气吸滚筒阵列式棉花精密排种器的设计与试验研究.pdf

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1、DesignandExperimentofPneumaticCylinderArrayPrecisionSeed-meteringDeviceforCottonADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByXuGuojie(MechanicalDesignandTheory)DissertationSupervisor:

2、Prof.NiXiang-dongJune,2018摘要新疆是我国最大的优质棉和商品棉生产基地，在棉花生产过程中，播种是最重要的环节之一。精密播种不仅可以节省大量种子，减轻人员劳动强度，而且可以增产稳产，具有显著的经济效益和社会效益。针对气吸式棉花精密排种器输气管路结构复杂、能耗大以及排种单体只能实现单行播种等问题，在综合分析国内外气力式精密排种器研究现状的基础上，采用阵列吸孔吸种、侧向气吹清种等方式，设计了一种气吸滚筒阵列式棉花精密排种器，运用理论分析、计算机仿真和试验研究相结合的方法，从气吸滚

3、筒阵列式棉花精密排种器排种原理入手，根据棉花种植农艺要求，确定了排种器关键零部件结构参数，构建了排种过程各阶段棉种运动学和动力学模型，获取了排种过程相关临界条件，利用Fluent软件仿真分析了负压腔气流场动力学特性，结合试验台架搭建完成了排种性能试验，试验结果表明，其工作性能满足棉花精密播种的要求。主要研究内容如下：（1）根据棉花种植农业技术要求，采用阵列吸孔吸种、侧向气吹清种等方式，设计了一种气吸滚筒阵列式棉花精密排种器，计算确定了排种滚筒、阵列吸孔、负压腔、侧向气吹装置和空心轴等关键零部件结构

4、参数。（2）根据气吸滚筒阵列式棉花精密排种器的工作原理，运用工程力学及流体力学理论，对气吸滚筒阵列式精密排种器的充种过程、清种过程、携种过程及投种过程进行了理论分析，构建了排种过程各阶段棉种运动学和动力学模型，获取了排种过程相关临界条件，确定了影响排种过程的主要因素。（3）对排种器负压腔气流场进行理论分析，判别流体状态，建立滚筒负压腔气流系统简化模型，采用标准k-ε湍流模型和标准壁面函数法，利用Fluent软件仿真分析发现：空心轴流道压力降明显；不同轴向吸孔截面的压力场变化趋势基本一致，速度场分布

5、基本均匀；滚筒中心处速度变异系数小于5%，即不同吸孔处速度场分布基本均匀，表明空心轴结构与参数设计合理。（4）借助JPS-12型排种器性能检测试验台进行排种性能试验，运用二次旋转正交设计，建立排种器合格指数、重播指数和漏播指数与滚筒转速、吸孔直径和气室负压之间的回归模型，试验结果表明：滚筒转速为15.5r/min，吸孔直径为3.5mm，吸气室负压为4.2kPa，排种器合格指数为93.5%、漏播指数为2.0%、重播指数为4.5%。经试验验证，试验结果与优化结果基本一致，满足棉花精密播种的要求。在此基

6、础上对三种不同品种的棉花种子进行了排种适应性试验，结果表明：合格指数均大于92%，漏播指数均小于3%，重播指数均小于5%，说明该排种器对不同品种的棉花种子具有一定的排种适应性。关键词：农业机械；排种器；气吸；滚筒；阵列；侧向气吹AbstractXinjiangisthelargestproductionbaseofhighqualitycottonandcommoditycottoninChina.Sowingisoneofthemostimportantlinkswhichaffectthede

7、velopmentofcottonindustry.Precisionsowingnotonlysavealotofseeds,reducestafflaborintensity,butalsoincreaseproductionandstableyield,withsignificanteconomicandsocialbenefits.Inordertosolvetheproblemofseed-meteringdeviceforcottonsuchascomplexstructureofga

8、stransmissionpipeline,thelargeenergyconsumptionandseedingmonomercanonlyachievesinglerowsowing.Basedonthecomprehensiveanalysisoftheresearchofpneumaticprecisionseedmeteringdeviceathomeandabroad,apneumaticcylinderarrayprecisionmeteringdeviceforco