气吸式免耕播种机振动耦合特性与排种机理研究

The west area of China，as the major area of inland agriculture , its sustainable development of agriculture is seriously restricted because of the terrible natural environment and lack of reasonable and scientific planting pattern. No-till Planting Technology has unique advantages, which is the optimal way for sustainable development of the western agriculture. Aim at the poor seeding performance of air suction no-tillage planter in the western mountain and hill land that is caused by the surface roughness effect, the seeding mechanism is studied by theoretical analysis and experiment，considering the effect of air suction-vibration coupling.In order to clarify the seeding mechanism of air suction-vibration coupling, and find out the optimal matching parameters of seeding performance, the following studies will be throughly conducted in these items: 1) Study of the relation rule between the hilly no-tillage ground surface and the vibration characteristics of seed feeding devices, and revealing the influence mechanism for the vibration characteristics of seed feeding devices. 2) Establishment of the mechanical model for seed plate vibration, improving the seed plate structure, analysis of collision-vibration characteristics for seed group and seed trajectory, optimizing the structure parameters of seed sucking entrance, research of the vibration suction mechanism and the metering process. 3) Clarification of the factor level that affecting seeding performance by laboratory test, establishing the optimal parameter combination for seeding performance. With the high-speed camera analysis to improve parameters, guiding prototype development and carrying out the field experiment.

作为内陆农业重要区域的西部地区，由于自然环境恶劣且缺乏合理科学的耕作方式，严重制约农业的可持续发展。免耕播种技术是实现西部地区农业可持续发展的最佳方式。本项目结合西部地区的地形地貌特点，针对气吸免耕播种机在山区及丘陵地带开展保护性耕作时，由于地表引起的振动作用导致排种性能差的问题，利用理论分析与试验相结合的方法对气吸式排种器在地表振动耦合作用下的排种机理进行研究，进而寻求排种器排种性能的最优匹配参数。本项目拟开展研究包括：1) 研究丘陵免耕地表与排种装置振动特性的关系规律，揭示地表属性对排种装置振动特性的影响机理；2) 建立排种盘振动的力学模型，改进种盘结构，分析种群的碰撞-振动特性与种子运动轨迹，优化吸种孔结构参数，研究振动吸种机理及排种过程；3)室内试验研究影响排种性能的因素水平，确立排种性能最优时的参数组合，通过高速摄像分析改进参数，指导样机研制与开展田间试验。

免耕播种机在作业时，受地表高低不平等环境因素的影响，排种装置振动较为强烈。为究明地表条件与作业速度共同作用引起排种装置振动对排种性能的影响规律，进一步提高免耕播种机作业质量和生产效率，项目组通过搭建田间振动测试系统，通过单因素与正交试验测试并分析不同田间地表条件的振动特征参数；基于振动特征参数，利用离散元数值模拟振动特征参数对种群运动的影响规律；通过改装排种性能试验台，室内台架试验系统研究振动频率、播种速度与真空度对排种性能的影响，以得到各项性能指标均较优的因素水平组合。具体研究结果如下：.（1）地表类型对排种装置振动的影响较小，机器作业速度对排种装置的影响较为显著；正常作业速度下，排种装置的振动主要集中在5-10 Hz；单因素试验结果表明：振动主频率、振动加速度、振幅与前进速度之间呈线性关系；随着作业速度的增大，振动频率与振动加速度线性增加，振幅线性降低。.（2）离散元法数值模拟结果表明：种群平均速度与机器前进速度之间呈线性关系；种群最大速度与机器前进速度之间呈二次相关函数。排种器振动频率为10 Hz时，排种室内玉米种群平均速度较小，表明在常规作业速度情况下，振动频率对玉米种子的吸附性能影响微弱。种群运动速度与排种器振动幅值成正比。离散元模拟排肥量与理论分析结果吻合较好。.（3）室内台架试验结果表明：振动频率对玉米之类千粒重较大的作物影响较小；单因素试验中，各因素最佳水平为振动频率14 Hz,播种速度4 km/h，真空度-4 kPa。正交试验各因素的主次顺序为：真空负压>种床带速度>振动频率；最优因素组合为振动频率在14 Hz，真空负压为-4.5 kPa，种床带速度3 km.h-1；此时各项性能指标均较优。.本项目的相关研究对揭示振动作用下的排种机理与离散元法数值模拟的应用具有重要的学术价值，同时对推进免耕播种机在西部地区的发展具有重要的意义。