摩擦式精密排种器的设计与试验研究

排种器是精密播种机的核心部件，其性能是保证精密播种机工作质量的前提。随着现代农业科学技术的发展，播种机已成为实现高效、优质、低耗农业生产的关键性技术装备。本论文针对机械式排种器存在排种频率低、种子损伤率高等问题，结合黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11551043)，在对国内外相关技术研究的基础上，应用农业机械设计学、计算机仿真、高速摄影等理论和方法，对摩擦式排种器进行了理论分析、结构设计及试验研究。 大豆种子物理力学特性研究为排种器的分析、设计提供了基本参数和设计依据。通过实验测试获得了部分大豆种子的长轴、短轴、中轴直径及单粒质量等数据，计算获得了大豆种子的算数平均径、几何平均径、单粒大豆体积、球形率、密度等基本物理参数；采用倾斜法测试了大豆与聚氯乙烯板、冷轧钢板、镀锌钢板、有机玻璃的静摩擦系数；采用直接剪切法测试了大豆籽粒的内摩擦角；采用注入法测试了大豆籽粒的休止角；通过对整粒大豆的挤压试验，获得了大豆籽粒的最大挤压力、名义抗压极限、弹性模量。 提出了摩擦充种原理，基于该原理设计了新型排种器。通过可行性试验研究表明：依靠摩擦元件、型孔轮对种子的摩擦力使种子流动、受压，来提高排种频率是可行的；立式圆盘结构在充种空间、清种形式等方面优于外窝眼式结构。设计了摩擦型立式圆盘排种器总体结构及壳体、摩擦式排种盘、充种结构、清种钢丝、型孔防堵机构、投种装置等关键部件。 通过对充种力理论分析，获得充种区内种子群各横截面及纵向截面的压力。选用电测法采用全桥单片组桥方案测试了压板对种子的正压力，采用二次正交旋转回归试验设计方法，研究了排种器参数对种子正压力的影响。通过高速影像研究发现，种子充填可以分为直接滑入型孔、慢速挤入型孔、高线速度滑入型孔三种情况；型孔与种子之间的适应性对排种均匀性有较大影响。研究了排种盘转速对充种空间内流出种子粒数及每转流出种子粒数的影响。 基于滑出、滚出型孔的清种原理，设计了新型清种结构。通过对常用的刚性清种板、弹性清种板、旋转清种轮清种过程进行受力分析，把种子受力分为滑出型孔可清种、保持在型孔内不可清种、自锁运动清种三种受力状态，并对种子自锁时运动清种过程进行了分析，发现清种轮容易使种子滚出型孔的清种机理。设计了新型钢丝机械清种结构，对其清种过程进行受力分析及运动仿真分析，探索钢丝清种机理。针对摩擦型立式圆盘排种器提出了采用重力、机械（钢丝）联合清种的方式，通过高速影像观察该方式清种效果良好。 为了提高摩擦型立式圆盘排种器投种的精确性，减小投种过程中种子与土壤接触时种子滑移、弹跳对播种均匀性的影响，在直接投种排种器的基础上设计了二次投种装置，来降低投种口高度，减小种子相对种沟的水平速度及下落速度，提高播种均匀性。对投种过程中的种子进行运动仿真分析及高速影像研究，研究了各因素对种子轨迹、速度、加速度及种子受力的影响，研究了排种盘转速对一次投种口位置、宽度及投种管长度的影响。 采用三因素五水平二次正交旋转回归试验设计方法，对排种器参数进行了优化分析。摩擦型立式圆盘排种器结构简单、性能可靠、排种质量高，可以满足大豆作物高速精密播种的要求。