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磁吸式精密排种技术是解决蔬菜花卉等小颗粒种子精密播种难题的一种有效方法。本文针对原电磁铁磁吸式精密排种器体积大、易发热、结构和控制系统复杂、所用包衣种子磁粉含量高等不足,选用体积小、磁场稳定、控制方便的圆柱形永磁体为排种元件,设计了一种新型永磁体磁吸板式精密排种器,运用离散元法仿真分析与物理样机试验研究相结合的方法,开展了如下研究工作:
1、通过分析磁粉包衣种子在排种过程中的运动、受力情况,建立其力学模型,找出影响排种器播种精度的主要影响因素。分析得到在充种过程中,永磁体磁场强度、播种板位置角和种箱移动速度是影响排种器充种性能的主要因素;在携种过程中,永磁体磁场强度、播种板减速阶段的加速度以及播种板翻转角速度是影响排种器携种性能的主要因素。
2、通过对圆柱形永磁体外磁场空间中任一点的磁场强度和梯度计算公式的简化,得到永磁体轴线上任一点的磁场强度和梯度计算公式。利用公式计算出在磁场强度不同的永磁体轴线上一系列点处种子所受的磁吸力,拟合出在不同磁场强度下种子所受磁吸力与气隙高度之间的数学模型,为排种器充种过程的离散元法仿真提供依据。利用离散元软件EDEM的二次开发功能开发了颗粒体力插件来将种子所受磁吸力加载到仿真中。
3、采用离散元法对排种器充种工作过程进行了仿真研究,得到了种箱移动速度、永磁体端面磁场强度和充种位置角对排种器充种性能的影响规律以及各因素最优组合。仿真得出排种器充种性能最优的工作参数组合为充种位置角110°、种箱移动速度0.08m/s、永磁体端面磁场强度150mT;在此工作参数下排种器充种精度最高:单播率为89.57%、重播率为7.86%、漏播率为2.57%。
4、研制了永磁体磁吸板式精密排种器样机一台。采用单因素试验法,以铁粉含量为10%的磁粉包衣种子为试验对象,进行了排种器充种性能和整机性能台架试验研究。通过排种器充种性能的试验研究,所得试验结果与仿真结果趋势一致,证明了仿真结果的正确性,以及应用离散元法研究磁吸式精密排种器的可行性。通过排种器整机性能的试验研究,结果表明排种器在充种位置角为110°、种箱移动速度为0.08m/s、永磁体端面磁场强度为150mT以及翻转角速度为0.52Rad/s的最优工作参数组合时的单播率可达90%,能够满足精密播种的精度和效率要求。
本文通过对磁吸板式精密排种器进行理论分析、仿真分析和试验研究得出了影响排种器性能的基本规律,为排种器参数的优化提供了理论依据,为磁吸板式精密排种器实际应用打下了基础。