玉米芽种钵盘精量播种机理与装置参数研究

本文根据寒地玉米乳苗移栽时对玉米芽种穴播的实际需求,在自行研制的机械式玉米芽种钵盘精量播种装置上,利用理论分析、建模仿真、高速摄像和试验研究等方法对播种机理进行了深入的研究和探索。1.根据籽粒性状不同选择在寒地种植的具有一定代表性的德美亚1号(圆形)、龙单47(偏方形)和先玉335(楔形)共三个玉米品种为研究对象,对其芽种的物理特性进行了测定。这些数据对播种关键部件、种箱等的设计都有直接的意义。2.对精量播种装置的囊种过程建立了芽种的运动模型,得到了芽种的运动轨迹方程,确定影响囊种性能的关键因素。将玉米芽种看做平行六面体结构,根据呈现状态面积,获得囊种后种子在型孔内的状态概率。由于囊种后种子处于“平躺”状态下的概率最大,其次为“侧卧”,建立了“平躺”和“侧卧”状态下的型孔直径与种箱速度的关系模型,并根据三品种玉米芽种几何尺寸和囊种状态确定了型孔直径和型孔板厚度的取值范围。揭示了囊种机理,确定了影响囊种性能指标的主要因素及其取值范围。3.选择型孔板厚度、型孔直径和种箱速度为因素进行了单因素试验研究,分析其对单粒率、空穴率、多粒率、损伤率和破碎率的影响,确定了较佳数值。根据单因素试验结果,选择型孔直径和种箱速度两个试验因素,以单粒率、空穴率、多粒率、损伤率和破碎率为囊种性能指标,进行了两因素五水平的正交旋转组合试验。建立了各因素与囊种性能指标的回归方程,探讨了各因素对性能指标的影响,通过回归分析得出影响性能指标的主次因素,通过主目标函数法,利用各性能指标的回归方程,建立优化模型,确定了较优参数组合。通过验证试验,性能指标均满足精量播种技术要求。4.基于拉格朗日方程建立了玉米芽种投种动力学模型,揭示了芽种投种中芽种质量、初始位置和转板角位移、角速度等参数的变化规律。通过仿真得到芽种的运动位移、速度和加速度随时间的变化曲线；转板角速度与时间,芽种运动速度与转板角速度的关系曲线等。通过对运动学模型的仿真得到芽种运动方向角、运动绝对速度随时间的变化曲线；加速度与芽种位移、转板角位移、角速度的关系曲线等。建立了芽种脱离转板后的运动模型,通过仿真得出芽种与转板分离后的运动轨迹和芽种运动绝对速度与时间的关系曲线。建立了投种过程中玉米芽种与转板的分离条件模型,确定影响玉米芽种与转板的分离条件的主要因素为转板角速度、角加速度和运动位移。5.对精量播种装置玉米芽种的投种过程进行了高速摄像观察与分析。获得了玉米芽种在投种过程中的运动规律,得到芽种的运动轨迹、位移和速度曲线。分别对三品种玉米芽种在不同凸轮转速下的投种轨迹、位移和速度等进行分析对比,得出其投种全过程轨迹曲线经拟合93.33%以上均符合Peal-Reed模型。其中第一阶段为跟随转板的旋转运动,轨迹近似为圆弧,第二第三阶段芽种与转板脱离并下落,轨迹曲线经拟合均符合Yeild Density模型,相关系数均在0.984以上。对三个品种玉米芽种在相同转速下的投种轨迹、位移、速度和加速度等进行对比分析。6.选取秧盘偏移量为因素进行单因素试验研究。依据单因素试验结果,选取秧盘偏移量和凸轮转速两因素,以单粒率、空穴率、多粒率、损伤率、破碎率和落点偏移量为播种性能指标,进行两因素五水平的正交旋转组合试验。通过试验结果分析得出各因素与播种性能指标之间的回归方程,影响性能指标的主次因素。建立了优化模型,求解后确定了较优参数组合。通过验证试验,性能指标均满足精量播种技术要求。对三个品种玉米芽种的播种性能进行了对比分析。