播種機械在保證作物增產(chǎn)和推動農(nóng)業(yè)科技進步中具有極其重要的地位和作用,播種質(zhì)量的優(yōu)劣決定了作物的產(chǎn)量。近年來,隨著高速、寬幅、精準播種作業(yè)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)機械新技術與新工藝的廣泛應用,國內(nèi)播種機的作業(yè)效率已獲得大幅提升。播種機的作業(yè)效率主要由排種器決定。目前,為了提高排種器種子吸附效率,減小單粒種子分離阻力,一般采用機械攪種裝置、機械振動、氣力擾動方式來改善充種性能。在清種時,通常采用在排種器內(nèi)部安裝清種元件,對多吸附的種子進行清除。清種元件需要較準確的安裝位置,并且需參照種子品種、大小的不同,調(diào)整清種元件的位置來提高排種性能,該裝置需要一定的安裝空間,增加了排種器結構的復雜性。為此,本文設計了一種結構為開放式半圓筒結構的集排帶式排種器,利用氣壓力和離心力的作用將種子吸附到型孔上;利用摩擦力使位于半圓筒結構底部的種子隨著排種帶向上運動,減小種子與型孔之間的相對速度,改善充種性能;清種振動裝置通過柔性排種帶使型孔振動,來擾動多余吸附的種子,利用種子間吸附力的差異,吸力較大的種子將擠掉其它吸力較弱的種子,形成型孔單粒吸附,實現(xiàn)清種過程,同時擾動堆積區(qū)域的種群,降低分離阻力,提高充種效率,提升工作性能。本文對以下內(nèi)容進行研究:(1)集排帶式排種器總體方案設計為簡化排種器內(nèi)部構造,減少功耗,提高播種效率,適用作物窄行密植的農(nóng)藝要求,利用其半圓筒的結構特性使種子堆積區(qū)域的種子循環(huán)流動有利于完成充種過程,利用帶的柔性特征通過清種振動裝置完成清種過程,對集排帶式排種器的整體結構進行設計。闡述其基本結構和工作原理。(2)集排帶式排種器工作過程分析結合動力學和運動學等相關理論知識,對排種器的主要充種、清種過程進行運動力學分析,構建充種、清種兩個過程的種子動力學相關模型,得到了種子吸附的影響因素,對清種過程中的拋落的種子的運動軌跡進行分析,得到避免在清種過程中拋落的種子進入投種管入口吸場內(nèi)引起重播的相關結構參數(shù),明確排種機理。(3)集排帶式排種器的關鍵部件的設計分析對排種器的關鍵部件,清種振動裝置、排種帶、密封裝置、殼體和機架等進行設計分析,得到相關部件的結構參數(shù)和工作參數(shù),保證了排種器的整體具有良好的工作性能。(4)集排帶式排種器內(nèi)部的流場分析運用有限單元法對排種器內(nèi)部流場區(qū)域進行簡化建模,進行排種器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬計算,探究在不同進氣口位置和數(shù)量對排種器內(nèi)部流場的壓力影響,得到相對應的壓力和氣流速度的分布情況,確定了最佳進氣口位置和數(shù)量。(5)集排帶式排種器的試驗研究對集排帶式排種器進行臺架試驗。探究了氣壓值、作業(yè)速度、清種振動頻率、清種振動裝置的安裝位置等因素對集排帶式排種器作業(yè)性能的影響規(guī)律。選取氣壓值、作業(yè)速度、清種振動頻率為試驗因素對排種器進行參數(shù)優(yōu)化試驗,建立以合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)為目標的數(shù)學模型,分析了各個因素對合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)的影響規(guī)律。確定最佳參數(shù)組合為:氣壓值4.4kPa,作業(yè)速度10.5km/h、清種振動頻率44.6Hz,此時排種器各性能指標為:合格指數(shù)90.6%,重播指數(shù)2.0%,漏播指數(shù)7.4%。并對優(yōu)化結果進行驗證試驗,表明該排種器滿足播種機的技術要求。
【學位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S223.2
【部分圖文】：

c） d）圖 1-1 國外精量播種機Fig. 1-1 The abroad precision planter（2）國內(nèi)播種機我國農(nóng)業(yè)人口多，耕種作業(yè)面積相對較小，與播種機相配套的動力輸出裝置多為小馬力拖拉機。我國的農(nóng)機企業(yè)和相關學者通過對國外先進的播種機械的學習和吸收，自主研發(fā)設計了適合我國國情的相應播種機機型[46]。如圖 1-2（a）為農(nóng)哈哈 7 行大豆播種機，該排種器專為播種黃豆設計，其播種行距小，解決了播種機播黃豆行距無法調(diào)小的問題，播種開溝器后配有兩個相互分離的仿形輪，進行種溝兩邊的壓種，種溝內(nèi)不鎮(zhèn)壓，種溝覆土時下緊上松，解決雙子葉的黃豆苗破土難題[47]。如圖 1-2（b）為大華寶來 2BMYFZQ 系列牽引式免耕指夾精量施肥播種機，該播種機整機結構緊湊，可通過三點懸掛背負作業(yè)，利用自身的仿形功能，在不同作業(yè)環(huán)境下均可達到良好的作業(yè)效果。指夾式排種器實現(xiàn)單粒精播，多級變速可滿足不同地域不同株距的需求，作業(yè)速度可達 8~10km/h[48]。如圖 1-2（c）為勃農(nóng) 2BQZ-4 型播種機，該播種機既可聯(lián)合作業(yè)又可單項作業(yè)。聯(lián)合作業(yè)時，壟體深松、分層施肥、開溝播種起壟、覆土、鎮(zhèn)壓等工作可通過更換部件，實現(xiàn)一次完成。單項作業(yè)時，可完成播種、起壟、趟地、分層施肥等作業(yè)。根據(jù)排種器的不同，可完成雙條單粒等距點播大豆或單條等距點播玉米等工作，可進行精密播種作業(yè)，具有種子分布均勻、省種、省工、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點[49]。

c） d）圖 1-2 國內(nèi)精量播種機Fig.1-2 The domestic precision planter綜合上述可知，目前中國播種機主要應用的排種器類型以機械式排種器為主，其結構簡單、制造工藝要求不高且造價低廉，在進行寬幅作業(yè)時需使多個排種單體交錯排列，增加了播種機整體結構的復雜性。集排式排種器可簡化播種機整體結構，實現(xiàn)寬幅作業(yè)，對播種機械的發(fā)展有重要的推進作用。1.2.2 國內(nèi)外排種器研究現(xiàn)狀播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)，必須將種子在短暫的農(nóng)時內(nèi)，根據(jù)相應的農(nóng)藝要求，播進田中，使作物獲得良好的生長條件。播種質(zhì)量的好壞將直接影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。而排種器的工作質(zhì)量直接影響播種質(zhì)量。排種器工作時，主要由充種過程、清種過程、攜種過程以及投種過程組成。排種器將種箱內(nèi)的種子進行分離、定量處理，使種子形成均勻的種子流平穩(wěn)的落入種溝內(nèi)，完成排種過程[51]。國內(nèi)外學者為滿足日益增長的農(nóng)藝要求對排種器不斷地進行深入研究，研制了多種新型排種器，并對已有的排種器的結構、性能進行改進、提高。（1）國外排種器

引 言自20世紀40年代開始，歐美等國外學者和相關的農(nóng)機企業(yè)開始逐步對排種器進行研究，初期主要集中在機械式排種器，目前在中耕作物、麥類等條播和半精量作物仍在繼續(xù)使用[52]。具有代表性的機型有西德 BeeherCG-6、美國 John Deere700、英國 S-870 等，此類排種器的優(yōu)勢在于加工難度低、成本低廉、結構簡單。其缺點在于播種速度低、播種形式單一、無法滿足種子多樣性的播種要求。如圖 1-3 所示。

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