基于内降外增理论的高速机械式大豆精密排种机构创新与机理研究

Aiming at the problem of the high speed working potential of mechanical precision seed-metering device hasn't been fully recognized and mined, and the high speed demand of modern machinery working can't be satisfied, the research and development of the inexpensive and high reliability precision seed-metering device has been seriously restricted, so the high speed seed-metering theory of interior speed down and exterior assembly frequency up was put forward, obviously effect was acquired in the preliminary test. ..The project plan is based on patient technology owned ourselves and the theory will be completely applied to the research of mechanism innovate and key-technology, and many technologies will also be applied comprehensively, such as discrete element, piezoelectric sensor, isotope tracer, high-speed image, digital prototype，EDEM granulosis simulation，and so on. Kernel motion and mechanical model will be built, and ration separation mechanism will be made sure, the mechanical structure of promoting high speed separation will be explored. The reasonable shape, density and distribution of the ration container will be analyzed, the relationship between basic size and suited sow seeds will be specified...At the same time, some things will be researched, such as form of the filling force and intervention method, the effect and guide of group motion on filling seeds process, effect and control of the launch state on implantation stability. Seed-metering ratio and filling ratio will be taken as main response index optimizing parameters to design the prototype of high speed mechanical soybean precision seed-metering device. Precision seed-metering theory will be perfected, key technology will be offered, and the system method of processing agricultural granular mixtures engineering problems will be formed to support sowing seeds technology progress.

针对"机械式精密排种机构的高速作业潜力未能被充分认识与挖掘，无法满足现代机械化作业的高速度要求，严重制约低成本、高可靠性精密播种机具的研发"问题，提出"内部降速加外部组合增频"的高速排种理论，初步试验验证效果显著。项目计划以自有专利技术（两项）为基础，以该理论全面应用于机构创新与关键技术研究为途径，综合运用离散元、压电传感、同位素示踪、高速影像、数字样机、EDEM颗粒体仿真等技术：建立籽粒运动及力学模型；明确定量分离机理，探索促进高速分离的机械结构；分析定量容腔的合理形状、密度及分布；明确基础尺寸与适播种子的对应关系；研究充填力的形成及干预方法，群体运动对充种过程的影响及引导，籽粒投出状态对着床稳定性影响及控制等内容。以排种频率和充填率为主要响应指标优化参数，设计高速机械式大豆精密排种机构原型样机。完善精密排种理论，提供关键技术，形成处理农业散粒体物料工程问题的系统方法，支持播种技术进步。

迫于现代机械化作业高速度的要求，大量结构简单、工作可靠、性价比高的机械式排种器被轻意地否定、放弃。所谓的高速精密播种机具无一例外地采用被认为是唯一具有高速作业能力的气力式排种器，且主流产品及技术大部分被国外产品所垄断。但气力式排种器复杂的结构、庞大的辅助系统、昂贵的价格、较差的株距稳定性、使用技术水准要求高、机组进出作业区及区内速度变化时难以稳定工作、起动惯性大、消耗功率等诸多问题难以有效解决。另一方面，机械式精密排种机构存在着高速作业性能潜力提升的较大空间，但制约于研究思路、机构创新、优化方法等诸多亟待解决的科学问题。因此，深入研究机械式精密排种机理，探索提升其高速性能的技术与方法具有重要意义。.项目的主要研究内容是在种子的物理特征与力学特性测定、精确建立大豆的EDEM颗粒体模型和机构3D模型对物料的作用环境的基础上，进行解析与虚仿研究,明确定量分离机理，探索促进高速分离的机械结构；结合阶段性的试验，分析定量容腔的合理形状、密度及分布；明确基础尺寸与适播种子的对应关系；研究充填力的形成及干预方法，群体运动对充种过程的影响及引导，籽粒投出状态对着床稳定性影响及控制等内容。并以排种频率和充填率为主要响应指标优化参数，设计高速机械式大豆精密排种机构原型样机。完善精密排种理论，提供关键技术，形成处理农业散粒体物料工程问题的系统方法，以此指导机构创新与高速作业机理研究，并通过技术集成与试验研究进行理论检验与技术验证。.取得的重要成果有：基础理论方面，充分证实并完善了“内部降速加外部组合增频”的高速排种理论，为以适应高速作业要求为目标的机械式精密排种机构创新指明了方向和重点；关键技术方面，创新了防伤种护种板立式圆盘排种器、可利用重力充种的立式排种圆盘、倾斜对置双圆盘、可变容腔复合勺轮等4项关键技术，均申请了发明专利。其中优化定型了2种，并应用于科研样机；学术论文与专利方面，发表学术论文10篇，其中SCI、EI检索5篇，申请发明专利4项，3项授权，1项实审。.项目研究的科学意义在于形成了由专门理论，多学科交叉技术手段，机构创新，全过程机理分析，实践检验等多环节组成的针对“机械式精密排种机构高速作业潜力挖掘”的系统研究模式。完善与补充了精密排种理论，创新了基于理论的关键技术，形成了处理该类农业散粒体物料工程问题的系统方法，可有效地支持播种技术进步及高速机械式精密排种器产品的研发。