机械气力组合式玉米精量排种器流场分布对单粒精量排种的影响机理研究

The single rate,functional reliability and stability of seed displacement will definitely be influenced by air flow distribution & allocation in the chamber for a pneumatic precision seed-metering device for maize,and it is also difficult to clean seeds as well for this kind of metering device. In accordance with this situation,the influence mechanism of air flow distribution & allocation of the combined precision seed-metering device on the quality of single precise seeding will be studied.The combined precision seed-metering device employs principle of seeds mechanical filling,air-blow cleaning,and positive pressure keeping. Based on the study of physical characteristic of seeds,the polymeric 3D un-spherical particle model of maize will be estblished. With the help of modeling of the metering process, the mechanical motion model of seed will be built and the needed air flow distribution & allocation for single precision seeding will be found out. The characteristics of air flow distribution & allocation with different air distribution mode will be deliberated. And model the relevance of the parameters of air distribution system and the flow distribution & allocation. The coactions way of seeds, air flow distribution system and air flow allocation will be studied for figuring out the mechanism of pneumatic precision seeding with the aid of theoretical calculation, fluid-solid coupling simulation, experimental study and high speed photography. A mechanical-pneumatic combined seed-metering device for maize will be optimized and designed with digital and parameterized design method which will provide theoretic support for pneumatic precision seeding technology development.

项目针对气压式玉米精量排种器清种困难、流场分布影响排种单粒性、工作可靠性和稳定性等问题，依照机械充种、气吹清种、气压存种的思路，开展组合式玉米精量排种器流场分布对单粒精量排种的影响机理研究：分析玉米种子的机械物理特性，建立符合玉米种子外形特征的三维颗粒模型；在单粒精量排种的前提下，借助排种过程的数学建模，分析种子的受力变化和运动规律，探明精量排种所需的流场分布特征；研究不同气流配送方法所形成的流场分布特点，建立气流配送系统参数与流场分布的相关性模型；通过排种过程的流固耦合仿真分析，研究种子、气流配送系统与流场间的互作机制，揭示流场分布对形成单粒精量排种的影响机理；采用数字化、参数优化等设计方法，研发一种适于玉米种子的机械气力组合式精量排种器；为单粒精量排种技术研究提供理论支撑，提高玉米精量播种技术水平。

项目针对现有气力式玉米精量排种器结构复杂、对不规则玉米种子适应性差、工作可靠性和稳定性受气流影响大、易造成重漏播等问题，以提高排种器充种性能为切入点，以改善种群流动性和排种单粒性为目标，研发一种新型气压组合孔式玉米精量排种器。该排种器将型孔和种群种子搅拌装置相融合，在正压气流作用下，提高种群流动性，减少充种区种子间摩擦力，降低种子架空难以充种的几率，提高排种器在高速条件下的充种性能。该排种器结构简单、工作稳定，高速作业性能优良。.项目通过离散元软件EDEM仿真分析和台架试验，提出了加强排种盘对种群扰动以提高种子充填性能的构思并通过实验加以验证；在此基础上，确定了排种盘的基本形式。对气压组合孔式排种器型孔参数进行理论计算，建立了排种盘扰种过程的数学模型，确定了主要结构参数，并借助流体分析软件FLUENT，确定了最优的进气口参数。.项目建立了玉米种子耦合模型，并完成相关物性参数的标定；在此基础上，基于确定性颗粒轨道模型对气压组合孔式排种器进行EDEM-FLUNET两相流耦合分析，明确了工作过程中气流场的分布情况，探明了充种过程种子的受力情况；从力学角度考察了工作参数对充种性能的影响情况，并依据分析结果，对型孔参数进行仿真优化。.项目对排种器进行台架试验，通过对比排种器漏播率和漏充率，探明高速条件下漏播陡增的原因；根据模拟仿真和初步试验得到的结论，对排种器清种机构、排种盘和落种机构进行优化改进，并进行转速压力双因素试验，对试验结果进行回归分析，得到合格指数的控制方程，并对其预测的准确性进行验证；分别进行工作压力、排种盘转速与清种档位的双因素试验，确定在各转速、压力条件下最佳的清种刀位置；进行中低速和高速田间试验，试验结果表明在各速度条件下，排种器工作性能均较为稳定，在作业速度为10.9km/h时合格指数可以达到95%以上。.通过本项目的研究，为我国气力式玉米精量排种技术的研究提供理论支撑，缩小与国际相关技术的差距，提高玉米精量播种技术水平。