气吸滚筒式玉米植质钵盘精密播种装置机理与参数研究

玉米是我国的主要粮食作物之一,黑龙江作为我国玉米主要产区,玉米生产多采用春季直播方式。为了提高玉米品质和产量,北方寒区开始探索玉米钵育生产方式,目前,国内外对粮食作物直播机型主要是针对田间大型作业,其结构较复杂,制造成本较高,不适合玉米钵育栽植。现有的钵育精密播种机都是针对水稻钵育,针对玉米钵育较少,尤其是气吸滚筒式精密播种在玉米钵育的研究未见报道。为此,根据玉米植质钵育农艺要求,在已研发的玉米植质钵育秧盘基础上,利用理论分析、建模仿真、试验研究等方法,对玉米种子物理特性、气吸滚筒式播种装置改进设计、播种装置内部流场、种箱内振动元器件振动原理等进行了较为深入的研究。(1)以郑单958玉米品种为研究对象,对种子的物理力学特性参数进行了测定和参数标定,这些参数是播种装置结构设计与优化的重要依据。(2)根据玉米种子物理特性和玉米植质钵育要求,确定了气吸滚筒式播种装置结构和尺寸,吸种滚筒半径为200mm,滚筒厚度为1mm。滚筒周向吸种孔12排,轴向每排6个孔,吸孔间距45.5mm,吸种孔直径为5.5 mm。(3)采用Fluent流体力学分析软件,结合实际工况,确定了流场为湍流流场。选择标准κ-ε模型作为空心轴内部流场的数学模型,并进行了数值模拟,结果表明,孔径和孔距对其内部流场分布均匀性有显著性影响。通过仿真试验,在接口压力为-12KPa的情况下,孔径和孔距分别为10mm和50mm时,滚筒吸种孔的吸附力最高。(4)设计了气嘴清种装置,建立了清种过程的数学模型,确定了清种风压的最值。(5)设计了可调安装角度的绝压辊,绝压辊对滚筒内壁采用相对滚动的工作方式,代替原有相对滑动的工作方式。调整绝压辊安装角度可实现零速投种,有效提高播种装置工作性能。(6)对播种装置的吸种过程进行力学分析,得到了影响性能指标的主要因素为分别是负压、前进速度、吸种角度。通过单因素试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为性能指标,确定了三个因素的取值范围。(7)采用正交试验方案,得到了前进速度、负压、吸种角度对播种合格指数影响的主次顺序分别为负压、前进速度和吸种角度。经试验观察,发现种箱内种群流动特性对充种性能有一定影响。(8)在种箱上增加振动装置,通过分析振动对种子分散的影响机理,建立了种子运动方程,运用EDEM软件数值模拟了种层高度、振动频率和振动角度对充种性能的影响,结果表明:播种装置的充种性能随种群扰动强度和供种高度的增大而得到改善。(9)运用二次正交旋转组合试验方案进行试验研究,得到种层高度、振动角度、振动频率对播种合格指数影响的主次顺序为种层高度、振动频率和振动角度。利用Design-Expert 8.061软件对试验数据进行处理和分析,当振动角度45°、振动频率116-122Hz、种层高度96-117mm时,播种的性能达到最优,合格指数为95.6%,漏播指数为1.5%,重播指数为2.9%。