基于唐冠螺殼體結構大豆種子包衣攪拌裝置關鍵技術研究

發(fā)布時間：2020-08-05 12:02

【摘要】：種子包衣處理技術是種子科學技術的重要組成部分,是保證和提高種子質量的重要手段,在大農業(yè)時代,對農業(yè)機械化、現(xiàn)代化及農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。包衣處理后的大豆種子,可以保證籽粒大小的均勻性,有利于機械化播種;減少苗期患病幾率,抵御田間病蟲害侵蝕;促進種子幼苗茁壯生長,保證苗株整齊劃一;對生態(tài)環(huán)境也起到一定的保護作用。近年來,種子加工產業(yè)和國內市場需求對種子包衣質量、包衣工藝和包衣設備的自動化程度要求越來越高,這推動了國產種子包衣設備機械結構的全面改革。為解決現(xiàn)有國產批次式大豆種子包衣攪拌裝置存在的種子包衣不均勻、破碎率高、關鍵部件攪拌葉片粘黏磨損嚴重等問題,將利用仿生法優(yōu)化農機裝備結構與利用離散單元法分析散粒體的攪拌機理二者結合,為大豆種子包衣攪拌裝置設計了一種基于唐冠螺殼體結構的仿生攪拌葉片,并在理論分析的基礎上,應用三因素五水平二次回歸正交旋轉中心組合試驗方法,對影響攪拌裝置性能的結構與作業(yè)參數(shù)進行優(yōu)化試驗研究,并對安裝仿生攪拌葉片的新型包衣攪拌裝置處理后的大豆種子和安裝平面攪拌葉片的現(xiàn)有包衣攪拌裝置處理后的大豆種子,進行田間比較試驗,得到兩種包衣攪拌裝置處理后的大豆種子發(fā)芽指標以及苗期植株性狀特征,比較兩種包衣攪拌裝置的包衣效果,驗證新型包衣攪拌裝置較現(xiàn)有包衣攪拌裝置在包衣質量上的優(yōu)越性,為包衣設備關鍵技術研發(fā)提供技術理論支持,所得主要結論如下:(1)針對大豆包衣機攪拌裝置的特點,在假設基礎上建立了包衣前、后大豆種子顆粒在攪拌裝置內的運動模型,并對攪拌過程中的大豆種子顆粒進行了運動學分析和動力學分析。同時,利用Hertz和Mindlin-Deresiewicz理論對包衣前、后大豆種子顆粒與攪拌葉片接觸過程中的法向力和切向力進行分析,得出攪拌過程中的法向力和切向力均與攪拌葉片平均曲率半徑ρy有關,可以通過減小攪拌葉片平均曲率半徑ρy,即用曲面攪拌葉片代替平面攪拌葉片的方法,來減小包衣前、后大豆顆粒和攪拌葉片接觸過程中的法向力和切向力,進而減小大豆種子顆粒包衣過程中的損傷和破碎。(2)利用三維光學測量儀對唐冠螺殼體進行體表特征三維逆向掃描,獲取唐冠螺殼體曲面分層切片數(shù)據(jù)和體表點云數(shù)據(jù)。掃描后共獲得38054個點,1270條邊,612個面,400001個網格三角形和1個實體。利用NX Imageware軟件對采集的數(shù)據(jù)進行曲面擬合,調整偏差至許用范圍,并對壞點或擬合不理想的點重新進行數(shù)據(jù)采集,選取一個曲率變化較均勻,適用于制作仿生攪拌葉片的曲面結節(jié),來構建攪拌葉片模型。再利用Solidworks軟件建立仿生攪拌葉片實體化模型,調整偏差后試制仿生攪拌葉片。(3)當轉速為25 r/min,相位差為90°,旋轉角為65°,總攪拌時間為9.2 s時,對安裝仿生攪拌葉片和平面攪拌葉片的兩種攪拌裝置作離散元仿真對比分析,得出包衣后的大豆種子顆粒與仿生攪拌葉片碰撞后,沿多方向、多角度繼續(xù)運動,并與其他大豆種子顆粒繼續(xù)發(fā)生碰撞,完成顆粒間碰撞、搓擦、粘附種衣劑,增強了大豆種子包衣效果;包衣后的大豆顆粒與平面攪拌葉片碰撞后,只沿著與初速度方向相反的方向運動,與其他大豆種子顆粒繼續(xù)碰撞的幾率較小。達到攪拌均勻狀態(tài)以后,顆粒攪拌的均勻度由變差系數(shù)來評定,仿生攪拌葉片作用下變差系數(shù)為1.89%,平面攪拌葉片作用下變差系數(shù)為2.53%。仿生攪拌葉片攪拌作業(yè)時,變差系數(shù)更小,包衣后大豆顆粒在仿生攪拌葉片攪拌作用下,互相接觸的顆粒數(shù)目間差異更小,攪拌均勻性更好。(4)在轉速為25 r/min,相位差為90°,旋轉角為65°,攪拌時間為9.2s時,分別利用安裝仿生攪拌葉片的新型包衣攪拌裝置和安裝平面攪拌葉片的現(xiàn)有包衣攪拌裝置作樣機驗證試驗,結果表明利用現(xiàn)有包衣攪拌裝置處理后的大豆種子,其包衣合格率為93.26%,包衣破碎率為0.089%;利用新型包衣攪拌裝置處理后的大豆種子,其包衣合格率為95.07%,包衣破碎率為0.072%,滿足種子包衣質量要求,且仿生攪拌葉片與平面攪拌葉片包衣效果相比,包衣合格率提高1.81%,包衣破碎率降低0.017%,驗證了仿真結果的真實性與可行性。(5)以轉速nj,相位差β和旋轉角αj為試驗因子,以包衣合格率和包衣破碎率為試驗指標,選用三因素五水平二次回歸正交旋轉中心組合試驗,對影響攪拌裝置性能的結構與作業(yè)參數(shù)進行試驗研究,各參數(shù)對包衣合格率的影響大小依次為轉速、相位差和旋轉角;對包衣破碎率的影響大小依次為旋轉角、相位差和轉速。在旋轉角為65°,相位差為86°～93°,轉速為26～32 r/min的參數(shù)組合條件下,大豆種子包衣攪拌裝置可以實現(xiàn)包衣合格率≥95%,包衣破碎率≤0.1%的包衣要求。試驗范圍內影響多目標函數(shù)的參數(shù)優(yōu)化組合為:相位差90°、旋轉角65°、轉速30 r/min,此時包衣合格率為95.47%,包衣破碎率為0.06%,屬于包衣一等品,滿足大豆種子包衣要求,且試驗數(shù)值與優(yōu)化數(shù)值對比可知,優(yōu)化結果準確可信。(6)對平面攪拌葉片和仿生攪拌葉片作表面張力測量對比試驗,得出平面攪拌葉片黏附功和臨界表面張力較仿生攪拌葉片大,表明平面攪拌葉片表面更容易被種衣劑潤濕,其表面的潤濕性更好,更容易被種衣劑粘附。而仿生攪拌葉片不容易被種衣劑粘附,更適用于包衣攪拌作業(yè)。種衣劑在平面攪拌葉片上呈片狀粘附,尤以靠近攪拌槽頂部,即噴灑種衣劑位置較近處,粘附程度較重;而種衣劑在仿生攪拌葉片上呈斑塊狀粘附,粘附位置靠近仿生攪拌葉片邊緣位置,粘附程度較輕。仿生攪拌葉片利用唐冠螺這類海生貝類減粘的效應,可有效減少種衣劑對攪拌葉片表面的粘附。(7)以未包衣大豆種子為對照組ck,新型包衣攪拌裝置處理后的大豆種子為處理1,現(xiàn)有包衣攪拌裝置處理后的大豆種子為處理2,實施田間比較試驗,結果表明:新型包衣攪拌裝置處理較現(xiàn)有包衣攪拌裝置處理在發(fā)芽指數(shù)、根鮮重、主根長上差異顯著。在發(fā)芽指數(shù)上,處理1較對照組增長19.87%,處理2較對照組增長10.51%,處理1較處理2增長8.5%;在根鮮重指標上,處理1較對照組增長18.78%,處理2較對照組增長6.76%,處理1較處理2增長11.45%;在主根長指標上,處理1較對照組增長19.86%,處理2較對照組增長5.36%,處理1較處理2增長13.75%。且在發(fā)芽指數(shù)、根鮮重、主根長上,處理1、處理2與對照組在0.01水平上均差異顯著,處理1和處理2在0.05水平上均差異顯著。
【學位授予單位】：東北農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S226
【圖文】：

包衣機,德國,種子包衣,堰板

化學物質不殘留，不影響其他批次種子包衣，防止種衣劑混淆，保證種子包衣質量和包衣安逡逑全。逡逑加拿大Yg哈拉科技公司研制的ＨＶＣＣ３０１５型連續(xù)式種子包衣機，如圖１－５所示，該機配逡逑備有２８支噴槍，這些噴槍分為５個獨立的控制區(qū)段，可縮短種子包衣時間，減少高溫高濕環(huán)逡逑境下藥劑的部分變性，且噴槍角度各異，可很好的減少種子包衣死角，提高種子包衣均勻性，逡逑進而提高種子包衣質量和包衣效率。出料端還配備了位置較低的氣動堰板，當堰板位置抬高逡逑時，可以有效控制物料流向，即卸料口的速度，除了防滑桿，物料在包衣鍋內的運動只受控逡逑于進料速率和堰板的位置，此項控制機制是連續(xù)包衣技術的一種提高，可以較好的適用于批逡逑次式生產和連續(xù)式生產模式。其自動測序系統(tǒng)和額外的控制機制能夠保證種衣劑在所有物料逡逑表面均勻覆蓋，且包衣薄膜色澤均勻，光亮美觀［１１］，形態(tài)良好，質量穩(wěn)定，包衣完整，誤差逡逑較小，保證包衣后物料在規(guī)定時間內不發(fā)生變質，硬度、崩解度、生物利用度相關的溶出速逡逑率符合國家標準規(guī)定。逡逑＾邋｜逡逑威逡逑圖１－２德國佩特庫斯ＣＭ３００型包衣機邐圖１－３德國尼克拉斯Ｎｉｋｌａｓ型包衣機逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｇｅｒｍａｎｙ邋Ｐｅｔｋｕｓ邋ＣＭ３邋００邋ｔｙｐｅ邐Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｇｅｒｍａｎｙ邋Ｎｉｃｈｏｌａｓ邋Ｎｉｋｌａｓ邋ｔｙｐｅ逡逑ｃｏａｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ邐ｃｏａｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑

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