马铃薯播种机分体式滑刀开沟器参数优化与试验

针对马铃薯播种机的铧靴式和圆盘式开沟器存在的种薯株距分布不均、播种效果质量差、回土量小等问题,研制出分体式滑刀马铃薯开沟器,并进行关键参数优化,分析开沟和回土过程中土壤颗粒在开沟器上的运动规律,研究种薯落入垄沟后的运动过程,确定影响土壤覆盖种薯效果的因素。采用旋转正交的试验设计方法,以机具前进速度、开沟器侧面夹角、开沟器长度及开沟深度为试验因素,以种薯的横向偏移系数、株距变异系数和回土量为试验指标,分析实施田间试验结果,优化分体式滑刀开沟器的结构参数与最优运动参数:在前进速度为0.95 m/s、开沟器侧面夹角为60°、开沟器长度为500 mm、开沟深度为115 mm时,株距变异系数为10.8%、种薯的横向偏移系数为3.83 mm、回土量为24.1%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究结果可为马铃薯开沟播种装置设计与应用提供参考。     

玉米纸筒苗移栽机运动轨迹分析与性能试验

针对中国玉米苗移栽过程中普遍存在人工劳动强度大、移栽效率低以及移栽钵苗成本高、裸根苗不易成活等问题,采用纸筒育苗方式培育玉米苗,根据纸筒玉米苗的特点研制出一种新型纸筒玉米苗移栽机。通过对纸筒苗在栽植机构中的运动过程和运动轨迹的理论分析,确定了栽植机构关键结构和工作参数,即栽植盘角速度w=7 rad/s、栽植盘中心到纸筒苗质心的距离L=275 mm、纸筒苗随栽植盘转过的角度α=80°。进行了田间试验,通过测取苗株直立度、株距和栽植深度并计算这3个指标的合格率来评价整机作业性能。试验结果表明:当移栽机前进速度为5 km/h、理论株距为200 mm时,苗株直立度合格率为91%,株距合格率为92.6%,栽植深度合格率为79.3%,能够满足玉米苗移栽的农艺要求;栽植深度变异系数为7.4%,表明该机具有良好的栽植深度一致性。该研究可为纸筒苗移栽机的设计提供参考。     

旱地蔬菜钵苗自动移栽机栽植性能试验

为了提高蔬菜苗机械化移栽作业效率,实现旱地蔬菜钵体苗移栽自动化,研制了旱地蔬菜钵苗自动移栽机,主要由椭圆-不完全非圆齿轮行星系旋转式取苗机构、横向纵向间歇送苗机构、偏心圆盘吊杯式栽植器、动力传递系统等组成。为了获得该机的作业性能,以苗龄35 d的钵体番茄苗为移栽对象,分别在栽植频率45、60、75、84株/min时进行低速移栽试验,以96株/min的栽植频率进行高速移栽试验,按照机械行业标准JB/T 10291-2013《旱地栽植机械》测定了株距变异系数、漏栽率、栽植深度合格率、栽植合格率,参照农业行业标准NY/T 1924-2010《油菜移栽机质量评价技术规范》测定了直立度合格率。田间试验结果表明,在栽植频率为45~96株/min范围内,株距变异系数、漏栽率随栽植频率增加而略有增大,其平均值分别为6.6%~8.9%、1.7%~2.8%,栽植深度合格率、直立度合格率、栽植合格率随栽植频率增加略有下降,其平均值分别为97.5%~98.9%、96.7%~97.8%、91.1%~94.7%,株距变异系数、漏栽率、栽植深度合格率、栽植合格率均达到机械行业标准要求,直立度合格率也达到农业行业标准中的规定值。旱地蔬菜钵苗自动移栽机送苗机构、取苗机构、栽植器、整机行走配合协调,能够自动完成送苗、取苗、植苗、覆土等钵苗体移栽工序,作业性能良好。     

夹茎式非圆齿轮玉米钵苗移栽机构设计与试验

为了更好地满足玉米钵苗机械化移栽的要求，该研究提出了一种夹茎式非圆齿轮五杆玉米钵苗移栽机构。以玉米钵苗为对象，分析了钵苗的物理力学特性，为移栽机构的设计提供理论依据；分析了非圆齿轮五杆机构的工作原理，建立了机构的运动学模型；建立了精确四位姿非圆齿轮五杆机构的数学模型；结合玉米钵苗的物理力学特性和移栽农艺要求，确定了移栽机构设计的优化目标；基于Matlab平台编写了辅助优化设计软件并优化出一组合适的机构参数；对非圆齿轮五杆玉米钵苗移栽机构进行了三维结构设计、仿真分析和试验验证。结果表明：移栽机构实际轨迹、仿真轨迹和理论设计轨迹基本一致；台架试验在移栽株距为300mm，频率60株/min时，取苗成功率为95.04%，栽植合格率为90.08%；移栽株距符合要求，钵苗直立度高，移栽效果好，满足玉米钵苗的移栽要求，验证了所提理论方法的正确性和移栽机构的可行性。     

基于离散元法的免耕深施肥分段式玉米播种开沟器研制

针对东北垄作深施肥免耕播种机上开沟器播种深度均匀性差、工作阻力大、土壤扰动大的问题,该研究利用离散元软件(EDEM 2.7)仿真分析不同类型破茬刀-施肥铲装置对土壤的作用机理,设计了一种分段式玉米播种开沟器。首先建立土壤-玉米根系-玉米秸秆离散元仿真模型,然后进行不同类型破茬刀-施肥铲装置离散元仿真试验,以回落土壤最大合外力的位置和方向为依据设计开沟器入土部分曲线,同时结合滑切原理设计开沟器未入土部分斜刃,最后根据土壤回落距离确定施肥铲和开沟器间距为374 mm。田间对比试验结果表明,分段式开沟器比尖角式开沟器、滑刀式开沟器、双圆盘式开沟器的播深变异系数分别降低了14.24%、27.31%、33.63%;工作阻力分别降低了27.56%、16.93%、1.23%;土壤扰动面积分别降低了11.67%、28.34%、49.34%。分段式开沟器播种深度均匀性高、工作阻力小、土壤扰动小,具有较优的作业效果。     

收获开沟埋草一体机双圆盘开沟机构设计与参数优化

为提高己研制的稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机免耕播种时的开沟播种质量,设计双圆盘开沟机构与一体机相结合.为获取影响双圆盘开沟机构作业质量因素的最优参数,以机器前进速度、开沟器入土深度、开沟器排种管固定装置固定孔中心点至排种管出口中心点横向距离为试验因素,以种子入沟率、各行播种量稳定性变异系数、播种均匀性变异系数为试验指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验.试验结果表明:各试验因素对于种子入沟率与各行播种量稳定性变异系数影响程度从大到小皆依次是:固定孔横向距离、开沟器入土深度、机器前进速度;各试验因素对于播种均匀性变异系数的影响程度从大到小依次是:机器前进速度、开沟器入土深度、固定孔横向距离.优化所得双圆盘开沟机构开沟播种作业最佳参数组合为机器前进速度为0.46 m/s;开沟器入土深度为3.25 cm;固定孔横向距离为16.16 mm,验证试验表明各指标试验结果与理论优化结果相对误差均小于4％,验证了所建模型与优化参数的合理性.     

行星轮系滑道式钵苗栽植机构设计与参数优化

直立度是钵苗移栽作业质量的重要评价指标,目前存在栽植机构容易造成钵苗倾斜影响栽植直立度下降,导致钵苗成活率降低的问题,针对这一问题,该文结合钵苗种植的农艺要求,以番茄钵苗物理特性为依据,提出了栽植机构的设计要求,设计了一种行星轮系滑道式栽植机构。该机构通过行星轮系和滑道的配合,以打穴放苗的方式完成钵苗栽植,并对该机构的作业过程进行分析,建立了机构的运动学模型。基于Matlab编写了栽植机构辅助分析优化软件,对机构的栽植轨迹和结构参数进行优化,得到了一组满足钵苗栽植农艺要求的最优结构参数组合:太阳轮半径R0=20 mm、中间轮半径R1=15 mm、行星轮半径R2=10 mm、连杆BC的长度L1=100 mm、栽植臂上DC杆的长度L2=150 mm、栽植臂上CF杆的长度L3=80 mm、栽植器FG的长度L4=140 mm、滑道DE上E点到坐标原点O的距离L5=100 mm、行星架OB的初始安装角α0=45°、连杆BC与X轴方向上的夹角α1=148°、栽植臂上杆DC与杆CF的夹角β=176°、滑道DE与X轴方向上的夹角θ=108°。在此组合下,完成了对栽植机构的结构设计和虚拟装配,并导入ADAMS中进行机构的虚拟运动和仿真分析,验证了机构设计的合理性和准确性。依据优化所得参数生产了物理样机,并以钵苗直立度为主要检测指标进行了田间试验。试验结果表明:在机组前进速度450 mm/s,栽植频率74株/min时,钵苗移栽直立度较高,优良率为94%,满足栽植性能要求。研究结果可为蔬菜钵苗移栽机栽植机构的设计提供参考。     

凸轮摆杆式栽植机构运动分析及性能试验

该文针对钵苗栽植机构栽植直立度低的问题,设计一套凸轮摆杆式栽植机构。建立了栽植机构的运动学模型,得到机构栽植器栽植轨迹、栽植速度和栽植加速度方程。基于MATLAB/GUI开发了应用于栽植机构运动分析的图形交互界面,分析了栽植机构曲柄CD长度与初始相位角、摆杆OA长度与初始相位角以及平行杆AG长度对栽植轨迹的影响,并通过正交试验方法对移栽结构参数进行优化。根据优化所得参数加工出试验样机,以钵苗直立度为主要检测指标对该试验样机进行田间试验。试验表明:该栽植机构能够在0.556 m/s的工作速度和栽植频率60.7株/min条件下较好地满足钵苗农艺栽植要求,钵苗栽植直立度优良率为95%且其变异系数为2.03%,倒伏率为1.67%,栽植株距误差率为0.22%,无缺苗和漏栽现象。由此表明所设计栽植机构在高栽植效率的条件下,仍具有良好的栽植性能,所涉及的研究方法和试验结果可为后期样机的设计提供参考依据。     

基于钵苗运动动力学模型的鸭嘴式移栽机结构优化

为了探究鸭嘴式移栽机因栽植速度提升,导致钵苗倒伏率和漏栽率升高的根本原因,该文试制了纯透明有机玻璃质的鸭嘴式栽植器,并采用高速摄像对钵苗从导苗筒下落至栽植器底部的运动过程进行了试验研究。根据研究结果将钵苗在鸭嘴栽植器内的运动过程分为6个运动阶段,并建立了各运动阶段的动力学模型,得到了钵苗下落过程中与鸭嘴栽植器间的运动受力方程。选取苗龄为40 d,基质成分为草炭:蛭石:珍珠岩=3∶1∶2,钵苗土钵含水率为55%的辣椒钵苗为研究分析及试验对象,以钵苗栽植运动时间为优化目标,对钵苗运动过程动力学模型进行优化,得出了栽植器最佳初始位置及结构参数为:钵苗下落初始位置为(40 mm,350 mm),鸭嘴栽植器上苗杯壁面与竖直面间的夹角为40°,栽植器鸭嘴部分倾角为82°;栽植机构最高转速不超过80 r/min,栽植器初始相位角为25°。通过高速摄像试验对钵苗在改进后栽植器中的运动时间进行了分析,得出钵苗从开始下落至离开栽植器的时间与理论时间基本吻合,且在栽植器运动至栽植位置前钵苗已落至栽植器底部,验证了理论模型的正确性以及参数优化的合理性。该研究可为鸭嘴式移栽机高速栽植转速和结构设计提供参考。     

甘薯横向水平复式移栽机栽苗装置设计及试验

针对目前市场上缺少甘薯横向水平移栽机的问题，该研究根据横向水平栽插法移栽甘薯苗的农艺要求，设计了甘薯横向水平复式移栽机的栽苗装置。首先，通过理论分析栽苗装置栽插运动，确定影响甘薯苗移栽质量的主要因素为机器前进速度、链条速度、入土深度及栽苗爪高度等。再基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立栽苗装置-柔性甘薯苗-薯垄耦合作用模型，模拟栽苗作业过程，确定栽苗爪运功轨迹为短摆线，栽苗爪高度为50 mm，确定甘薯苗最终位姿和甘薯垄形态符合甘薯水平栽植农艺要求。最后采用Box-Behnken试验设计方法，以机器前进速度、链条前进速度和入土深度为试验因素，以栽植深度合格率、栽植株距合格率、移栽效率为评价指标，进行了响应面试验，构建优化模型。试验确定移栽机最优工作参数组合为：机器前进速度0.4 m/s，链条前进速度0.2 m/s，入土深度46 mm。该参数组合下栽植深度合格率为92%，栽植株距合格率为92%，移栽效率为263株/min。研究结果可为甘薯横向水平移栽机设计及优化提供参考。     

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。     

甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验

为解决机械化倾斜移栽甘草苗,设计甘草倾斜移栽机,融合甘草移栽的农艺要求,提出一种针对甘草秧苗倾斜移栽开沟器。建立了开沟器结构参数、工作参数与倾斜V型断面沟倾斜角度、沟底长度间的数学模型,通过改变开沟器切角、开沟器翼板间距、土壤休止角、开沟器速度、开沟器作业深度等因素对所设计的开沟器进行多因素正交设计。试验结果表明:所建数学模型可用于实现特定要求的倾斜V型断面沟的开沟器参数设计,理论和试验结果误差小于4%。在倾斜移栽角度30°农艺条件下,当滞后投苗系数小于1时,甘草秧苗的角度随滞后投苗系数的减小而减小,随开沟器速度的增大而减小;当滞后投苗系数大于等于1时,甘草秧苗的倾斜角度在28°~31°之间波动,开沟器具有稳定的工作性能。该研究可为甘草倾斜移栽机的设计提供参考。     

矮砧密植苹果树连续开沟定距栽植机研制

针对现有果树栽植劳动强度大、株距控制精度低的现状,该文开展了基于标准化栽培模式的农机农艺融合技术研究,设计了矮砧密植苹果栽植机,解决了果树幼苗栽植作业中存在的机械化关键技术难题:连续宽深开沟、果苗直立栽植、株距精确控制。采用V型双圆盘开沟器实现连续宽深开沟;通过人工辅助喂苗、栅杆定位装置辅助定位、夹持输送装置扶苗、刮板式覆土器回土及橡胶镇压轮压实土壤等系列环节,完成果苗直立栽植;定距栽植控制装置通过光电传感器感应前一棵树苗位置后启动下一棵树苗夹持运行并完成栽植,实现了株距的精确控制。该机开沟深度为0～40 cm可调,开沟宽度为30～37 cm,作业速度为0.8～1.5 km/h。田间试验结果表明:该机工作稳定,栽植效果良好,平均栽植合格率为93.79%,平均栽植深度合格率为91.43%,平均株距变异系数为5.03%,栽植效率720株/h,是人工栽植效率的36倍,满足现代标准果园机械化生产要求。种植环节机械化的实现,可为后续管理环节及收获环节的机械化提供可行性保障。     

仿形滑刀式开沟器设计与试验

为了改善种床质量、提高播种分布直线性及播深一致性,通过"V"形种沟成因分析,设计了一种适用于大豆垄上双行种植模式的仿形滑刀式开沟器。该开沟器具有滑刀和仿形压土轮机构,可实现开沟、压沟和仿形功能,进而构建底部紧实、覆盖土壤松软的优良种床。通过土槽试验,以回土量为指标,采用响应面优化法分析得出最优参数组合,即载荷大小为689.66 N,开沟角度为40.43°,前进速度为2.12 m/s,开沟深度为51.62 mm。在最优工况下进行田间验对比试验,仿形滑刀式开沟器、双V型筑沟器、圆盘开沟器的横向偏移离散度分别为4.42、4.34、6.55,播深变异系数分别为6.06%、6.80%、11.52%,在50~75 mm土层开沟镇压后土壤紧实度分别为0.261、0.248、0.165 MPa,仿形滑刀式开沟器作业效果优于双V型筑沟器和圆盘开沟器,可以提高种床质量和播深一致性,且使种床紧实,利于种子出苗。     

2BZ-2型谷子精少量播种机的研制

针对北方丘陵山地谷子种植地块小而分散的特点,根据谷子精少量播种农艺要求,研制了2BZ-2型谷子精少量播种机,并根据国标设计进行了排种性能试验和田间试验。设计了倾斜圆盘式谷子精少量排种器、船型铲式开沟器、刮板式覆土器、连接架和传动系统,可将排种器、开沟器、覆土器安装在连接架上后一并装配在机架主梁上,设计传动系统单向传动,避免排种器倒转。排种性能试验表明,该播种机的各行排量一致性变异系数小于等于1.10%,总排量稳定性变异系数小于等于0.66%,种子破损率小于等于0.05%。田间试验表明,该播种机的播种穴距合格指数大于83%,重播指数小于7%,漏播指数小于12%,合格穴距变异系数小于10%,播深变异系数小于1.5%,满足国家标准要求。该研究可为丘陵山地谷子精少量播种机具的研发提供参考。     

指夹式玉米免耕精密播种机的设计与试验

该文为解决北方地区播种时秸秆量大各地区种植模式差异大,传统玉米免耕精密播种机适应性差、作业效率低、开沟器易堵塞等问题,设计了指夹式玉米免耕精密播种机,分析和确定了施肥开沟器、拨草轮、玉米免耕播种单元等关键部件的结构参数。田间试验表明采用渐开线式齿形拨草轮能有效的将杂草、秸秆拨离苗带,有效防止开沟器堵塞和种子播在秸秆上的现象。在9 km/h的作业速度下,机具播种深度合格率92%,粒距变异系数9.6%,漏播指数2.5%,重播指数4.5%。一次能完成开沟深施肥、拨草整理苗带、单粒精密播种、覆土、镇压覆土作业,土壤搅动小,作业质量满足农艺要求。     

仿旗鱼头部曲线型开沟器设计与性能试验

为了减小播种开沟器的工作阻力,降低其对土壤的扰动,根据旗鱼头部的流线型曲线,建立了拟合曲线的数学模型,设计了仿旗鱼头部曲线型开沟器。为获得该开沟器工作时工作阻力及其对土壤扰动情况,进行离散元仿真和室内土槽试验。在前进速度为0.5 m/s时,分别以3种土壤含水率、3种开沟器开沟深度为因素进行仿真及室内试验。仿真结果:在含水率为12%±1%时,工作阻力、对土壤扰动宽度和回土深度随开沟深度的增加呈增加趋势;在开沟深度为60 mm时,工作阻力随含水率的增加而增加,但对土壤扰动宽度、回土深度影响不明显。工作阻力仿真与试验结果对比,两者变化趋势大致相同,相对误差在5.04%~27.08%之间。土壤扰动情况仿真与试验结果对比:回土深度的仿真与试验结果接近,而土壤扰动宽度的仿真与试验结果差别较大,可能是土壤颗粒粒径较大引起的,但变化趋势基本一致。由此说明了采用离散元法模拟开沟器的工作阻力及其对土壤扰动情况的可行性。该文可为开沟器的设计与优化提供参考。     

马铃薯气力精量播种机设计与试验

针对目前中国马铃薯播种机普遍存在作业速度慢、精度低、重漏播率高等关键问题,根据中国北方马铃薯一季作区大规模、大面积和高效精量播种的农艺要求,该文研制了一种马铃薯气力式精量播种机,该机一次作业可完成马铃薯开沟、侧深分层施肥、高速播种和覆土等多项功能。设计了气吸式马铃薯播种机多臂均布式排种器结构、分体式滑刀开沟器、排种器风机和动态供种装置;确定了包括配气阀、吸种臂及2种(常规薯、微型薯)吸种嘴的排种器关键部件的结构参数。田间生产试验表明,马铃薯气力精量播种机作业速度可达到10.2 km/h,播种早出苗2~3 d,同苗率达到96%。200 hm2的生产应用表明,本文所研制的马铃薯气力精量播种机重播率≤1%,漏播率≤1%,株距变异系数≤10%,同苗率96%,均超过国家标准且满足马铃薯田间种植的农艺要求,为中国马铃薯机械化播种提供了一种新技术、新装备和新方法。