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中国蔬菜生产和消费水平居世界首位,以胡萝卜、白菜及甘蓝等为代表的典型蔬菜种子具有粒径小、易破损、质量轻等物理性质,严重制约了蔬菜播种技术的发展。小粒径蔬菜种子精量播种是蔬菜全程机械化生产的关键环节,因各地种植模式差异,机械推广和发展不均衡,导致蔬菜精量播种环节关键技术亟待突破解决。蔬菜精量排种器作为播种装置的核心部件,对蔬菜精量播种技术发展具有重要作用。针对目前小粒径蔬菜种子精量排种器存在通用性差、结构复杂、播种合格指数低等问题,通过市场调研与文献查阅,将理论分析、机械设计、离散元仿真、试验样机试制、台架试验与田间试验等多种方法相结合,开展舀勺式小粒径蔬菜种子精量排种器机理分析与试验研究,旨在研制一种通用性好、播种精度高的小粒径蔬菜种子精量排种器,为蔬菜精量播种机具研发及关键部件的创新设计提供技术支撑和理论参考。研究主要内容与结论如下:(1)典型小粒径蔬菜种子物料特性测定研究以东北地区广泛种植的3种蔬菜种子(胡萝卜、白菜及甘蓝)为研究对象,分别进行了物料特性研究,测定其基本物理特性(三轴尺寸、千粒重、密度和含水率),自主搭建农业物料力学特性测定试验装置,测定分析了3种蔬菜种子相关摩擦特性(静摩擦系数、内摩擦角、自然休止角)和力学参数(刚度系数、弹性模量、碰撞恢复系数),并以白菜种子为例进行自然休止角虚拟标定,验证3种蔬菜种子测定参数的有效性。3种蔬菜种子物理参数测定为精量排种器关键部件结构参数优化设计提供基础数据,同时为排种器各工作环节理论分析与仿真试验提供理论依据。(2)舀勺式小粒径蔬菜种子精量排种器理论分析与结构设计以舀勺式小粒径蔬菜种子精量排种器为研究载体,对其整体结构与关键部件结构进行阐述与理论分析。基于典型小粒径蔬菜种子物理参数测定研究,依据精量排种器舀取充种、平稳护种与精准投种等多道作业工序要求,研制了一种舀勺式小粒径蔬菜种子精量排种器,阐述分析了排种器总体结构与作业机理,对取种舀勺、导控机构、动力驱动机构、导种机构与种箱的结构参数进行理论分析与结构设计,通过分析排种器充种、护种、投种系列紧联作业过程,探究了精量排种的作业机理,为排种器进行虚拟仿真试验、样机试制、台架试验与田间试验奠定基础。(3)排种器作业性能数值模拟研究对蔬菜精量排种器充种过程进行理论分析,得到影响排种器充种性能的关键因素为工作转速、排种倾斜角度及种子物料特性。依据3种不同类型的小粒径蔬菜种子物理参数,建立蔬菜种子离散元模型,以及排种器模型,开展以工作转速为单因素进行虚拟仿真试验,借助离散元软件EDEM分析排种性能,解析充种过程蔬菜种子运动规律,探究引起重播、漏播现象的原因,并进行矩形式、圆弧式和最速降线式取种舀勺的虚拟仿真试验对比研究,结果表明:排种性能随工作转速增大呈先增大后减小趋势,其中最速降线式取种舀勺排种性能最优。当工作转速为26r/min时,对白菜种子、甘蓝种子和胡萝卜种子合格指数分别为90.82%、87.15%、86.04%,由此为排种器关键部件优化设计及试制、台架试验与田间试验提供参考。(4)排种器台架性能试验研究为探究蔬菜精量排种器结构和工作参数对排种性能的影响,以工作转速和排种倾角为试验因素,粒距合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,进行单因素试验,寻求各因素对排种指标的影响规律。经分析可知,排种性能随工作转速和排种倾角增大均呈先增大后降低趋势。为探究工作转速和排种倾角两因素间交互作用对指标影响规律,进行二次正交旋转组合设计试验,并对多目标变量进行优化试验。结果表明,当工作转速和排种倾角分别为25r/min和34°时,蔬菜精量排种器性能最优,其合格指数、重播指数和漏播指数分别为93.52%、4.92%、1.56%。为探究小粒径蔬菜种子精量排种器的适应性能,选取3种不同类型的小粒径蔬菜种子为供试品种开展台架适播试验,以播种粒距合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行测试。结果表明,试验合格指数与虚拟仿真试验合格指数最大误差为7.72%,排种性能较优,对3种类型的小粒径蔬菜种子适应性较强。考虑田间作业机具存在振动,影响播种性能,开展台架振动适应性试验研究,设定振动幅度为1～10mm和振动频率为1～10Hz试验工况下进行试验。结果表明,排种性能随振动幅度及振动频率的增加均呈先增加后降低,总体均满足蔬菜精量播种农艺要求。(5)精量播种装置配置与田间性能试验研究根据小粒径蔬菜种子精量播种农艺要求,配置设计机架机构、开沟器、覆土器及镇压轮等关键部件,集成舀勺式小粒径蔬菜种子精量播种装置,可一次性完成开沟、播种、覆土、镇压等多道作业工序。为进一步探究排种器在田间作业机能及播种装置的稳定性与可靠性,以胡萝卜种子、白菜种子和甘蓝种子为供试材料,调整排种器转速和排种倾角分别为25r/min和34°进行田间性能试验,播种粒距合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,变异系数为播种均匀性指标,检验排种器的播种性能和适应性。结果表明,各项性能指标精量播种农艺要求,均优于国家标准,具有较好作业质量及适应性能。