








中国农业科技导报 ›› 2022, Vol. 24 ›› Issue (4): 107-115.DOI: 10.13304/j.nykjdb.2020.0975
收稿日期:2020-11-18
接受日期:2021-03-04
出版日期:2022-04-15
发布日期:2022-04-19
通讯作者:
周勇
作者简介:唐楠锐 E-mail:tnr@webmail.hzau.edu.cn;
基金资助:
Nanrui TANG(
), Yong ZHOU(
), Guozhong ZHANG, Fang LIANG, Huibin KE
Received:2020-11-18
Accepted:2021-03-04
Online:2022-04-15
Published:2022-04-19
Contact:
Yong ZHOU
摘要:
针对水稻种子表面粗糙导致的充种区种子流动性差、充种困难问题,设计了一种具有辅助充种搅种的双腔水稻精量穴播排种器。该排种器利用凸于排种盘外的搅种型孔对充种区种子进行扰动,增加种子在充种区的流动性;在搅种型孔首段设置搅种侧板,引导种子流向并辅助充种。EDEM仿真结果表明,该搅种型孔能增加充种区种子流动性,实现辅助充种作用。以破胸露芽的常规稻“广两优100”为研究对象,以搅种型孔深度、排种盘转速和充种区种层高度为试验因素进行三因素三水平正交试验,在JPS-12型排种器性能检测试验台上对该排种器排种性能进行了台架试验,结果表明:当型孔深度7 mm,充种区种层高度50 mm,排种盘转速30 r·min-1时,穴粒数合格指数达到85.7 %,漏播指数为1.8%,穴距合格指数为96.4%,排种器性能最优。该研究可为机械式水稻精量排种器的结构设计与性能优化提供参考。
中图分类号:
唐楠锐, 周勇, 张国忠, 梁方, 柯烩彬. 搅种型孔式水稻穴播排种器的性能模拟与试验[J]. 中国农业科技导报, 2022, 24(4): 107-115.
Nanrui TANG, Yong ZHOU, Guozhong ZHANG, Fang LIANG, Huibin KE. Performance Simulation and Experiment of Stirred and Bunch Rice Seeding Device[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2022, 24(4): 107-115.
图 1 排种器结构注:1—卸种块;2—左右壳体;3—导种管;4—定位支架;5—种箱;6—护种槽;7—排种轴;8—排种盘;9—投种嘴;10—隔种毛刷;11—法兰盘;12—清种毛刷;13—轴套。
Fig. 1 Structure of seed metering deviceNote:1—Unload block; 2—Left and right shell; 3—Seeding tube; 4—Positioning bracket; 5—Seed box; 6—Seed protection area; 7—Seeding shaft; 8—Seeding plate; 9—Seeding mouth; 10—Barrier brush; 11—Flange plate; 12—Cleaning brush; 13—Axle sleeve.
| 项目Items | 泊松比Poisson’s ratio | 剪切模量Shear modulus/Pa | 密度Density/(kg·m-3) |
|---|---|---|---|
| 水稻种子Rice seed | 0.3 | 1.82×108 | 1 125 |
| 外壳shell | 0.5 | 1.77×108 | 1 180 |
| 种刷Brush | 0.4 | 1.00×108 | 1 150 |
表1 材料参数
Table 1 Material parameters
| 项目Items | 泊松比Poisson’s ratio | 剪切模量Shear modulus/Pa | 密度Density/(kg·m-3) |
|---|---|---|---|
| 水稻种子Rice seed | 0.3 | 1.82×108 | 1 125 |
| 外壳shell | 0.5 | 1.77×108 | 1 180 |
| 种刷Brush | 0.4 | 1.00×108 | 1 150 |
| 项目Item | 弹性恢复系数 Coefficient of restitution | 滑动摩擦系数 Coefficient of sliding friction | 滚动摩擦系数 Coefficient of rolling friction |
|---|---|---|---|
| 水稻种子Rice seed | 0.30 | 0.56 | 0.01 |
| 水稻-外壳Rice-shell | 0.50 | 0.50 | 0.01 |
| 种刷-水稻Brush-rice | 0.45 | 0.50 | 0.01 |
表2 材料间接触参数[14]
Table 2 Contact parameter between materials[14]
| 项目Item | 弹性恢复系数 Coefficient of restitution | 滑动摩擦系数 Coefficient of sliding friction | 滚动摩擦系数 Coefficient of rolling friction |
|---|---|---|---|
| 水稻种子Rice seed | 0.30 | 0.56 | 0.01 |
| 水稻-外壳Rice-shell | 0.50 | 0.50 | 0.01 |
| 种刷-水稻Brush-rice | 0.45 | 0.50 | 0.01 |
水平 Level | A:型孔深度 Hole depth/mm | B:排种盘转速 Rotation speed of seeding disc/(r·min-1) | C:种层高度 Seed layer height /mm |
|---|---|---|---|
| 1 | 7.0 | 30 | 50 |
| 2 | 6.8 | 25 | 45 |
| 3 | 6.6 | 20 | 40 |
表3 试验因素和水平
Table 3 Test factor and level
水平 Level | A:型孔深度 Hole depth/mm | B:排种盘转速 Rotation speed of seeding disc/(r·min-1) | C:种层高度 Seed layer height /mm |
|---|---|---|---|
| 1 | 7.0 | 30 | 50 |
| 2 | 6.8 | 25 | 45 |
| 3 | 6.6 | 20 | 40 |
转速 Rotating speed /(r·min-1) | 漏播率 Leak seeding rate/% | 合格率 Pass rate/% | 重播率 Repeat seeding rate/% |
|---|---|---|---|
| 25 | 1.22 | 89.22 | 9.55 |
| 29 | 2.22 | 86.66 | 11.12 |
| 33 | 3.33 | 85.34 | 11.67 |
| 37 | 3.33 | 80.00 | 16.67 |
表4 转速对排种性能的影响
Table 4 Influence of rotational speed on the metering performance
转速 Rotating speed /(r·min-1) | 漏播率 Leak seeding rate/% | 合格率 Pass rate/% | 重播率 Repeat seeding rate/% |
|---|---|---|---|
| 25 | 1.22 | 89.22 | 9.55 |
| 29 | 2.22 | 86.66 | 11.12 |
| 33 | 3.33 | 85.34 | 11.67 |
| 37 | 3.33 | 80.00 | 16.67 |
试验号 Test number | A | B | C | 穴粒合格指数 Qualified rate of the hole number/% | 漏播指数 Seeding omission index/% | 穴距合格指数 Qualified rate of hole spacing/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 1 | 80.0 | 13.3 | 74.3 |
| 2 | 1 | 2 | 3 | 75.8 | 13.6 | 73.8 |
| 3 | 1 | 3 | 2 | 83.0 | 11.0 | 77.8 |
| 4 | 2 | 1 | 3 | 80.6 | 14.9 | 71.2 |
| 5 | 2 | 2 | 2 | 74.6 | 17.5 | 66.1 |
| 6 | 2 | 3 | 1 | 84.9 | 6.8 | 86.1 |
| 7 | 3 | 1 | 2 | 81.5 | 9.2 | 81.3 |
| 8 | 3 | 2 | 1 | 83.9 | 6.5 | 86.9 |
| 9 | 3 | 3 | 3 | 85.7 | 1.8 | 96.4 |
表5 试验方案与结果
Table 5 Test scheme and results
试验号 Test number | A | B | C | 穴粒合格指数 Qualified rate of the hole number/% | 漏播指数 Seeding omission index/% | 穴距合格指数 Qualified rate of hole spacing/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 1 | 80.0 | 13.3 | 74.3 |
| 2 | 1 | 2 | 3 | 75.8 | 13.6 | 73.8 |
| 3 | 1 | 3 | 2 | 83.0 | 11.0 | 77.8 |
| 4 | 2 | 1 | 3 | 80.6 | 14.9 | 71.2 |
| 5 | 2 | 2 | 2 | 74.6 | 17.5 | 66.1 |
| 6 | 2 | 3 | 1 | 84.9 | 6.8 | 86.1 |
| 7 | 3 | 1 | 2 | 81.5 | 9.2 | 81.3 |
| 8 | 3 | 2 | 1 | 83.9 | 6.5 | 86.9 |
| 9 | 3 | 3 | 3 | 85.7 | 1.8 | 96.4 |
试验指标 Test index | 方差来源 Source of Variance | 离差平方和 Sum of squared deviations | 自由度 Degree of freedom | F | P |
|---|---|---|---|---|---|
穴粒合格指数 Qualified rate of the hole number | A | 30.442 | 2 | 3.28 | 0.234 |
| B | 62.842 | 2 | 6.77 | 0.129 | |
| C | 16.442 | 2 | 1.77 | 0.361 | |
| 误差Error | 9.282 | 2 | — | — | |
漏播指数 Seeding omission index | A | 98.749 | 2 | 52.65 | 0.019* |
| B | 74.209 | 2 | 37.97 | 0.026* | |
| C | 21.296 | 2 | 11.35 | 0.081 | |
| 误差Error | 1.876 | 2 | — | — | |
穴距合格指数 Qualified rate of hole spacing | A | 355.709 | 2 | 66.34 | 0.015* |
| B | 249.389 | 2 | 46.51 | 0.021* | |
| C | 87.296 | 2 | 16.28 | 0.058 | |
| 误差Error | 5.362 | 2 | — | — |
表6 方差分析结果
Table 6 Variance analysis result
试验指标 Test index | 方差来源 Source of Variance | 离差平方和 Sum of squared deviations | 自由度 Degree of freedom | F | P |
|---|---|---|---|---|---|
穴粒合格指数 Qualified rate of the hole number | A | 30.442 | 2 | 3.28 | 0.234 |
| B | 62.842 | 2 | 6.77 | 0.129 | |
| C | 16.442 | 2 | 1.77 | 0.361 | |
| 误差Error | 9.282 | 2 | — | — | |
漏播指数 Seeding omission index | A | 98.749 | 2 | 52.65 | 0.019* |
| B | 74.209 | 2 | 37.97 | 0.026* | |
| C | 21.296 | 2 | 11.35 | 0.081 | |
| 误差Error | 1.876 | 2 | — | — | |
穴距合格指数 Qualified rate of hole spacing | A | 355.709 | 2 | 66.34 | 0.015* |
| B | 249.389 | 2 | 46.51 | 0.021* | |
| C | 87.296 | 2 | 16.28 | 0.058 | |
| 误差Error | 5.362 | 2 | — | — |
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