水稻芽種排種器充種和投種過程的計算機仿真分析.pdf

1、水稻是世界上重要的糧食作物。全世界水稻播種面積約占谷物總面積的23％，稻谷總產(chǎn)量約占谷物總產(chǎn)29％；水稻也是我國最主要的糧食作物之一，根據(jù)國家糧油信息中心的有關(guān)資料：我國2004年稻谷播種面積約為2823萬公頃，稻谷總產(chǎn)量約為1770億公斤，平均單產(chǎn)為6300公斤/公頃(即420公斤/畝)，遠高于目前世界水稻平均畝產(chǎn)量193公斤的水平。進一步提高我國水稻的單產(chǎn)及總產(chǎn)量將對全球水稻生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展和世界糧食的安全問題，具有十分重要的意義。

2、 提高水稻單產(chǎn)的一項重要措施是提高水稻種植機械化水平，即采用先進的種植技術(shù)。水稻種植機械化包含水稻育秧栽植機械化和直播機械化兩種方式。從提高勞動生產(chǎn)率、土地生產(chǎn)率、節(jié)約成本、節(jié)水、提高水稻生產(chǎn)全程機械化來考慮，水稻直播是較理想的種植技術(shù)。在水稻直播生產(chǎn)中，發(fā)展較快的是水稻芽谷直播技術(shù)，它有許多優(yōu)點：①種子發(fā)芽后，提高了抵御低溫的能力，芽播成活率比非芽播高，并且減少了在土壤中的吸水過程，可早出苗；②經(jīng)過發(fā)芽過程，可挑出壞種子，出苗率

3、高；③芽播可以縮短生長期，減少栽植前育苗、栽植后緩苗的過程，降低了成本。由此可見，水稻直播是一種簡單的種植方式，投資少，效益高，操作方便，大大減輕勞動強度，它是對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大改革，其發(fā)展具有廣闊的前景。 精密播種是指作物的種子按農(nóng)藝要求所規(guī)定的行距、粒距、播種深度、以單粒準(zhǔn)確地播入土壤中。精密播種是提高糧食單產(chǎn)的一項現(xiàn)代化綜合性技術(shù)措施。精密排種器是精密播種機的關(guān)鍵部件，其作用是把種室內(nèi)的種子按設(shè)計要求定時、單粒排出，衡量

4、其性能高低的一個重要指標(biāo)是播種均勻性。精密排種器按排種原理分為機械式和氣力式兩大類，氣力式排種器對種子幾何尺寸要求不嚴、不需要精選分級，易實現(xiàn)單粒點播，可快速更換排種元件以適應(yīng)不同的作物、適應(yīng)較高的作業(yè)速度且種子損傷率小的特點，是高速排種器的發(fā)展方向。 氣吸式排種器是一種先進的排種裝置，以其特有的優(yōu)勢，被國內(nèi)外廣泛采用。主要用于播種中耕作物，而用于水稻芽播則很少見報導(dǎo)。本文針對垂直圓盤氣吸式排種器的充種和投種過程進行了大量的研究

5、。 首先，建立了對排種器進行性能檢測的試驗裝置，主要包括PSJ型排種器性能實驗機、水稻芽播精密排種器、氣力系統(tǒng)、壓力監(jiān)測板等等。 其次，介紹了試驗用垂直圓盤氣吸式排種器的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理；依照工作方式，將排種器劃分為的充種區(qū)、攜種區(qū)和投種區(qū)，對在各個區(qū)域中被吸附種子的受力情況進行了動力學(xué)分析，提出吸孔吸附種子的條件，并由此推導(dǎo)出種子能被吸附并隨之運動的臨界真空度的大小。根據(jù)種子在不同區(qū)域的受力分析結(jié)果，認為影響水稻芽

6、播氣吸式排種器工作性能的因素主要有吸室真空度、排種盤上吸孔的孔徑、孔數(shù)、排種盤轉(zhuǎn)速、水稻芽種的物料特性等。 本文利用流體工程仿真軟件FLUENT對水稻芽播精密排種器的充種過程和投種過程進行了模擬仿真分析，對如何利用FLUENT軟件建模、網(wǎng)格劃分和設(shè)置邊界條件等進行了詳盡的描述，并對數(shù)值模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比，吻合較好，驗證了數(shù)值模擬的可行性。數(shù)值分析結(jié)果表明，運用FLUENT軟件可有效的模擬吸室內(nèi)的流場，模擬種子運動軌跡，并可得

7、到吸室速度場、壓力場及種子的運動軌跡和速度的分布情況等，即獲得用試驗方法所不能得到的流場細節(jié)信息，這將有助于排種器性能分析，為優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 為了改善水稻垂直圓盤氣吸式排種器的排種性能，找到影響其排種均勻性的因素，在試驗中采用了高速攝像技術(shù)監(jiān)測排種器的投種過程。通過分析高速攝像技術(shù)采集到的投種過程圖片，觀察到種子被吸種孔吸附時的三種姿態(tài)，并得到在各種姿態(tài)下的種子運動軌跡；對投種過程進行了運動學(xué)分析，分析結(jié)果表明，由于投種