯刀及螺旋匀土叶片结构布局;田间试验表明,当机组前进速度为7 km/h时,安装有开沟浅旋装置的油菜直播机作业后厢面平整,畦沟沟型完好,秸秆埋覆率为84.38%,碎土率为86.41%,厢面平整度为30.18 mm,畦沟沟深及沟宽稳定性均大于85%,出苗率为75.47%,油菜生长状态良好,装置作业效果满足油菜直播作业要求。

关键词：油菜直播机开畦沟抛土浅旋埋茬螺旋匀土

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窄行密植西洋参精密播种机设计与试验

农业机械学报 2022年第1期53卷 92-103页

作者：廖宜涛李成良廖庆喜张百祥郑娟杜铮华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 武汉市农业科学院武汉430070

针对现有条播或大行株距穴播机难以满足西洋参窄行密植精密播种农艺要求、西洋参机械化种植缺乏适用播种机械的问题,设计了一种采用多行并联气力针式排种装置和行星轮点播式导种装置的窄行密植西洋参精密播种机。阐述了播种机及排种装... 详细信息

针对现有条播或大行株距穴播机难以满足西洋参窄行密植精密播种农艺要求、西洋参机械化种植缺乏适用播种机械的问题,设计了一种采用多行并联气力针式排种装置和行星轮点播式导种装置的窄行密植西洋参精密播种机。阐述了播种机及排种装置结构原理与整机传动方案,重点设计了行星轮点播式全约束导种装置,通过机构分析确定了行星轮系的结构参数;通过卸种过程理论分析和高速摄影试验,明确了卸种轨迹影响因素和卸种水平位移,确定了导种装置插播器接种口尺寸和合适卸种正压;通过导种轨迹理论与仿真分析,明确了插播器运动规律和低位零速投种条件,确定了导种装置投种控制凸轮轮廓。播种机田间试验结果表明,当吸种负压为-4.5 kPa、卸种正压为3.0 kPa、作业速度为0.54 km/h时,设计的播种机穴粒数合格率为86.2%,重播率为4.4%,空穴率为9.4%,播深合格率为92.8%,穴距合格率为93.9%,满足西洋参播种农艺要求。

关键词：西洋参窄行密植精密播种机行星轮系全约束导种

高茬黏重稻茬田油菜直播埋茬防堵深施肥复合装置研究

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农业机械学报 2023年第2期54卷 83-94页

作者：王磊边祺旺廖庆喜王彪廖宜涛张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播作业时,因土壤黏重板结,地表前茬水稻留茬高、留存秸秆量大,导致旋耕部件易缠绕,秸秆埋覆率低,致使深施肥铲易挂草壅堵,作业厢面拖堆不平,难以实现深施肥作业。本文设计一种适应高茬黏重稻茬田的油菜... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播作业时,因土壤黏重板结,地表前茬水稻留茬高、留存秸秆量大,导致旋耕部件易缠绕,秸秆埋覆率低,致使深施肥铲易挂草壅堵,作业厢面拖堆不平,难以实现深施肥作业。本文设计一种适应高茬黏重稻茬田的油菜直播埋茬防堵深施肥复合作业装置,确定埋茬防堵部件深旋弯刀、浅旋弯刀、防堵直刀和深施肥铲的结构参数及刀片和深施肥铲排列安装方式。利用EDEM仿真分析了机具作业后的秸秆埋覆、空间分布及颗粒肥料深施后的分布深度,结果表明:作业速度为2.5 km/h、耕作深度为150 mm、埋茬防堵部件刀辊转速为345 r/min时,秸秆埋覆率为86.53%、施肥深度为83~106 mm。开展了油菜直播机4种田间作业工况验证试验,结果表明:埋茬防堵深施肥复合作业装置田间作业性能良好,实现了肥料深施,秸秆埋覆率为86.69%~90.35%、厢面平整度为16.48~22.65 mm、施肥深度为87.4~109.5 mm、碎土率为81.24%~92.13%。

关键词：油菜直播机高茬黏重稻茬田深施肥埋茬防堵种床整理

机械直播同步深施肥对冬油菜茎秆抗倒性和产量的影响

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农业工程学报 2022年第5期38卷 20-27页

作者：陈慧高丽萍陈勇林建新廖宜涛廖庆喜西华大学能源与动力工程学院成都610039 华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

为探明机械直播同步深施肥对冬油菜抗倒伏能力及产量的影响,该研究选用“华油杂62”油菜品种为供试作物,设置肥料深施、肥料混施和不施肥3个处理,于2020年10月至2021年5月在湖北监利和沙洋试验地开展了田间试验,研究不同施肥处理对油菜... 详细信息

为探明机械直播同步深施肥对冬油菜抗倒伏能力及产量的影响,该研究选用“华油杂62”油菜品种为供试作物,设置肥料深施、肥料混施和不施肥3个处理,于2020年10月至2021年5月在湖北监利和沙洋试验地开展了田间试验,研究不同施肥处理对油菜根系特征、茎秆发育特性、干物质累积、植株氮素吸收、倒伏性状及产量等指标的影响,明晰机械直播同步深施肥冬油菜茎秆抗倒性及产量对株型特征的响应。结果表明,肥料深施较肥料混施处理促进了油菜茎秆生长发育且影响倒伏相关性状,茎粗、茎秆干质量、地上部鲜质量和茎秆抗折力分别显著(P<0.05)增加了9.5%、16.6%、17.4%和31.5%,而油菜株高及地上部鲜质量乘积的增幅小于茎秆抗折力的增幅,导致倒伏指数降低了5.0%,说明深施肥能够增强油菜茎秆抗倒性。此外,肥料深施较肥料混施处理显著增加了油菜根干质量、地上部干质量及地上部氮素积累量,增幅分别达到23.2%、20.4%和27.4%,最终使得油菜产量提高了20.7%(P=0.014),收获指数提高了2.0%。综上,长江中下游地区,肥料深施能改善冬油菜株型,优化油菜群体结构,提升油菜抗倒性能且提高油菜产量,是实现油菜高产且低倒伏风险的机械化种植方式。

关键词：机械化产量冬油菜深施肥倒伏指数

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油菜联合收获机滚筒筛式复清装置设计与试验

农业机械学报 2022年第9期53卷 99-108页

作者：袁佳诚杨佳万星宇廖宜涛廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构... 详细信息

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构参数与运行参数范围;以滚筒筛式复清装置的损失率、清洁率及筛分效率为评价指标,以滚筒筛转速、筛网内助流螺旋叶片螺距和筛孔直径为影响因素,基于EDEM开展了三因素三水平正交试验,确定了最佳参数组合,并利用收获关键部件试验台开展了验证试验。仿真结果表明:当喂入量为0.6 kg/s时,滚筒筛式复清装置的较优参数组合为筛孔直径5 mm、滚筒筛转速105 r/min、筛网内助流螺旋叶片螺距250 mm,此时滚筒筛式复清装置损失率为0.92%、清洁率为98.96%、筛分效率为95.12%。台架验证试验表明,带有滚筒筛式复清装置的清选系统工作顺畅,在最佳参数组合条件下,滚筒筛式复清装置的损失率为0.96%、清洁率为98.67%、筛分效率为95.36%,对比未增加滚筒筛式复清装置前清洁率提升了4.38个百分点。研究可为油菜联合收获机清选装置结构改进和优化提供参考。

关键词：油菜联合收获机清选系统复清装置滚筒筛 EDEM

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油菜精量播种导种环节种子流有序性分析

农业工程学报 2023年第23期39卷 23-35页

作者：廖宜涛孙迈廖庆喜王传奇郑娟武安阳华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜精量播种种子运移环节中排种器排出的单粒有序种子流在导种环节被破坏,造成播种均匀性降低的问题,该研究对导种过程种子流有序性进行分析,明确破坏种子流有序状态的主要原因是种子与导种管管壁的随机碰撞,而导致碰撞发生的主要... 详细信息

针对油菜精量播种种子运移环节中排种器排出的单粒有序种子流在导种环节被破坏,造成播种均匀性降低的问题,该研究对导种过程种子流有序性进行分析,明确破坏种子流有序状态的主要原因是种子与导种管管壁的随机碰撞,而导致碰撞发生的主要因素是导种管曲线、内径和长度。导种过程离散元仿真试验表明,在相同内径及长度的导种管中,种子通过直线型导种管较S型导种管碰撞次数变异系数平均降低2.1个百分点,时间变异系数平均降低1.8个百分点;较抛物线型导种管平均碰撞次数变异系数降低0.5个百分点,平均时间变异系数降低0.5个百分点;在相同曲线及长度的导种管中,种子通过32 mm内径导种管较25 mm碰撞次数变异系数降低7.2个百分点,时间变异系数降低2.6个百分点;在相同曲线及内径的导种管中,无论缩短导种管的哪一部分长度均能降低碰撞次数及碰撞次数变异系数。种子流通过某一导种管的碰撞次数变异系数越大,时间变异系数越大,种子流下落轨迹越离散,种子流有序性越差,导种管曲线对种子流有序性的影响小于内径及长度。台架试验结果表明,采用直线型导种管较S型导种管粒距合格指数平均提高3.2个百分点,漏播指数和重播指数平均降低2.0和1.2个百分点;较抛物线型导种管粒距合格指数平均提高2.8个百分点,漏播指数和重播指数平均降低2.0和0.8个百分点;内径38 mm的导种管较25 mm导种管,粒距合格指数提高11.4个百分点,漏播指数和重播指数分别降低4.6和6.8个百分点;长度20 cm的导种管较80 cm导种管,粒距合格指数提高27.6个百分点,漏播指数和重播指数分别降低10.6和17.0个百分点;随导种管长度增加或内径缩小,粒距逐渐从以设定株距为中心的正态分布渐变为重播指数较高的指数分布。为降低导种环节影响,建议油菜精量播种机导种管曲线采用直线型、内径不小于25 mm、长度不超过40 cm。研究结果揭示了导种管结构对种子流有序性的影响机制,可为导种装置设计与优化提供参考。

关键词：试验油菜导种管播种均匀性导种环节

油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机设计与试验

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农业机械学报 2023年第8期54卷 42-52,109页

作者：康艳廖庆喜廖宜涛韩静轩程昊张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业工序复杂、效率低的问题,设计了一种油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机,可实现开畦沟、浅旋灭茬、油菜精量播种、种床覆土等功能。分析确定了整机基本结构和工作过程,对液压折叠机构进行了运动学... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业工序复杂、效率低的问题,设计了一种油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机,可实现开畦沟、浅旋灭茬、油菜精量播种、种床覆土等功能。分析确定了整机基本结构和工作过程,对液压折叠机构进行了运动学和动力学分析,利用Matlab软件确定了液压缸结构参数以及承受的最大负载,基于拖拉机液压油路设计了液压折叠控制系统;根据开畦沟深度、宽度、耕深、覆土均匀性等作业要求,确定了刀轴转速为360~480 r/min,开沟刀、浅旋刀辊旋转半径分别为320、175 mm,开沟刀盘开沟刀数量为8;分析了分土导流板结构参数的取值范围,应用EDEM软件开展了分土导流板不同结构参数组合下的覆土均匀性正交试验,建立了覆土均匀性与分土导流板安装距离、导流板长度和分土板角度的回归数学模型,试验结果表明,当分土导流板安装距离为200 mm、导向板长度为600 mm、分土板角度为60°时,覆土均匀性可达93.33%。田间试验结果表明,当机组前进速度为3.6 km/h、畦沟深度为150 mm、刀轴转速为480 r/min时,油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机作业后种床碎土率为91.62%,秸秆埋覆率为90.72%,厢面平整度为13.17 mm,成苗率为73.89%,整机作业效果满足油菜直播作业要求。该研究为设计油菜宽幅高效播种机提供新途径。

关键词：油菜直播机宽幅折叠式浅旋分土导流