三七是中国名贵中药材,其种植仍主要采用手工点播完成。我国三七播种机械化处于起步阶段,现有的机械式精密播种机,伤种问题严重,限制了三七产业的发展。本课题针对机械式播种机伤种问题,设计了气吸针式三七精密排种器,通过前期查阅文献资料确定了排种器的结构与基本参数。将研制的排种器在台架试验台上进行排种性能试验,根据试验结果对排种器进行改进,在充种环节对种箱施加振动条件,利用离散元法模拟种箱振动情况,并通过三因素二次旋转正交组合试验验证模拟仿真结果的可靠性。主要研究内容如下:(1)以三七种子的机械物理特性和农艺种植要求为依据,设计排种器的关键部件,利用无急回特性的曲柄摇杆作为排种器的摆动机构,通过作图法对凸轮的轮廓曲线进行设计,采用FLUENT软件模拟不同类型气针内部流场,为选取最优类型气针提供参考。(2)为验证气吸针式排种器的排种性能,对排种器转速、吸种负压、吸孔直径分别进行单因素试验,得出以上因素的较优取值范围。通过三因素四水平的正交试验,以合格指数、漏播指数、重播指数作为检验排种性能的指标,最终确定影响试验因素的主次顺序,依次为吸种负压、排种器转速、吸孔直径。针对试验结果进行处理,采用Design-Expert8.0.6软件计算分析,对参数组合优化,在排种器转速为75r/min、吸种负压为1250Pa、吸孔直径为4mm时,此时排种合格指数为90.7%,漏播指数为8.6%,重播指数为0.7%。(3)为提高排种器的充种性能,在种箱外部施加振动条件,使种群内部出现“沸腾”现象以便于充种。基于离散元方法,使用EDEM软件建立三七种子模型以及颗粒工厂模型,对种箱在水平方向与垂直方向分别模拟振动状态,观察在不同方向上施加的振动频率与振动幅度对种群的扰动影响,根据仿真结果的种间平均法向应力方差,得出在垂直方向上施加振动对种群的离散程度比在水平方向上施加的效果更好,有利于提高排种器的充种性能。(4)为验证模拟仿真结果的可靠性,对排种器进行充种性能试验,以振动频率、振动幅度和种层高度为试验因素,以合格指数、漏播指数以及重播指数为试验指标。采用三因素五水平二次旋转正交组合试验方法,通过Design-Expert8.0.6软件计算得出响应曲面,对试验因素与试验指标建立回归数学模型,分析得到试验因素对试验指标的影响规律。试验结果表明:在振动频率为115Hz时,振动幅度为1.5-2mm,种层高度为45-50mm时,可获得合格指数大于93%,漏播指数小于6%,重播指数小于1%,通过对试验结果进行验证试验,所得试验结果显示与优化结果基本一致。所得结论可以为后续开展研制气吸针式三七精密播种机械,提供理论基础与关键参数依据。