气吸滚筒式精密排种器的优化设计（全套含CAD图纸）
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毕业论文 (设计 )任务书 论文 (设计 ) 题目 气吸滚筒式精密排种器的优化 下发任务日期 学生姓名 指导教师 一 . 论文（设计）主要内容 （ 1）收集查阅资料，了解国内外关于精量播种机的发展情况，及未来的发展趋势，对自己所设计的播种机的功用有进一步的认识。 （ 2）了解排种装置的种类，及各种排种装置的特点，设计一种适合于蔬菜花卉精量播种的排种装置，使之能够保证播种机播种精度，及具有性能稳定可靠等优点。 （ 3）对排种装置的排种机构进行改进，包括中心轴、吸孔等。 （ 4） 图，总体装配图以及主要的零件图。 二 计）的基本要求 要求尽量收集第一手资料，资料要真实、可靠、有代表性。 2 资料的整理与分析： 要求条理清晰，数据分析详尽。 3 查阅相关文献： 要求贴近主题，有参考价值。 4 认真撰写论文，字数在 10000 字以上。 5 完成 图。 三 计）工作进度安排 阶段 论文（设计）各阶段名称 日期 1 查阅相关文献资料 2012. 3. 1 2012. 4. 1 2 滚筒上吸孔的选择与改进 2012. 4. 2 2012. 4. 15 3 中心轴的选择与改进 2012. 4. 16 2012. 确定相关尺寸、图纸的设计及撰写论文初稿 2012. 5. 11 2012. 论文修改 2012. 6. 1 2012. 论文完成 2012. 注： 四 导教师指定） 1、国内外精密排种器的发展概况 2、气吸滚筒式精密排种器的发展 3、零部件设计的一些相关参数 4、 农业机械文摘、农业机械学报、农业工程学报、 农机化研究、机械原理等。 说明：此任务由指 导教师填写一式两份，一份发给学生，一份发给指导教师留存。 毕业论文（设计）选题审批表 选题名称 气吸滚筒式精密排种器的优化 题目来源 学号 姓名 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职称 教授 研 究 内 容 （ 1）收集查阅资料，了解国内外关于精量播种机的发展情况，及未来的发展趋势，对自己所设计的播种机的功用有进一步的认识。 （ 2）了解排种装置的种类，及各种排种装置的特点，设计一种适合于蔬菜花卉精量播种的排种装置，使之能够保证播种机播种精度，及具有性能稳定可靠等优点。 （ 3）对排种 装置的排种机构进行改进，包括中心轴、吸孔等。 （ 4） 图，总体装配图以及主要的零件图 。 研 究 计 划 1、 对自己的所选内容查资料 2、 数据的分析与处理 3、 查阅相关文献 4、 撰写论文初稿 5、 论文修改 6、 论文完成 特 色 结合农艺要求、经济性要求、简洁要求，本设计能够保证滚筒平稳的运行，其速度是可调的，种子能比较精确的沿着一定轨迹落在穴盘内。制造方便，安装便捷，操作维护简单，安全可靠！ 指 导 教 师 意 见 教 研 室 意 见 学 院 意 见 毕业论文（设计）指导记录 学生姓名 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 职称 教授 本年度指导毕业生人数 论文（设计）题目 气吸滚筒式精密排种器的优化 指 导 过 程 时间 地点 指导内容 械设计教研室 下发 毕业设计题目，下达任务书。 械设计教研室 检查查阅文献资料情况，开始撰写文献综述、外文翻译 械设计教研室 检查撰写文献综述、外文翻译情况，并进 行修改； 械设计教研室 讨论及 确定排种装置结构的设计方案 械设计教研室 中期检查及开题 械设计教研室 指导 零部件 的 强度分析、计算 械设计教研室 检查各 零部件 的 强度分析、计算 结果是否正确 械设计教研室 指导装配图的绘制，图中各零件的画法 械设计教研室 检查装配图、零件图的绘制情况 械设计教研室 修改论文初稿 械设计教研室 修改论文第二稿，通知准备答辩稿 械设计教研室 修改毕业设计答辩稿 械设计教研室 毕业设计答辩 学生签字 年 月 日 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签 字： 年 月 日 沈阳农业大学毕业论文（设计）考核表 论文题目： 气吸滚筒式精密排种器的优化 指导教师评语： 指导教师（签字）： 年 月 日 评阅人评审意见： 评阅人（签字）： 年 月 日 注：答辩委员会意见除填写简要评语、给出成绩外，还要提出是否授予学位的建议。 答辩委员会意见： 主任委员（签字）： 年 月 日 成绩： 外 文 翻 译 题 目： 影响精密播种机播种深度的 均匀性 论文外文翻译 1 影响精密播种机播种深度的均匀性 A. 要 ： 本研究的目的 ,旨在探讨影响播种玉米不同参照深度的精密播种技术。为了这个目的 ,拖拉机的前进速度固定为 6km/h，而 玉米种子在这时被撒在定深为 40600用两台精密真空播种机进行田间试验。其播种均匀性之间的差异在于水 平分布格局未达到统计上的名义播 种深度 40、60、 80毫米的显著水平。从名义播种深度的均匀性上，最适宜播种深度 60毫米的变异系数 精密真空播种机系和系间区别。最小平均出现时间为 000所处理的结果，根据播种深度均匀性和出苗率指数，可以知道名义播种深度 60 主要目的是将种子播种在一定间距和深度的苗床上。精密播种机种植在有间距要求的地方，为每粒种子提供一个更好的种植面积。 在一个环境中，用一台播种机所播种的种子，将 出现可靠的萌芽。为了最大限度的提高玉米产量的潜力，必须保证种子的落点接近最佳播种深度。通常可以发现随着深度的增加适当的含水量，播种深度随着土壤机械阻抗的增大而增大的危害。为了优化这种情况，操作人员必须深入到确保水分充足的深度，但又要足够浅，保证幼苗长到土壤表面之前不使用种子所储存的营养成分。 精密真空播种机有以下的优点超过普通播种机： 更好的工作质量 ,更精确的 种子校准率用于降低种子损伤率 ,容易控制 ,低维护 ,减少种子分散和更广泛的应用 (989)。 精密真空播种机已发展到适用于 棉花、甜菜和玉米。 1970)开发出一种适合于播种棉花的真空仪表系统。 现场试验表明，真空仪表系统与传统的双边排种的谷物条播机相比较，其株距和出苗较好。 1979）比较五台播种机仪表来确定大豆种子损伤的数量和种子间距的精确度。使用 一槽辊表，一盘表，一个单向流入风速计，风鼓表和平板仪。根据发芽试验，四唑试验，从分裂比例和种皮裂缝比例，对种子质量进行了比较。 研究结果表明 ,槽辊表 提供了最大变化。然而，在所有的仪表当中，粒距的精确性都没有显著性差异。一些 研究员在最佳深度播种的重要性已表明播种太浅或者太深都将导致作物生长状况和产量上的损失。 992)通过测试农场设备的性能的演示，不仅是控制所需的平均深度，并且应减少深度的变化。 1985)表明，小麦、高粱和大豆随着播种深度呈现二阶多项式关系，证明其最大值就是最佳深度。 影响精密播种机播种深 度的 均匀性 2 粘质 土壤上的这项研究是在 1998 年四月到五月期间，在阿克苏研究并且应用于学的农场。播种前，苗床的准备包括 凿深耕 ,深度约 30以圆盘耙整地和平 地。没有石块或者硬质粘土块，并且没有作物残留物的土壤是非常适合种植的。试验一般在接近适宜土壤湿度进行耕作和播种。 米种子采用所有的处理方式。表 1 给出了种子的主要尺寸。采用完全随机块分析和方差分析的 F 检验来检测处理方式之间的差异。邓肯的多重范围测试被用来确定在因变量范围内的显著不同的方法。 表 1 种子主要尺寸 种子长度 种子厚度 种子宽度 3 8 7 8 9 2 3 两台精密真空播种机，真空播种机和真空播种机，主要在同一块地里一起操作播种玉米种子。这两台播种机有相似的技术规范，都有用于行间作物（如玉米和大豆）的通用播种机设计。 两者都是四排的拖拉机后方放置的播种机。用一个种板作为计量机构 。 种板 在一个垂直面上运行，需要一个 50注水空间来挑选种子。由于种板孔的空吸使种子保持在适当的地方。种子在空切的帮助下从旋转盘上脱落，落在开沟器后方。由于缺乏吸力，使得种子掉进土壤中。两台播种机都没有排种管，种子从播种机中排出的下落高度降低是为了减少非均匀间隔的风险，如果从这一高度落下还发生就可以归结于种子的跳跃了。每个播种单位都是独立的，因为它安装在有弹簧连接的平行四个机构上，组成一个斜口的开沟器，随后由覆土器覆土和压实种沟，并保持恒定的播种深度。 播种机均在每小时 6速度下操作，并调整到 4060 80个不同的名义播种深度上。播种后，水平分布格局，播种深度的一致性，意味着出芽时间和出芽率指数是相对的，并根据精密播种技术确定了最佳播种深度的最好结果。 整个实验测定了土壤中的横向和纵向的种子分布。在水平面内测量最近的近邻植物间距和一条平行直线行列的横向植物间距。在垂直平面内测量种子到土壤表面的深度。植物间距在播种后 17 天的范围内测量。通过测量沿着一条 6 米长度行列的 30 个玉米植株的胚轴长度，其中相近 右的植株的处理和繁殖决定了平均播种深度和变异系数。 1995)描述的播种均匀度的水平分布格局被当作一种方法论来分析。多重指数就是间距的百分数，即小于或等于一半理论间距并表明多数种子下降的百分数。遗漏指数是间距大于 理论间距并表明遗漏种子位置或跳跃的百分数。供论文外文翻译 3 给质量指数是一半以上，但不超过 理论间距的间距百分数。供给质量指数是 100%减去遗漏指数和多重指数，并表明单位种子下降的百分数。精确性是间距的变异系数，即被归类为忽略异常值后包括遗漏指数和多重指数。 每天在出芽周期期间，一行列处理 25m 就进行幼苗计数。从这些计数，平均出芽时间，出 芽率指数和每天的出芽幼苗与出芽幼苗总数的比例，都是可以计算出来的。平均出芽时间 ，出芽率指数 算公式如下： 212211T （ 1） （ 2） 其中 自上次计数的时间出芽的幼苗数量， 播种后的天数， 表 2 中给出了名义播种深度 40、 60 和 80水平分布格局的播种均匀性。根据测试结果统计，精确性、多重指数、遗漏指数和供给质量指数之间的差异并不重要，在 5%的水平显著。名义播种深度没有播种均匀度的水平分布格局影响显著。少数种子跳跃（或者多粒种子一起下落（ 在任何播种深度都会发生。名义播种深度 40、60、 80水平播种均匀性是最优秀的，如表中精确性的所有测试值都低于 21%，供给质量指数的所有测试值在 87%以上。 表 2 不同播种深度播种均匀度的水平分布格局 名义播种深度 空播种机类型 平均株距确性 % 多重指数 % 遗漏指数 % 供给质量指数 % 40 I 0 0 I 0 0 I 0 义 S S 表 3 给出的是名义播种深度对播种深度均匀性的影响。每个名义播种深度给出了实际平均播种深度 和深度的变异系数。实际平均播种深度几乎等于处理后的名义播种深度。名义播种深度为 40对深度变异系数的负面影响是显而易见的。然而真空播种机和分别获得的变异系数，最好的是平均播种深度是名义播种深度 60，获得影响精密播种机播种深 度的 均匀性 4 变异系数，最差的结果是在名义播种深度为 40获得 变异系数。 表 3 播种深度均匀度 名义播种深度 空播种机类型 实际平均播种深度 度变化系数 % 40 I 8.6 a 40 0.7 a 60 I 9.4 c 60 3.4 c 80 I 1.5 b 80 7.5 b 注解：通过邓肯的 多重范围测试，可得出一组相同字母与随后一组显著不同的概率为 名义播种深度为 40获得最少出芽时间是 和 ，最大出芽率指数出现时的名义播种深度为 40 60那个深度的出芽种子数是高于那些在 80度的（表 4）。在 7 天内，播种深度为 40的植株的出芽率大约为 50%，而播种在深度为 60的植株出芽率达到 50%的时间为 ，而 播种深度为 80的用了 才达到 50%的出芽率（图 1）。 表 4 平均出芽时间和出芽率指数 名义播种深度 空播种机类型 平均出芽时间（天） 幼苗出芽率指数 （ /天 *米） 40 I 57.0 a 40 56.0 a 60 I 55.0 a 60 58.0 a 80 I 42.0 b 80 40.0 b 注解：通过邓肯的 多重范围测试，可得出一组相同字母与随后一组显著不同的概率为 文外文翻译 5 播种均匀性的水平分布格局不会受到名义播种深度的影响，但是播 种深度均匀性会受到影响。最佳的播种深度均匀性是名义播种深度在 60时获得的。至于两台播种机，任何一台播种机在名义播种深度为 60，减少或者增加播种深度，都会导致深度变异系数的增加。当名义播种深度为 40 60会出现最大出芽率指数，并且名义播种深度为 40的平均出芽时间是最少的。由此可以得出结论，种子在土壤中的位置效应意味着植物的出芽时间和出芽率指数。 作为这些测试的结果，根据播种深度均匀性和最大出芽率指数可以得出，名义播种深度为 60认为是最适宜的。 原文出处： 07070, (7 001. 002. 2 002.) 文 献 综 述 题 目： 气吸滚筒式精密排种器的研究进展 文献综述 1 气吸滚筒式精密排种器的研究进展 摘要 :世界各国都很重视精量播种技术，精密播种可以节约大量的种子，节省田间间苗定苗用工，增加作物产量。本设计在对国内外现有的气吸滚筒式精密排种器深入研究的基础上，对原有的设计进行了改进并制造了一种新型的气吸滚筒式精密排种器。使该排种器具有以下的特点 :首先，对主轴结构进行了优化设计，采用了一根主轴形成两个压腔的设计方法，既保证了同轴度又减少了轴 承的磨损，大大延长了轴承的使用寿命。其次，由于采用了弹簧结构，在隔气板与滚筒内壁接触转动的过程中，减少了因摩擦而导致的磨损漏气的问题。第三，对种箱进行了激振，使种子在种箱中形成“沸腾”状态，更有利于滚筒的吸种。 关键词 :精密播种 ;排种器 ;有限元分析 ;理论分析 ;气吸滚筒式精密排种器 ; 究小颗粒种子精播技术的目的和意义 世界各国都很重视精量播种技术，发达国家已基本实现大、中粒作物的精量播种，节本增效显著，但对油菜、谷子等小颗粒作物的精播技术有待进一步的研究【 1】。本文以油菜种子为例，探讨了小颗粒种子 的精播问题。 油菜是世界上重要的油料作物之一，成熟的油菜籽多为球形或近似球形的小颗粒，其直径为 2， 3】。油菜在我国常年种植面积约为 800万公顷，其种子含油量为 30%是我国重要的油料作物。长期以来，我国油菜种植面积和总产量均居世界第一，占世界油菜种植面积和总产量的 30%左右。根据资料显示， 1996年以来，菜籽油占我国食用植物油消费量的近 35%。当前我国油菜产业的种植面积大、总产量高，市场需求量和发展潜力都很大。 2000年全国油菜种植面积扩大到 800万公顷，产量达到 1013万吨 。随着人们生活水平的提高，对植物油的消费也日益增长，加工能力膨胀对油料需求加大，我国从 1999年开始进口油菜籽， 1999年以来每年进口油菜籽 250万吨左右，特别是近几年来，进口油菜籽产品的数量有呈现大幅度上升的趋势【 4】。 自 20世纪 80年代以来，我国双低油菜发展迅速，但油菜播种基本为开沟人工溜种，播量较大，不但浪费种子，劳动强度大，而且播种质量难以保证，遇干早缺苗严重，遇雨涝出苗过稠，间苗、定苗费工，并易形成高脚弱苗，影响产量。因此对优质油菜种子进行精密播种迫在眉睫。精密播种优越性有如下几点 : 1. 精密 播种可以节约大量种子。 2. 节省田间间苗定苗用工。精密播种苗齐苗壮，不拥挤，可提高田间间苗定苗工效，甚至可以取消间苗定苗工作。 3. 可增加作物产量。精密播种的苗分布均匀，透风透光性好，能充分利用土壤中的水分营养。苗期发育好，苗齐苗壮，可增产 10% 气吸滚筒式精密排种器的研究进展 2 本课题根据油菜种子的特性，对其精密播种部件一滚筒气吸式精密排种器开展研究工作，为推进精播小颗粒种子的机械化进程开创一条新路。 内外气力式精密排种器的发展概况 精密排种器按其工作原理可分为机械式和气力式。气力式排种器包括气吸式、气吹式、气压式 三种 ;机械式主要有窝眼轮式、圆盘式、指夹式等。气力式排种器具有对种子适应性强，损伤轻等优点。 外气力式排种器的发展概况 在国外的产品中，精密排种器主要以针式和滚筒式为主，滚筒式排种器的效率比针式播种机的效率更高【 5】。 国外从 20世纪 50年代末开始出现气力式精密排种器。 20世纪 60年代以来，前苏联、英、德等国都相继提出了麦类作物精播理论，并对小麦精播机做了大量的试验研究。 1976年前后，德国研制了 排种器是由种子室和真空室组成，但是该机难以实现单粒排种，而且播种 均匀度很差，重播严重。后来法国研制出一种单粒气吸式小区播种机，它的排种器是一个安装在转轴上的金属盘，盘的周缘分布着若干个吸嘴与圆盘内腔的真空负压相连。该机通过更换不同的吸嘴可以播种小麦、玉米、向日葵等作物。奥地利的 机的排种器是一对组合吸缝盘和驱动格轮，由两个不同形状隙缝的交叉形成一系列不同形状的吸孔。它没有输种管，排种器与开沟器融于一体，投种点低，有利于精密粒距的形成。该机主要用于田间小区试验，在许多国家和地区得到推广应用。为了满足本国经济发展的要求，尽快提高精密播种机的作业速度，近十年来，欧美国家着重对气力式精密排种器进行了研究【 6】。当前，国外播种机械的发展方向已从对排种器的结构研究转移到对播种原理的研究上，比如蔬菜种子的精播问题。目前国外正在利用一些新的播种原理，如日本提出的静电播种，英国提出的液体播种等。现在广泛流传的一种先进的科学播种方法 种子带播种，它起源于日本，这种播种方法已在世界范围内被广泛采用【 7】。 目前较为成熟的产品主要有英国产的 针式、滚筒式两种。甜瓜等大种子均可进行播种，播种精度高达 对干净、规矩的种子 )，播种速度可达 2400行 /小时 (128穴的穴盘最多每小时可播 150盘 );合绝大部分花卉、蔬菜等种子，播种精度可达 99%(对干净、规矩的种子 )，播种速度高达 18000行 /小时 (128穴的穴盘最多每小时可播 1100盘 )。这两种播种机均可以无级调速，能在各种穴盘、平盘或栽培钵中播种，并可进行每穴单粒、双粒或多粒形式的播种。韩国大东机电株式会社生产的真空气吸式播种机，适用于小 于瓜类种子的各类蔬菜种子及花卉种子，分为全自动和半自动两种机型，全自动机型的工作程序包括基质混拌、装盘、挖穴、文献综述 3 播种、覆土、喷水等，半自动机型包括挖穴、覆土两项程序。此外，还有美国的 8】。 内气力式排种器的发展概况 我国从 20世纪 60年代开始研制气力式播种机，当时辽宁省农机所研制了 6行气吸式播种机，该机可精播玉米、大豆、花生。但是由于风机及万向节传动故障多，工作不可靠，没能得到推广。 20世纪 70年代我国加强了半精量和精量 播种技术的引进、研究和试验。1979年中国农机院引进了 4种精播机 (西德气吸、气吹两种，法国气吸式，美国指夹式 )，并分别对它们的性能，结构参数以及影响因素进行了试验和研究，在此基础上研制出了我国的定型产品 :22宁省农机研究所也经多年的改进试验研制出了与铁牛 机采用垂直圆盘气吸式排种器，可精播玉米、大豆、高粱、棉籽，完成起垄、播种、中耕、培土等作业。 20世纪 80年代我国扩大了精播机的试验、示范推广。各地根据本地情况研制 出了不同型号的气力式播种机，如威海市农机所研制出了 2台地区农机所研制的 2连市农机化所研制的 2西省农机所研制的 2八五”期间，北京农业工程大学研制出了 2装置适合于播中等大小的丸粒化种子。到了 20世纪 90年代播种机由单一播种发展到了播种、施肥、铺膜联合作业。近几年，精密播种技术得到了进一步发展，如华南农业大学研制的 ，利用电磁振动原理实现精量播种，但其造价较高。南京农机化研究所和江苏大学共同研制的 2用振动气吸的原理，每穴 10%以上【 6， 9， 10】。 对于气吸针式排种器，在我国自行研制的蔬菜、花卉工厂化育苗播种机中已开始应用，而对于滚筒气吸式排种器，由于其气密性很难控制等原因，由我国自行设计制造的专门用于蔬菜、花卉工厂化育苗的滚筒气吸式排种器还很少。 内几种典型的气吸滚筒式精密排种器 【 11】 (1) 台湾的陈世铭等研制的“振荡式多用途真 空播种机”，采用的就是滚筒型气吸式排种器。该装置采用了锥形孔和振动装置来改善播种器的充种性能，然后用高速气流来清除多余的种子。为避免清种的高速气流对吸孔处的流场造成破坏，滚筒上吸孔的分布采用的是五刻划形式 (即沿圆周方向五等分滚筒来分布吸孔 )。这样每播一盘，滚筒需要转动几圈才能完成。为了保持较高的生产率，滚筒的转速较高。另外，因为采用了锥形吸孔，简单的切断负压不能保证卸种的一致性和准确性，所以又用了高速气流从内侧沿吸孔轴线方向来把种子吹落。 (2) 广西林科所研制的 4，播种装置采用的也是气吸式滚筒型排种器。滚筒转动时把种子吸附在滚筒圆周面上，通过切断真空，种 气吸滚筒式精密排种器的研究进展 4 子靠自重下落到容器内。该装置采用的是凸台式吸孔，吸嘴孔径的大小按种子千粒重而定，播南方的湿地松种子，孔径为 1毫米，播经过精选后裹成直径为 4径为 种有种率可达 95%以上。该装置采用真空泵作负压源 (型号为 2这套生产线的生产率比较低，每小时才播种 10000穴。育苗容器输送带的运行速度为 秒，播种机构的播种滚筒转速为 7转 /分。 (3) 吉林农业大学的盛江源等为了解决人参小 行距精密播种的问题，也研制了一种气吸式滚筒型排种器。工作时，风机进风口与滚筒轴 (空心轴 )相连，将滚筒内抽成一定的真空度，当滚筒经过种箱时，凸台上的吸孔将种子吸住，并随滚筒旋转至卸压区，此时卸压辊将吸孔堵住，吸孔内外压差消失，种子靠自重落入接种杯内，经输种管排入播行。他们运用正交试验的方法，通过台架试验，得到了试验因素的最优组合。 (4) 由中国农业大学和广西北海市农机化研究所研制的气吸式双层滚筒水稻播种器【 12】，采用双层滚筒结构 (外层壁薄、光滑、孔径小、内层孔径大 )使吸孔卡不住杂质，有效地解决了吸孔堵塞的 难题。其结构简图如图 1作原理为 :滚筒内腔是一全封闭的真空负压室，表面有与秧盘穴孔相对应的小孔和真空室相通。工作时。抽气机构抽走滚筒内腔的空气 使吸孔的两端形成负压 )吸孔经过种子箱时，种子在吸孔负压差的作用下被吸附在吸孔上随滚筒一起转动。当转至滚筒正下方时，吸孔内端进入增压室，负压被切断并处于增压状态，种子在自重及正压作用下落入秧盘的穴孔中 现滚筒上的吸孔与秧盘上的穴孔一一对应，滚筒不断转动，秧盘不断随同步输送机构前进，从而达 到连续对穴播种的目的。 文献综述 5 文研究的内容 由于原有的气吸滚筒式精密排种器存在漏气量大、排种不均匀、转动不灵活及磨损严重等问题，本课题就其机构进行优化设计，使之能具有结构简单，生产效率较高等优点，能够用于播种油菜等小颗粒作物。本论文开展以下几方面工作 : 1. 对原有气吸滚筒式精密排种器进行改进设计及优化。对其吸种及排种过程进行了理论分析，得到了吸附力、吸种高度、排种误差、碰撞角和碰撞速度等数学模型，并对影响吸排种效果的因素进行了分析。 2. 建立种子在吸孔气流作用下的受力模型，研究种子的吸附条件 ，分析各种因素对播种质量的影响。 3. 运用 析吸孔的形状、导程和吸孔孔径的大小对吸种性能的影响。同时对吸种滚筒正负压区进行模拟仿真。 4. 采用正交试验法设计试验方案，对滚筒气吸式排种器参数进行优化，研究其转速，吸孔负压，吸孔形状、大小及种箱振动频率等与单粒率、空穴率的关系，以提高其性能。 重对吸孔的形状、吸孔的孔径、吸孔的内外压差、种箱振动频率、吸种滚筒转速五个关键因素进行了分析。运用 过极差和方差分析，得出了影响试验因素的主次顺序及最优组合。 立单粒率、空穴率与各个显著因素的关系式。以油菜种子为试验对象，经过组合选优及试验验证，当吸孔孔径为 1 孔为锥形孔，吸孔压差为 2动频率为 80筒转速为 14 r/粒率达到 92%,空穴率为 4%。 6. 运用回归分析，建立试验指标与几个显著因素的关系式。 通过对气吸滚筒式精密排种器的理论分析、计算机仿真及试验研究，得到了一些规律，为其实际应用奠定了基础。 气吸滚筒式精密排种器的研究进展 6 参考文献 1 张宇文 ,李秋孝 ,王西红 ,等 西北农业学报 1(2):932 蒋爱民，章超华 北京 :中国农业出版社 3 李诗龙 中国油脂 0(2):174 刘文冰 中国种业 1: 17 5 牛菊菊 硕士学位论文 2004 6 刘桂兰 农村牧区机械化 4):17 7 石宏 ,李达 农业机械化与电气化 8 邱秀丽 硕士学位论文 2004 9 张敏 硕士学位论文 2006 10吴国瑞 ,李耀明 农机化研究 ): 5511肖有益 硕士学位论文 中 国农业大学 ,1998 12庞昌乐 ,鄂卓茂 ,苏聪英 ,等 J2000,16(5):52编号（学号）： 毕 业 设 计 （ 2012 届本科） 题 目 蔬菜花卉精量播种机排种器的改进 学 院： 专 业： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 编号 内容 数量 1 设计说明书和图纸 1 2 文献综述和外文翻译 1 3 开题报告 1 4 答辩记录 1 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 要 世界各国都很重视精量播种技术，精密播种可以节约大量的种子，节省田间间苗定苗用工，增加作物产量。本文在对国内外现有的气吸滚筒式精密排种器深入研究的基础上，对原有的设计进行了改进并制造了一种新型的气吸滚筒式精密排种器。该排种器具有以下的特点 :首先，对主轴结构进行了优化设计，采用了一根主轴形成两个压腔的设计方法，既保证了同轴度又减少了轴承的磨损，大大延长了轴承的使用寿命。其次，由于采用了弹簧结构，在隔气板与滚筒内壁接触转动的过程中，减少了因摩擦而导致的磨损漏气的问题。第三，对种箱进行了激振，使种子在种箱中 形成“沸腾”状态，更有利于滚筒的吸种。 结合该气吸滚筒式精密排种器，本文主要开展了以下几个方面的研究工作 : 到了吸附力、吸种高度、排种误差、碰撞角和碰撞速度等数学模型，并对影响吸排种效果的因素进行了分析。 果表明 :直孔的吸种性能比锥形孔和沉孔好 :孔径越大，吸种能力越强 ;吸孔导程对吸种性能无显著影响 ;滚筒壁上的吸孔靠近正负压腔气流大的地方，受到气流的影响也较大。 种器进行了试验研究，着重对吸孔的形状、吸孔的孔径、吸孔的内外压差、种箱振动频率、吸种滚筒转速五个关键因素进行了分析。运用 过极差和方差分析，得出了影响试验因素的主次顺序及最优组合。 立单粒率、空穴率与各个显著因素的关系式。以油菜种子为试验对象，经过组合选优及试验验证，当吸孔孔径为 1孔为锥形孔，吸孔压差为2动频率为 80筒转速为 14r/粒率达到 92%,空穴率为 4%。 通过对气吸滚筒式精密排种器的理论分析、计算机 仿真及试验研究，得到了一些规律，为其实际应用奠定了基础 . 关键词 :精密播种 ;气吸滚筒式精密排种器 ;有限元分析 ;理论分析 ;试验 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 is to by it a of to on a of of of so s of up on as 1. up of up up 2. to of of of of of of no to to in of on on of of of of PS of of to 2%,% mm,of of 0Hz of 4 r/买后包含有 纸和说明书 ,咨询 录 摘 要 . 1 . 2 目录 . 3 第 1 章 绪论 . 6 究小颗粒种子精播技术的目的和意义 . 6 内外气力式精密排种器的发展概况 . 6 国外气力式排种器的发展概况 . 6 国内气力式排种器的发展概况 . 7 内几种典型的气吸滚筒式精密排种器 . 8 文研究的内容 . 9 第 2 章 气吸滚筒式精密排种器的优化设计 . 9 种器结构及工作原理 . 9 体结构 . 9 作原理 . 10 种器的设计 . 10 种滚筒上吸孔的设计 . 10 种滚简内部正负压腔的设计 . 10 磁振动系统的原理及选用 . 11 种装置的优化设计 . 12 章小结 . 13 第 3 章 气吸滚筒式精密排种器的理论分析 . 13 子所受吸附力及吸种高度的确定 . 13 附力及其影响因素 . 14 种高度及影响因素 . 15 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 吸滚筒式精密排种器吸种过程及其影响因素的分析 . 18 子从种箱到被吸孔吸附过程分析 . 18 子被吸附到滚筒上并随之运动的条件 . 20 吸滚筒式精密排种器的 排种过程分析 . 21 种误差 . 22 子落地碰撞角和碰撞速度 . 23 种过程影响因素分析 . 24 章小结 . 24 第 4 章 气吸滚筒式精密排种器气流场的计算机仿真 . 25 介 . 25 真初始边界条件的设定 . 26 孔的结构形状及初始化条件 . 26 态的判别一雷诺数 . 26 体可压缩性的判别 马赫数 . 27 真结果 . 28 孔形状对吸种性能的影响 . 28 孔导程对吸种性能的影响 . 28 孔孔径大小对吸种性能的影响 . 29 种滚筒内部负压区气流场仿真 . 29 种滚筒内部正压区气流场仿真 . 29 章小结 . 30 第 5 章 气吸滚筒式精密排种器的试验研究 . 31 种器的性能指标 . 31 验中影响排种效果的因素分析 . 31 验总体设计 . 32 穴率的试验结果分析 . 33 合选优及结果验证 . 34 章小结 . 34 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 结与展望 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 38 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 章 绪论 究小颗粒种子精播技术的目的和意义 世界各国 都很重视精量播种技 术，发达国家已基本实现大、中粒作物的精量播种，节本增效显著，但对油菜、谷子等小颗粒作物的精播技术有待进一步的研究【 1】。本文以油菜种子为例，探讨了小颗粒种子的精播问题。 油菜是世界上重要的油料作物之一，成熟的油菜籽多为球形或近似球形的小颗粒，其直径为 2， 3】。油菜在我国常年种植面积约为 800万公顷，其种子含油量为 30%是我国重要的油料作物。长期以来，我国油菜种植面积和总产量均居世界第一，占世界油菜种植面积和总产量的 30%左右。根据资料显示， 1996年以来，菜籽油占我国食用植物 油消费量的近 35%。当前我国油菜产业的种植面积大、总产量高，市场需求量和发展潜力都很大。2000年全国油菜种植面积扩大到 800万公顷，产量达到 1013万吨。随着人们生活水平的提高，对植物油的消费也日益增长，加工能力膨胀对油料需求加大，我国从 1999年开始进口油菜籽，1999年以来每年进口油菜籽 250万吨左右，特别是近几年来，进口油菜籽产品的数量有呈现大幅度上升的趋势【 4】。 自 20世纪 80年代以来，我国双低油菜发展迅速，但油菜播种基本为开沟人工溜种，播量较大，不但浪费种子，劳动强度大，而且播种质量难以保证， 遇干早缺苗严重，遇雨涝出苗过稠，间苗、定苗费工，并易形成高脚弱苗，影响产量。因此对优质油菜种子进行精密播种迫在眉睫。精密播种优越性有如下几点 : 密播种苗齐苗壮，不拥挤，可提高田间间苗定苗工效，甚至可以取消间苗定苗工作。 密播种的苗分布均匀，透风透光性好，能充分利用土壤中的水分营养。苗期发育好，苗齐苗壮，可增产 10% 本课题根据油菜种子的特性，对其精密播种部件一滚筒气吸式精密排种器开展研究工作，为推进精播小颗粒种子的机 械化进程开创一条新路。 内外气力式精密排种器的发展概况 精密排种器按其工作原理可分为机械式和气力式。气力式排种器包括气吸式、气吹式、气压式三种 ;机械式主要有窝眼轮式、圆盘式、指夹式等。气力式排种器具有对种子适应性强，损伤轻等优点。 国外气力式排种器的发展概况 在国外的产品中，精密排种器主要以针式和滚筒式为主，滚筒式排种器较针式播种机效率更高【 5】。 国外从 20世纪 50年代末开始出现气力式精密排种器。 20世纪 60年代以来，前苏联、英、德等国都相继提出了麦类作物精播理论，并对小麦精播机 做了大量的试验研究。 1976年前后，德国研制了 排种器是由种子室和真空室组成，但是该机难购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 实现单粒排种，而且播种均匀度很差，重播严重。后来法国研制出一种单粒气吸式小区播种机，它的排种器是一个安装在转轴上的金属盘，盘的周缘分布着若干个吸嘴与圆盘内腔的真空负压相连。该机通过更换不同的吸嘴可以播种小麦、玉米、向日葵等作物。奥地利的机的排种器是一对组合吸缝盘和驱动格轮，由两个不同形状隙缝的交叉形成一系列不同形状的吸孔 。它没有输种管，排种器与开沟器融于一体，投种点低，有利于精密粒距的形成。该机主要用于田间小区试验，在许多国家和地区得到推广应用。为了满足本国经济发展的要求，尽快提高精密播种机的作业速度，近十年来，欧美国家着重对气力式精密排种器进行了研究【 6】。当前，国外播种机械的发展方向已从对排种器的结构研究转移到对播种原理的研究上，比如蔬菜种子的精播问题。目前国外正在利用一些新的播种原理，如日本提出的静电播种，英国提出的液体播种等。现在广泛流传的一种先进的科学播种方法 种子带播种，它起源于日本，这种播种方法已在世界范围 内被广泛采用【 7】。 目前较为成熟的产品主要有英国产的 针式、滚筒式两种。 种精度高达 对干净、规矩的种子 )，播种速度可达 2400行 /小时 (128穴的穴盘最多每小时可播 150盘 );机，适合绝大部分花卉、蔬菜等种子，播种精度可达 99%(对 干 净、规矩的种子 )，播种速度高达 18000行 /小时 (128穴的穴盘最多每小时可播 1100盘 )。这两种播种 机均可以无级调速，能在各种穴盘、平盘或栽培钵中播种，并可进行每穴单粒、双粒或多粒形式的播种。韩国大东机电株式会社生产的真空气吸式播种机，适用于小于瓜类种子的各类蔬菜种子及花卉种子，分为全自动和半自动两种机型，全自动机型的工作程序包括基质混拌、装盘、挖穴、播种、覆土、喷水等，半自动机型包括挖穴、覆土两项程序。此外，还有美国的 8】。 国内气力式排种器的发展概况 我国从 2 0世纪 60年代开始研制气力式播种机，当时辽宁省农机 所研制了 6行气吸式播种机，该机可精播玉米、大豆、花生。但是由于风机及万向节传动故障多，工作不可靠，没能得到推广。 20世纪 70年代我国加强了半精量和精量播种技术的引进、研究和试验。 1979年中国农机院引进了 4种精播机 (西德气吸 、 气吹两种，法国气吸式，美国指夹式 )，并分别对它们的性能，结构参数以及影响因素进行了试验和研究，在此基础上研制出了我国的定型产品 :22宁省农机研究所也经多年的改进试验研制出了与铁牛 该机采用垂直圆 盘气吸式排种器，可精播玉米、大豆、高粱、棉籽，完成起垄、播种、中耕、培土等作业。 20世纪 80年代我国扩大了精播机的试验、示范推广。各地根据本地情况研制出了不同型号的气力式播种机，如威海市农机所研制出了 2台地区农机所研制的 2连市农机化所研制的 2西省农机所研制的 2“八五 ”期间，北京农业工程大学研制出了 2装置适合于播中等大小的丸粒化种子。到了 20世纪 90年代播种机由单一播种发展到了播种、施肥、铺膜联合作业。近几年，精密播种技术得到了进一步发展，如华南农业大学研制的 用电磁振动原理实现精量播种，但其造价较高。南京农机化研究所和江苏大学共同研制的 2用振动气吸的原理，每穴 10%以上 【 6， 9， 10】。 对于气吸针式排种器，在我国自行研制的蔬菜、花卉工厂化育苗播种机中已开始应用，购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 对于滚筒气吸式排种器，由于其气密性很难控制等原因，由我国自行设计制造的专门 用于蔬菜、花卉工厂化育苗的滚筒气吸式排种器还很少。 内几种典型的气吸滚筒式精密排种器 【 11】 (1) 台湾的陈世铭等研制的 “振荡式多用途真空播种机 ”，采用的就是滚筒型气吸式排种器。该装置采用了锥形孔和振动装置来改善播种器的充种性能，然后用高速气流来清除多余的种子。为避免清种的高速气流对吸孔处的流场造成破坏，滚筒上吸孔的分布采用的是五刻划形式 (即沿圆周方向五等分滚筒来分布吸孔 )。这样每播一盘，滚筒需要转动几圈才能完成。为了保持较高的生产率，滚筒的转速较高。另外，因为采用了锥形吸孔，简单的切断负压不能保证卸种的一致性和准确性，所以又用了高速气流从内侧沿吸孔轴线方向来把种子吹落。 (2) 广西林科所研制的 4种装置采用的也是气吸式滚筒型排种器。滚筒转动时把种子吸附在滚筒圆周面上，通过切断真空，种子靠自重下落到容器内。该装置采用的是凸台式吸孔，吸嘴孔径的大小按种子千粒重而定，播南方的湿地松种子，孔径为 1毫米，播经过精选后裹成直径为 4径为 种有种率可达 95%以上。该装置采用真空泵作负压源 (型号为 2这套生产线的生产率比较低 ，每小时才播种 10000穴。育苗容器输送带的运行速度为 秒，播种机构的播种滚筒转速为 7转 /分。 (3) 吉林农业大学的盛江源等为了解决人参小行距精密播种的问题，也研制了一种气吸式滚筒型排种器。工作时，风机进风口与滚筒轴 (空心轴 )相连，将滚筒内抽成一定的真空度，当滚筒经过种箱时，凸台上的吸孔将种子吸住，并随滚筒旋转至卸压区，此时卸压辊将吸孔堵住，吸孔内外压差消失，种子靠自重落入接种杯内，经输种管排入播行。他们运用正交试验的方法，通过台架试验，得到了试验因素的最优组合。 (4) 由中国农业大学和广西北 海市农机化研究所研制的气吸式双层滚筒水稻播种器【 12】 ，采用双层滚筒结构 (外层壁薄、光滑、孔径小、内层孔径大 )使吸孔卡不住杂质，有效地解决了吸孔堵塞的难题。其结构简图如图 1作原理为 :滚筒内腔是一全封闭的真空负压室，表面有与秧盘穴孔相对应的小孔和真空室相通。工作时。抽气机构抽走滚筒内腔的空气 使吸孔的两端形成负压 )转至滚筒正下方时，吸孔内端进入增压室，负压被切断并处于增压状态，种子在自重及正压作用下落入秧盘的穴孔中 现滚筒上的 吸孔与秧盘上的穴孔一一对应，滚筒不断转动，秧盘不断随同步输送机构前进，从而达到连续对穴播种的目的。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 种子箱 5. 0. 滚筒播种器 气流方向 图 1文研究的内容 由于原有的气吸滚筒式精密排种器存在漏气量大、排种不均匀、转动不灵活及磨损严重等问题，本课题就其机构进行优化设计，使之能具有结构简单，生产效率较高等优点，能够用于播种油菜等小颗粒作物。本论文开展以下几方面工作 ： 1. 对原有气吸滚筒式精密排种器进行改进设计及优化。 2. 建立种子在吸孔气流作用下的受力模型，研究种子的吸附条件，分析各种因素对播种质量的影响。 3. 运用 析吸孔的形状、导程和吸孔孔径的大小对吸种性能的影响。同时对吸种滚筒正负压区进行模拟仿真。 4. 采用正交试验法设计试验方案，对滚筒气吸式排种器参数进行优化，研究其转速，吸孔负压，吸孔形状、大小及种箱振动频率等与单粒率、空穴率的关系，以提高其性能。 5. 运用回归分析，建立试验指标与几个显著因素的关系式。 第 2 章 气吸滚筒式精密排种器的优化设计 种器结构及工作原理 体结构 气吸滚筒式精密排种器总体结构布局如图 2 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 吸滚筒式精密排种器的结构示意图如图 2要由隔气板 1、弹簧 2、空心轴 3、滚筒 4、橡胶塞 5、种箱 6、激振装置 7、输送带 8和气源等组成。其特点为弹簧压紧隔气板，便于适时调节压紧面。激振装置激振后，使种箱中的种子产生向上的抛掷运动，种子间接触减少，相互分离呈沸腾状态【 13】，便于滚筒吸种。其具体的排种器装配图如图 2 作原理 如图 2种器的滚筒内腔是一全封闭的真空负压室，滚筒表面的吸孔与真空室相通。播种时，空吸机通过空心轴 3上的吸孔吸走滚筒表面内腔的空气，产生负压，使滚筒 4上吸孔的两端形成负压差，滚筒绕固定空心轴 3转动，当滚筒 4上的吸孔经过种子箱 6时，种子在吸孔负压差的作用下被吸附在吸孔上随滚筒 4一起转动。当滚筒 4转至正下方隔气板 1所形成的正压腔时，负压被切断，种子在自重和正压的作用下落到输送带 8上。 种器的设计 【 14， 15， 16】 影响排种器吸排种性能的因素主要有 ： 吸孔的形状及大小 、滚筒内部正负压的大小、振动系统的频率高低及滚筒转速等。是否合理选择吸孔的形状大小、滚筒内部正负压、振动频率及滚筒转速将显著影响排种器的吸排种性能。 种滚筒上吸孔的设计 选择了三种形状的吸孔，分别为直孔、锥形孔和沉孔，见图 2以通过试 验确定最优吸孔形状和大小。 种滚简内部正负压腔的设计 如图 2心轴 3分为左右两部分，通过橡胶塞 5隔开，橡胶塞 5左边一段轴上开有吸孔，与滚筒 4上的吸孔相通，右边一段轴与正压室相连。工作时，左半轴通过空吸机吸气形成负压，空心轴 3左半轴与 滚筒 4表面的吸孔之间形成负压腔，同时右半轴通正压气体，隔购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 板 1与滚筒内壁之间形成正压腔。弹簧 2的作用是调节隔气板与滚筒内壁的压紧程度，防止磨损漏气。 磁振动系统的原理及选用 【 9,17】 种箱的振动由激振机构产生，而由于激振方法的不同，激振机构的类型有机械式、电磁式、液压式及气动式等。 本文采用的振动系统是电磁式。工作时，电磁铁线圈通以脉冲信号，由于铁芯的断续吸力和振动弹簧的作用，使种箱做上下垂直振动。电磁振动系统使种箱中的种子产生向上的抛掷运动，形成“沸腾”状态，利于吸种。 电磁振动系统的力 学模型如图 2 振动系统受恢复力和激振力的作用，弹性恢复力可产生自激振动。弹簧使物体回到平衡位置的弹性恢复力与物体离开平衡位置的位移成正比，其方向和物体的位移方向相反。由于在运动过程中受到阻尼的作用，使振动逐渐趋于停止。阻力的方向总是与运动方向相反。当振动不大时，其大小与物体的运动速度成正比。由激振器产生的输出为 : 1 (2式中 :B - 受迫振动的振幅，即为激振器输出的振幅 ; 1 - 受迫振动的稳态角频率 ; - 相位角。 在持续稳定振动状态条件下，当振动的频率和系统的固有频率相差很大的情况下，可以认为系统只随激振系统作用。此时有 : 1 s (2由式 (2以看出，在振动系统偏离系统固有频率的条件下，系统的振动为简 谐振动，受迫振动的频率与激振力的频率一致，则受迫振动的振幅为 : 2220 211 式中 :0激振力相等的静力作用下的静位移 : - 频率比，； f - 激振力的频率，统的固有频率； - 相对阻尼系数。 则系统的受迫振动的运动方程为 : 12220 s 由此知，受迫振动的幅值取决于0B， ， 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 激振力成正比，当系统结构一定 的情况下，可以通过改变激振力的大小来改变振动系统的振幅。振动系统的频率取决于激振器的振动频率，可以通过改变激振器的输出频率来改变振动系统的频率。 当 如果系统的阻尼很小，振幅则增加较快。 当 1 时 ， 无论阻尼多大，系统的振幅都比较小。这是由于激振频率很高，激振力方向变化比较迅速。振动系统的质量部件不可能随着激振力方向的变化而迅速变化。 当 = 1 时，激振频率与系统的固有频率相等。系统的振幅达到最大，产生共振。 通过以上 分析，希望振动系统在小于系统固有频率的状态下工作。振动系统参数选择可以参考上述对振动系统的分析结果进行。 种装置的优化设计 如图 2排种器对以下几个方面进行了优化及改进设计 : 空心轴 )结构优化 ： 该排种器采用了一根空心轴形成两个压腔的设计，空心轴 3被橡胶塞 2分成了两个半轴，左半轴连接负压气管，右半轴接正压气管，该结构的优点是既消除了因采用两根独立半轴所形成的悬臂梁结构而使同轴度得不到保证的问题，又消除了结构上因滚筒转动而使轴承磨损加剧的问题。 2，采用螺纹导程件定 位 ： 在排种器的结构中，螺纹导程件 7的作用是在滚筒 4与隔气板 9在相互接触运动的过程中使隔气板始终沿着滚筒的轴线方向而不发生偏离和旋转。螺纹导程件的采用更好地解决了因零件间的接触运动而引起的系统不稳定及漏气等问题。 该排种器在结构上的另一改进是采用了弹
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