【摘要】：目前,在丘陵斜坡等地形复杂的小地块进行绿豆播种作业时,利用小型拖拉机与机械式排种器配套仍然是主流形式,但机械式排种器在倾斜条件下会导致种子在型孔中的充填性能下降,从而使重播与漏播现象加剧;气力式排种器在坡地作业时具有抗干扰能力强、播种质量较高的优点,但气力式排种器功耗较大,导致播种机动力需求大。针对上述现象,本文设计了自吸式绿豆精密排种器,利用机械结构产生负压进行排种作业,具有在坡地作业时抗干扰能力强、无需风机提供负压以节省功耗的优点,可满足丘陵坡地等小地块精密播种作业的需求。本文主要研究内容如下:(1)对白绿9号绿豆种子的三轴尺寸、密度、剪切模量等物理本征参数进行了测定分析;运用离散元仿真软件EDEM,分别采用自由落体碰撞法、斜面滑动法、斜面滚动法对绿豆种子与接触材料间的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数进行了标定;利用堆积角试验方法标定了种子之间的接触参数值。(2)对自吸式绿豆精密排种器的整体结构进行了设计,首先阐述了其总体结构的组成及其工作原理;其次对排种器关键部件——排种盘、往复式吸气装置、传动装置的结构进行了设计分析,确定了各结构主要参数,最后对气室、种腔的结构进行了设计分析。

(3)由于该排种器产生负压的往复式吸气装置相对复杂,为确保所设计的往复式吸气装置各零部件安装后运动无干涉,减少返工加工次数,本文运用多体动力学软件Adams对排种器往复式吸气装置进行运动学仿真,结果表明:5个活塞运动轨迹一致,且相互之间无干扰,活塞在推程与回程交界处运动平缓,无明显冲击振动,其位移、速度与加速度的变化规律均近似于正弦或余弦变化曲线,说明该装置符合运动学设计要求。其次,本章采用EDEM-FLUENT耦合仿真的方法对型孔参数予以优化并进行可靠性验证试验,结果表明:将型孔槽下壁面半径R定为2mm,孔槽上壁面倾角ε定为57°,此时,合格率最大,漏吸率与重吸率相对较小;仿真验证试验时,台架与仿真试验的性能指标总体变化趋势一致,说明型孔仿真优化试验结果是可靠的。(4)本文对自吸式绿豆精密排种器进行了试验研究。其中台架试验进行了种盘对比试验,结果得出所设计的勺式型孔种盘有助于在倾斜状态下辅助充种;通过旋转组合设计试验可知:对于漏播指数与合格指数,排种轴转速比充种层高度影响显著;对于重播指数,充种层高度比排种轴转速影响显著。利用响应面法对两个因素进行寻优,得出:当排种轴转速为138r/min、充种层高度为65mm时,漏播指数为2.97%,重播指数为3.43%,合格指数为93.58%,各指标均达到国标要求;通过台架验证试验得到实测值与回归模型预测值的漏播指数相对误差为4.4%,重播指数相对误差为2.6%,合格指数相对误差为0.21%,与寻优结果基本一致,证明了回归模型合理性。为了检测该排种器在田间复杂环境下的实用性能,进行了田间试验,结果表明田间试验时的排种性能劣于台架试验,作业速度低于10km/h时,可满足国家规定的单粒精密播种要求。本文的研究内容可为精密排种器的设计研究提供新思路。