基于气吹悬浮供种的番茄育苗播种器吸附取种机理的研究

It is hard to achieve precision seeding for the tomatoes and flower seeds which have a small volume, irregular forms and the poor liquidity. In order to solve this technical problem, a new kind of pneumatic roller-type tomatoes precision seeder has been proposed, based on the theory of the pneumatic suspension seed supply and many times seeding. By analyzing the kinematic characteristics of the adsorbent process when the seeds are supplied by the pneumatic suspension seed supply device with the theory of pneumatic suspension and the gas-solid two-phase flow simulation technology, we construct the mathematical equations of the seeds suspension and adsorbent, and this research reveals the change regularity of seeds`movement characteristics and the internal relationship of effect factors; The research discusses the parameters and the interactive effect of parameters with each other, and also their influence on the adsorption suction of the pneumatic roller-type tomatoes precision seeder, with the method of camera observation, physics experiment and graphical analysis, to determine the main parameters and the range of change level . Combined with the main parameters of the seeder, setting up a series of multistage seeder test stand, we can get the linear regression of the extra factors which resolve the rate of single seed, though orthogonal test. We work out the best parameters, by optimizing the linear regression based on the software of MATLA. We put forward improvement project, rational configuration of structure and parameters, we develop a new kind of precision seedling seeder which has the independent intellectual property rights and meet the production requirements that each hole has single seed.

项目以番茄等小颗粒不规整作物种子为研究对象，针对其流动性差，难于实现精量播种这一技术难题，提出基于气吹悬浮供种和多次取种清种思想的气吸滚筒式番茄育苗精量播种器的设计方案，应用气动悬浮理论和气固两项流仿真技术对种子悬浮特性和种子吸附过程的运动学、动力学特性进行分析，构建验证其种子悬浮吸附过程的数学方程，揭示其运动变化规律及其影响因素间的内在关系；采用摄像观察、物理试验和图形分析的方法，探讨气吹悬浮供种系统的各参数及其交互作用对气吸滚筒式播种器吸附性能的影响机理，确定影响吸附性能的主要参数和水平变化范围。结合播种器滚筒主要参数，搭建不同供种层数的播种器试验台，通过正交试验研究，获得播种机取种性能影响因素的回归方程，利用MATLA软件对回归方程进行综合优化分析，找出最优的参数组合。提出播种器改进方案，合理配置结构与参数，研发具有自主知识产权的精量育苗播种器，满足番茄育苗播种一穴一粒的技术要求。

项目以番茄等小颗粒不规整作物种子为研究对象，针对其流动性差，难于实现精量播种这一技术难题，主要开展如下研究：1）番茄种子的物料特性研究。重点测定新疆常用的番茄种子三轴尺寸、形状特征、千粒重、孔隙率、休止角、滑动摩擦角、悬浮速度等，探究了影响种子悬浮运动的主要因素及其变化规律，获取最佳的悬浮速度；2）气流悬浮供种理论的研究与供种气室结构的优化。通过构建种子悬浮运动的力学方程，仿真分析了影响种子沸腾强度、轴向均匀性的主要因素，确定将流化床悬浮供种的技术与供种气室空间有效分割相结合的供种气室方案，并运用3D打印技术实现了供种气室与种箱有机结合的制造难题。3）基于悬浮供种技术的吸附取种理论的研究与吸附滚筒的结构优化。重点对种子悬浮供种条件下其负压吸附过程的运动学、动力学特性进行分析研究，构建验证其种子悬浮吸附过程的数学方程，揭示其运动变化规律及其影响因素间的内在关系，并采用摄像观察、物理试验和图形分析的方法，探讨气吹悬浮供种系统的各参数及其交互作用对气吸滚筒式播种器吸附性能的影响机理，确定影响吸附性能的主要参数和水平变化范围。此外运用流场仿真技术进一步简化负压取种、正压投种滚筒结构参数。4）排种性能实验研究与参数优化。结合播种器滚筒、气室种箱等核心部件的主要参数，研制基于单一旋风泵的负压取种、正压投种、悬浮供种的气动控制系统、穴盘覆土和基于高速摄像的数据采集系统，搭建不同供种层数的播种器试验台，以种箱气室正压力，滚筒吸孔孔径，滚筒转速为试验因素，进行正交试验，利用数据处理软件对试验结果进行极方差分析，确定影响排种性能指标的因素优水平，主次顺序及优化组合，合理配置适于取种性能指标的结构参数、工作参数。生产试验表明:基于悬浮供种技术的滚筒式育苗播种机，基本达到了番茄育苗播种一穴一粒的生产要求，且相关理论对从事排种器研发的科技人员具有一定的参考价值。