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气吸滚筒式精密排种器的优化【17张图纸】【优秀】

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气吸滚筒 精密 排种器 优化 17 图纸 优秀 优良
资源描述:

气吸滚筒式精密排种器的优化

46页 17000字数+说明书+任务书+答辩PPT+17张CAD图纸

主轴焊接图.dwg

任务书.doc

吸种孔.dwg

排种器总装图.dwg

文献综述.doc

正压大夹板.dwg

正压小夹板.dwg

气吸滚筒式精密排种器的优化答辩PPT.ppt

气吸滚筒式精密排种器的优化说明书.doc

种子箱.dwg

种箱侧板.dwg

零件1 滚筒.dwg

零件10 链轮.dwg

零件2 正压腔连接轴.dwg

零件3 正压腔.dwg

零件4 滚筒连接件.dwg

零件5 端盖.dwg

零件6 轴承盖.dwg

零件7 负压轴.dwg

零件8 中夹板.dwg

零件9 正压轴.dwg


目录

摘 要1

ABSTRACT2

第一章 绪论3

1.1 研究小颗粒种子精播技术的目的和意义3

1.2 国内外气力式精密排种器的发展概况3

1.2.1 国外气力式排种器的发展概况4

1.2.2 国内气力式排种器的发展概况4

1.3 本文研究的内容5

第二章 气吸滚筒式精密排种器的优化设计6

2.1 排种器结构及工作原理6

2.1.1 总体结构6

2.1.2 工作原理7

2.2.1 排种滚筒上吸孔的设计8

2.2.2 排种滚简内部正负压腔的设计8

2.3 排种装置的优化设计10

2.4 本章小结11

第三章 气吸滚筒式精密排种器的理论分析12

3.1 种子所受吸附力及吸种高度的确定12

3.1.1 吸附力及其影响因素12

3.1.2 吸种高度及影响因素13

3.2 气吸滚筒式精密排种器吸种过程及其影响因素的分析16

3.2.1种子从种箱到被吸孔吸附过程分析17

3.2.2 种子被吸附到滚筒上并随之运动的条件19

3.3 气吸滚筒式精密排种器的排种过程分析20

3.3.1 排种误差20

3.3.2 种子落地碰撞角和碰撞速度23

3.3.3 排种过程影响因素分析24

3.4 本章小结24

第四章 气吸滚筒式精密排种器气流场的计算机仿真25

4.2  ANSYS仿真初始边界条件的设定26

4.2.1 吸孔的结构形状及初始化条件26

4.3 仿真结果28

4.3.1 吸孔形状对吸种性能的影响28

4.3.2 吸孔导程对吸种性能的影响31

4.3.3 吸孔孔径大小对吸种性能的影响32

4.3.4 吸种滚筒内部负压区气流场仿真34

4.3.5 吸种滚筒内部正压区气流场仿真36

4.4 本章小结38

第五章 总结与展望39

参考文献41

致 谢43


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:

  1.对气吸滚筒式精密排种器的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.运用ANSYS有限元分析软件对吸孔及正负压腔的气流场进行了建模与仿真试验,结果表明: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。

  通过对气吸滚筒式精密排种器的理论分析和计算机仿真,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;



1.3 本文研究的内容

  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ANSYS软件对排种器进行气流场分析和模拟,分析吸孔的形状、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。

内容简介:
沈阳农业大学学士学位论文文献综述文 献 综 述题 目: 气吸滚筒式精密排种器的研究进展 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;1.1 研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1.27-2.05mm【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%-50%,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%-30%。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。1.2 国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。1.2.1 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GS-23气吸式小麦精密播种机,其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Wintersteiger自走式小麦精播机也属于气吸式精量播种机,该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Hamilton播种机,有针式、滚筒式两种。Hamilton针式播种机从秋海棠等极小的种子到甜瓜等大种子均可进行播种,播种精度高达99.9%(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);Hamilton滚筒式播种机是适用于大中型育苗场的高效率精密播种机,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Blaclanore, Speedling, VanDana精量播种系统等【8】。1.2.2 国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:2BJ-6型、2BJ-4型气吹式精量播种机。辽宁省农机研究所也经多年的改进试验研制出了与铁牛-55拖拉机配套的2BQ-6型气吸式播种中耕通用机。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2BT-2型气吸式花生套种播种机,烟台地区农机所研制的2BHQ-5型气吸式花生播种机,大连市农机化所研制的2BJQ-4型气力式播种机,山西省农机所研制的2BJ-4型气吸式精密播种机。“八五”期间,北京农业工程大学研制出了2XB-300型孔齿盘转动式穴盘育苗精量播种机,该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HNJ97-1型水稻精量播种机,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2QB-330型气吸振动式秧苗盘精量播种机,应用振动气吸的原理,每穴1-2粒种子的播种合格率达到了90%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。1.3 本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ANSYS有限元分析软件对排种器进行气流场分析和模拟,分析吸孔的形状、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.对该排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DPS软件对试验数据进行了处理。通过极差和方差分析,得出了影响试验因素的主次顺序及最优组合。5.运用二次多项式回归模型,建立单粒率、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 mm,吸孔为锥形孔,吸孔压差为2kPa,振动频率为80Hz,滚筒转速为14 r/min时,单粒率达到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。参考文献1 张宇文,李秋孝,王西红,等.油菜精量播种技术研究.西北农业学报.2002,11(2):93-962 蒋爱民,章超华.食品原科学.北京:中国农业出版社.20003 李诗龙.油菜籽的物理特性浅析.中国油脂.2005,30(2):17-204 刘文冰.浅析我国油菜生产的现状与发展.中国种业.2005, 1: 175 牛菊菊.滚筒气力式蔬菜育苗穴盘排种器的研究硕士学位论文.华
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