【摘 要】
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玉米是世界上种植范围最广的作物,因其具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性和环境适应性被广泛种植于全国不同地区。然而因坡耕地具有作业难度高、保墒能力差、不适用于大型农具作业等特点,严重制约了中国精量播种技术的发展。在东北坡耕地占总耕地面积60%以上,其中玉米作为坡耕地的主要作物,其作业质量直接影响着中国粮食安全,因此保证坡耕地工况下玉米播种质量具有重要意义。精密播种技术因其具有节种、株距行距均匀、免间
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:31901414,名称:典型非规则形态种子精量排种系统单粒均匀有序运移及自由度约束控制机理研究）； 黑龙江省博士后科学基金项目（编号:LBH-Z19007）； 东北农业大学“青年才俊”项目（编号:19QC41）；
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玉米是世界上种植范围最广的作物,因其具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性和环境适应性被广泛种植于全国不同地区。然而因坡耕地具有作业难度高、保墒能力差、不适用于大型农具作业等特点,严重制约了中国精量播种技术的发展。在东北坡耕地占总耕地面积60%以上,其中玉米作为坡耕地的主要作物,其作业质量直接影响着中国粮食安全,因此保证坡耕地工况下玉米播种质量具有重要意义。精密播种技术因其具有节种、株距行距均匀、免间苗等优点,被广泛应用于播种作业中。目前,气力式排种器因其结构复杂、需搭配风机和大型农机具等特点,所以不适于工作在地势起伏的坡耕地上。机械式排种器因其结构简单,可靠性较高,可配套于中小型农机具作业的特点,成为在坡耕地应用最广泛的排种器。但机械式排种器存在播种质量差,漏播、伤种严重等缺点,严重制约了精密播种技术的发展。在此背景下,本研究针对坡耕地播种的特殊工况要求,结合国内外先进精量播种技术及鸭嘴式排种器结构展开研究,主要对鸭嘴式排种器排种、导种及扎穴过程进行分析,优化设计了一种满足坡耕地农艺要求且可有效提高播种质量的排种器,该研究可为玉米精量排种器提供借鉴,丰富了玉米精量排种器形式,有效提高了中国玉米机械化水平。主要内容如下:（1）排种器原理分析与优化设计结合鸭嘴式玉米排种器结构特点以及存在问题,采用重力充种、探种补种、稳定导种及精量投种等方式,优化设计了一种适用于坡耕条件的鸭嘴式玉米精量排种器。阐述了其整体结构及工作原理,根据玉米种子物料特性结合动能定理等方法优化设计了窝眼辊,间歇同步充补装置和直角导种部件等关键部件,其主要结构参数包括:摇杆旋转中心点p坐标（60mm,40mm）、摇杆端角λ为17.2°、回位弹簧极限作用力Fx为41.8N、直角导种部件与内径夹角θ为110°。利用Solidworks2019建模软件绘制排种器模型,为后续排种器性能仿真、数值模拟分析、样机加工和台架试验研究提供基础。（2）基于ADAMS-DEM排种器性能数值模拟仿真分析结合ADAMS-DEM耦合仿真与单因素试验研究,开展扎穴性能和排种性能数值模拟仿真研究。通过三维扫描方式建立玉米种子离散元模型。运用离散元软件EDEM和动力学仿真软件ADAMS进行数值模拟耦合仿真分析,探明了排种过程中产生漏播、重播的主要原因。并对扎穴过程中土壤运动形式及鸭嘴摇杆受力进行分析,确定了最佳鸭嘴摇杆弯角为120°,提高了排种及扎穴性能。（3）玉米间歇同步充补鸭嘴式精量排种器台架性能试验研究为验证排种器设计的合理性以及仿真的准确性,得到较优工作参数,试制加工玉米间歇同步充补鸭嘴式精量排种器样机,利用排种器性能检测试验台进行台架试验研究。选取作业速度、作业坡角、回位弹簧预紧力为试验因素,排种合格指数及株距变异系数为评价指标,开展单因素及多因素试验,运用Design-Expert8.0.6数据分析软件处理试验结果。选取普通鸭嘴式排种器进行对比试验,验证优化结果准确性。试验结果表明,当机具作业速度为1m/s,弹簧预紧力为15.6N（型号T4,丝径为1mm,中径为7mm,原长为25mm）,作业坡角为12°时,所设计的玉米间歇同步充补鸭嘴式精量排种器排种性能较优,合格指数为98.7%,变异系数为10.2%,较传统鸭嘴式精量排种器相比合格指数提高了9.5个百分点,变异系数降低2.4个百分点。
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