排种器是影响播种机播种精度、均匀性和种子出苗率的核心部件,气吸式排种器具有对种子形状大小要求不严、易实现单粒点播、伤种率低、通用性好等优点,成为国内外精密播种技术发展的主要方向之一。气吸盘式排种器主要由吸盘和振动种盘组成,种群在振动种盘内的运动是影响排种器吸种精度的重要因素,为了解决种群均匀离散的难题,本文设计了一种新型多自由度振动种盘,进行了机构的运动学分析和优化设计,结合EDEM技术开展了种群在多自由度振动种盘内的运动规律和分布状态实时监测技术研究,主要工作包括以下几个方面:1、3自由度振动种盘机构设计。采用单一往复垂直振动的种盘激励种群,容易出现种群分布不均匀现象,为了改善种群在排种过程中的分布均匀性,设计了一种通过四组步进电机并联驱动实现垂直振动和两自由度水平转动的3自由度振动种盘,并通过Adams仿真进行振动种盘机构运动学验证。2、振动状态下种群质量监测方法。将振动种盘划分出一个60×60mm的监测区域,在监测区域安装监测板并在监测板底部安装悬臂梁压力传感器;采用悬臂梁式压力传感器测量种群对监测板的冲击力信号,通过分析传感器输出的冲击力信号特点,设计了2种输出信号处理电路,并对监测性能进行标定分析,得出种群质量与输出电压的线性关系,实现了在种盘振动状态下种群质量的实时测量。3、种群振动流动运动规律研究。由于外界干扰等因素的影响,种盘在振动过程中发生小角度倾斜,造成种群在种盘内流动。采用EDEM仿真方法分析在不同振动参数和种群层厚下种群的流动特性,并通过种群质心运动来表征种群的流动速度,试验结果表明:种群质心位移可以用指数函数表示,种群流动速度随种盘振动频率、振幅和振动种盘转角的增加而增大,随种群层厚的增加而减小。在多自由度振动种盘上进行种群流动运动验证试验,结果表明:种群实际流动运动规律与仿真结果基本吻合。4、种群振动离散运动规律研究。通过对种盘施加振动促使种群相互离散是提高排种器吸种精度的重要技术手段,采用EDEM仿真方法研究种盘振动频率、振幅和种群层厚对种群离散运动的影响,结果表明:种群离散程度随种盘振动频率和振幅增加而增加,离散状态稳定性随之降低;随着种群层厚的增加,种群离散程度总体呈现减小趋势。5、种群在振动种盘内分布状态监测方法的研究。根据种群在振动种盘内的运动规律,提出种群在振动种盘内分布状态监测方法,即利用4个对称安装在振动种盘底面的悬臂梁压力传感器监测4个区域的种群质量,根据4个区域的种群质量变化来描述种群总体分布状态。采用EDEM仿真研究在不同种群层厚和转动角度下种群分布状态,得出种群实际分布状态与所提出的监测方法获得的种群分布拟合平面法向量与z轴夹角α的平均相对误差不超过5%,并通过台架试验验证了种群分布状态监测方法的可行性。