《多自由度振動氣吸盤式水稻田間育秧精密播種機理研究》是依託江蘇大學，由趙湛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多自由度振動氣吸盤式水稻田間育秧精密播種機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙湛
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國高產水稻種植的推廣、田間育秧和機械化插秧技術的普及，現有的水稻育秧播種機尚不能滿足1-2粒/穴的要求。分析田間播種工況的特點和前期工作所暴露的問題，本項目擬開展由多自由度振動種盤和負壓吸盤構成的水稻田間育秧精密播種機構的工作機理研究。根據催芽後稻種的結構形態，建立由穎殼、糙米、嫩芽組成的多層複合結構種子力學模型；針對田間播種干擾因素多、工作狀態時變的特點，研究種群在多自由度振動種盤激振下的流化和離散分層運動規律，並通過實時監測種群的運動狀態，提出種盤振動參數的反饋控制策略，解決種群在種盤內均勻離散的難題；分析離散運動種群與氣流場的耦合作用，計算吸排種動力學過程，從種群層厚、離散運動狀態、吸孔結構和工作壓差等多方面綜合分析排種器作業性能，最佳化排種器結構和田間工作參數。研究成果可以為水稻田間育秧精密播種機的設計提供理論基礎，具有重要的學術價值和套用前景。
結題摘要
項目針對實際工況時變、干擾因素多，現有排種器尚不能滿足超級稻精密育秧播種的問題，提出從新機構設計、種群振動運動規律、分布狀態監測、吸排種動力學過程等方面開展盤吸式排種器工作機理和作業性能研究。 排種器種盤可以實現直線往復和兩自由度水平轉動合成的三自由度運動，吸盤可以水平、垂直移動和正負氣壓轉換以完成吸排種過程。 根據水稻籽粒特性建立了三軸橢球體模型，採用離散元法模擬了種群在振動種盤內的運動過程。分析了種群衝擊力特徵，提出以懸臂樑稱重感測器為測量器件，並設計了差動和均值兩種信號處理電路，實現了振動狀態下種群質量的實時監測，測量的非線性誤差小於2.5%和5.5%；提出通過監測種盤底面不同區域的種群質量，平面擬合獲取種群整體分布狀態的方法，不同參數下的擬合面法向量角和轉軸夾角與實際情況的平均誤差小於5%；種群流動過程中的質心位移可以用指數函式表示，流動速度隨振動頻率、振幅和轉角的增加而增大，隨種群層厚的增加而減小。 建立了排種器氣流流道的三維模型，分析了壓差、吸孔直徑、內腔高度對氣流速度和差異性的影響，計算了籽粒在吸種氣流場中的受力，得到吸盤內腔高度大於50mm時，吸盤面板上的吸孔具有均勻的吸種能力，籽粒受力差異小於4%，有利於提高排種器的吸種精度。 採用氣固耦合法分析了吸排種動力學過程，得到吸孔直徑2、2.5mm、負壓差6、4kPa時，籽粒可以被有效吸附，控制合適的吸種位置是提高吸種性能的關鍵環節；籽粒在正壓作用下的排種軌跡存在水平位移，為了保證籽粒準確落入相應的穴孔，排種口與育苗盤距離應控制在15mm以內。 以種群分布擬合面法向量為輸入參數，通過PLC模糊控制種盤振動方向角，可以促進種群在振動種盤內的均勻離散分布。對播種正交試驗結果進行多目標最佳化，得到理想工作參數為：負壓差4.2kPa、吸孔孔徑2.5mm、振動頻率10.4Hz、振幅4.0mm、吸種距離24mm，1-2粒/穴的播種率均超過97.5%，排種器對不同品種超級稻芽種具有很好的適應性。
