小麦分引组合式双行宽条带导种装置设计与试验

针对稻茬田小麦机械化带状播种时受黏重土壤与秸秆还田耦合作用制约存在导种装置壅堵导致断条的问题，该研究设计了一种分引组合式双行宽条带导种装置，导种过程中利用球面弹籽部件对下落种群左右均匀分种、借助坡度斜面对分流种群宽带引种。运用质点运动学理论建立了小麦分种、引种过程的力学模型，明确了球面弹籽部件直径和斜面坡度对导种均匀性有影响。运用EDEM软件对小麦导种装置关键结构参数进行优化设计，以球面弹籽部件直径和斜面坡度为试验因素，以各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数为评价指标，通过单因素和二次正交旋转组合试验获取相关试验数据，应用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析，建立了试验因素与试验指标之间的回归方程。结果表明，球面弹籽部件直径对各行排量一致性影响显著（P＜0.05），斜面坡度对行内横向均匀度有极显著影响（ P＜0.01 ），斜面底板导种装置最优结构参数为球面弹籽部件直径40 mm、斜面坡度10°。并与市场上已有的波浪底板、弧面底板、平面底板3种型式导种装置进行3种播量下的仿真对比试验。仿真试验结果表明，各播量下的各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数由大到小均为平面底板、弧面底板、波浪底板和斜面底板型导种装置，在播量450 kg/hm²下，斜面底板型导种装置播种效果最佳，各行排量一致性变异系数为2.92%，行内横向均匀度变异系数为14.19%。台架与田间对比试验表明，斜面底板型导种装置的各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数均最小，此时各行排量一致性变异系数均不大于4.0%，行内横向均匀度变异系数均不大于16%；田间对比试验中，在播量450 kg/hm²下，斜面底板型导种装置较其他3种导种装置各行排量一致性变异系数最低下降了2.73个百分比，行内横向均匀度变异系数最低下降了10.61个百分点。试验结果与仿真结果误差不超过5%，表明装置结构参数优化结果可靠，满足国家播种机质量评价技术规范及大田播种农艺要求。研究结果可为稻茬黏壤土环境下小麦宽条带导种装置优化设计提供参考。     

交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75 °时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120 kg、150 kg和180 kg/hm²时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。     

槽轮结构参数对直槽轮式排肥器排肥性能的影响

外槽轮排肥器是实施精准变量施肥过程中的关键控制载体,为了探寻外槽轮的凹槽截面形状和参数设置对排肥器排肥性能的影响规律,该文运用离散元仿真技术、3D快速成型技术以及正交试验,以直槽轮式排肥器作为研究对象,分析了槽轮半径、凹槽数目、有效工作长度以及凹槽截面形状4个因素对排肥性能的影响。选用排肥均匀度变异系数作为评价指标,设置排肥器的前进速度0.5 m/s,工作高度500 mm,槽轮转速20 r/min,对4个影响因素进行交互判断试验,试验结果表明,槽轮半径与凹槽数目之间存在一定的交互作用。根据交互作用判别结果选用L18(37)标准正交表进行仿真试验,试验结果表明,影响排肥性能的主次因素依次为凹槽数目槽轮半径有效工作长度槽轮半径×凹槽数目凹槽截面形状,其中凹槽数目对排肥性能具有非常显著影响,槽轮半径对排肥性能具有显著影响,最佳结构参数组合是槽轮半径30 mm,凹槽数目7个,有效工作长度20 mm和凹槽截面形状为圆弧形,此水平组合下的排肥均匀度变异系数为1.75%,为了检验结构参数对直槽轮排肥性能影响的仿真试验结果,进行最优结构与参数组合下的直槽轮排肥器台架试验,试验结果显示,排肥均匀度变异系数为5.48%,仿真试验结果和实测结果基本吻合,说明应用离散元仿真技术开展排肥性能的影响因素分析研究是可行的。该研究结果可为直槽轮排肥器的槽轮结构参数优化及提升其排肥性能提供参考。     

播种方式对稻茬小麦生长发育及产量建成的影响

目前稻茬麦机播面积不断扩大,为研究播种方式转变对小麦播种出苗、生长发育与产量建成的影响,2009-2012年,在成都平原稻茬麦区开展撒播(免耕+人工撒种+人工覆盖稻草)与机播(免耕+稻草粉碎覆盖+2BMFDC-6型播种机播种)比较试验。结果表明,机播处理的播种效率、出苗率、麦苗均匀度,以及中前期的个体与群体质量均显著高于撒播处理。但到了生育后期,机播小麦的个体与群体质量反而不及撒播小麦,进而影响穗部性状。机播小麦开花期干物质积累量和叶面积指数的年均值较撒播小麦低1.8%、8.9%,成熟期单穗结实小穗数和穗粒数较撒播处理低4.2%、3.5%,但千粒质量较撒播高4.9%,籽粒产量则基本相当。机播小麦开花期耕层土壤的速效氮含量较撒播处理低7.8%,植株全氮含量低19.4%。增施氮肥后,机播小麦个体和群体质量得到改善,增产趋势明显。表明,2BMFDC-6型机播有利于提高稻茬小麦播种效率和质量,但需要适当提高施氮水平以提高中后期个体与群体质量,进而实现高产。研究结果可为稻茬小麦高产高效栽培技术的熟化完善提供理论和技术依据。     

机收水稻留茬地紫云英双圆盘开沟撒播组合作业机设计

为解决机收水稻地留茬对紫云英机械化播种的影响,针对目前紫云英开沟、播种环节独立作业时存在的作业质量不高、生产效率低等问题,该文研制了适用于机收水稻留茬地的紫云英开沟撒播机。设计了撒播高度可调装置,根据田间稻茬留量情况将撒播部件升降至适当位置;研制了紫云英专用排种轮和定量匀播装置,实现精量播种的同时提高撒播均匀性;采用双圆盘式开沟组件,确定圆盘直径为900 mm,测得平均开沟深度为22.3 cm,平均开沟宽度为31.2 cm,田间试验测定开沟宽度、深度变异系数均小于6%,满足紫云英种子生长期间的排水要求。通过多因素试验和回归分析,得出机具前进速度、排种轮转速、匀种圆柱直径等因素对撒播效果有显著影响,方差分析可知影响紫云英出苗率和播种均匀性变异系数的主次因素均为:排种轮转速匀种圆柱直径机具前进速度;影响排种量一致性变异系数的主次因素依次为:匀种圆柱直径机具前进速度排种轮转速;确定影响紫云英开沟撒播机撒播质量的因素最佳参数组合为:机具前进速度4.6 km/h,排种轮转速44 r/min,匀种圆柱直径6 mm。通过田间试验验证,最优参数组合条件下紫云英出苗率为95.87%,排种量一致性变异系数12.7%,播种均匀性变异系数8.07%,与模型预测优化结果的相对误差均小于3%,验证了所建模型与优化参数的合理性;与已有紫云英播种方式相比,本文所设计的双圆盘开沟撒播组合作业机作业效率可达1 hm~2/h,优于人工撒播作业效率0.1～0.125 hm~2/h、手摇撒播作业效率0.2～0.3 hm~2/h和机动喷播作业效率0.5～0.8 hm~2/h,低于无人机飞播作业效率3～4 hm~2/h,在撒播质量和组配方式上也明显优于其他播种方式,具有较好的推广应用前景。     

纹杆块与钉齿组合式轴流玉米脱粒滚筒的设计与试验

为解决黄淮海地区玉米直接进行籽粒收获破碎率和未脱净率高的问题,该文在分析现有脱粒滚筒结构特点的基础上,设计了组合式轴流玉米脱粒滚筒,选取滚筒转速、滚筒倾角和凹板间隙为试验因素,在自制的玉米脱粒试验台上进行了单因素试验和正交试验,并运用SAS统计分析软件对试验结果进行了分析。单因素试验结果表明:随着滚筒转速的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率则急剧减小并趋于稳定;随着滚筒倾角的增大,籽粒破碎率和未脱净率则逐渐变小;随着凹板间隙的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率先升高后降低并趋于稳定。正交试验结果表明:影响籽粒破碎率和未脱净率的主次因素顺序均为滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙,且转速430 r/min、滚筒倾角6?和凹板间隙55 mm时籽粒破碎率和未脱净率均最低。该研究可为高含水率玉米脱粒滚筒的设计提供参考。     

正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机设计与试验

针对稻麦两茬轮作区,小麦收获时间短、水稻插秧费时费力、直播整地要求高的问题,利用反转灭茬技术和主动防拥堵技术,同时借鉴小麦宽幅精播技术,设计了一种正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机,一次完成旋耕、灭茬、防堵、深施肥、宽苗带播种、覆土和镇压功能。在稻麦两熟区进行了试验,结果表明,反转旋耕装置能很好的灭茬,正转清草装置能有效防堵,在正反旋耕的配合作用下,种床土壤细碎,播种覆土均匀,播种深度和施肥深度变异系数分别为4.58%和2.40%,种肥垂直间距变异系数为4.72%;平均苗带宽度为138.4 mm,与理论设计宽度差异不显著;不同苗带宽度上种子分布有差异但不显著,符合设计要求;苗带宽度对水稻生长有影响,苗带两侧有效分蘖和成穗率显著高于苗带中间(P0.05);机具的通过性满足农艺要求。     

全量稻秸还田小麦播种机秸秆分流还田装置设计

针对中国稻麦轮作区水稻收获后播种小麦时,稻秸全量入土还田或全量覆盖还田存在的影响产量问题,提出了稻秸部分入土、部分覆盖技术思路,并基于全量秸秆地洁区机播技术设计了相应的秸秆分流还田装置,通过对比试验优选出最佳分流结构形式,在此基础上以均匀度变异系数和分流偏差率为目标函数,运用Box-Benhnken试验方法对影响全量稻秸还田小麦播种机分流作业质量的参数进行了试验研究,以纵向开口总宽、纵向开口数量和捡拾粉碎装置转速为影响因素进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆分流性能有显著影响,均匀度变异系数影响因素显著顺序依次为纵向开口数量、纵向开口总宽、捡拾粉碎装置转速,分流偏差率影响因素显著顺序依次为纵向开口总宽、纵向开口数量、捡拾粉碎装置转速;最优参数组合为纵向开口总宽600 mm,纵向开口数量7个,捡拾粉碎装置转速1 900 r/min,在此参数下测得的均匀度变异系数为19.68%,分流偏差率为0,与优化后理论值的绝对误差分别为0.93个百分点和0.33个百分点。研究结果可为中国稻麦轮作区水稻收获后播种小麦提供参考。     

机械式小麦射播排种器参数优化与试验

针对机械式小麦射播排种器作业过程中存在的种子碰撞力较大、破损率高的问题，该研究采用TRIZ（Theory of the Solution of Inventive Problems）理论对小麦机械式射播排种器的关键部件参数进行优化，通过对种子在排种器内部的运动学分析，确定了影响小麦种子与排种器内部碰撞程度的因素为排种器转速、叶片后倾部分曲率半径与叶片安装角度，采用EDEM软件模拟小麦种子在排种器内部的运动情况，以种子破损率、平均排种速度与播种深度变异系数为试验指标，进行台架试验，结果表明，当排种器转速为1 000 r/min，叶片后倾部分曲率半径为40 mm，叶片安装角度为15°时，种子破损率为1.1%，平均排种速度为32.5 m/s，播种深度变异系数为8.9%，满足小麦播种作业要求。     

玉米钵苗移栽机圆盘式栽植机构参数优化及试验

通过育苗移栽技术可大幅度提高单产,为进一步改善钵苗移栽机的栽植质量。该文以玉米纸钵苗移栽机圆盘式栽植机构为研究对象,利用土槽试验,分析了圆盘式栽植机构的工作参数,研究了栽植机构工作参数对移栽质量的影响规律。采用正交旋转组合试验,以开沟器位置、开沟器入土深度、回土铲夹角为影响因子,以直立度合格率和株距变异系数为响应函数,利用Design-expert软件平台的回归分析法及响应面分析法,对3个因子进行单因素和多因素正交试验。试验表明:当开沟器位置在50 mm、回土铲夹角在40°、开沟器入土深度在115 mm条件下,钵苗直立度合格率能达到93%以上,株距变异系数小于12%。优化后的参数可满足玉米移栽的性能要求,为进一步研究提供依据。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

气力式无人机水稻撒播装置的设计与参数优化

当前用于无人机挂载的撒播装置通常为离心圆盘式,该方式的落种区为圆弧形,撒播均匀性不稳定,且在作业幅宽方向上的调控比较困难。为了改善撒播作业的效果,探究适合无人机挂载的水稻撒播装置,该文设计了一种气力式无人机水稻撒播装置,利用气流将种子沿不同的方向吹送出去。该文就种子颗粒在所用无人机平台风场中运动情况进行分析和归纳,对撒播装置的关键部件进行了仿真和测试试验,研究了分流箱气流出口尺寸与出口风速的关系,以及导流通道的锥角对导流通道内的气流与气压分布的影响及对撒播幅宽和撒播均匀性的影响。试验结果表明:分流箱气流出口尺寸与出口风速之间存在极强的负相关关系,根据设计需求选择φ32 mm作为较佳的气流出口直径。导流通道的锥角与撒播幅宽之间存在极强的线性相关关系,相关系数R2=0.999。综合考虑通道内的气压和流速分布,以及锥角对幅宽和均匀性的影响,优选130?为导流通道的锥角。该文进一步研究了无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响,结果表明:在1~2.8 m的范围内,作业高度与撒播幅宽的相关性显著系数为0.3590.05,作业高度与撒播均匀性的相关性显著系数为0.1970.05,在给定的高度范围内无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响不显著,在实际作业中,综合考虑撒播幅宽和均匀性变异系数以及田间作业环境等因素,优选2 m作为该无人机平台的适宜作业高度。该研究为进一步样机的优化改进提供了参考。     

锥体帆布带式排种器参数优化与试验

为使锥体帆布带式排种器性能达到育种试验播种要求,该文对设计的锥体帆布带式排种器相关结构进行了分析与参数优化试验。通过对该排种器的泄种、分种、携种环节中种子的力学、运动学及空间排布情况分析,选取出对锥体帆布带式排种器作业性能有显著影响的参数,通过单因素试验和图表分析将参数影响程度进行量化,确定了影响排种性能的主要参数有:锥体转速、锥体倾角和楔形环域单位排布量。通过三因素二次正交旋转设计试验,建立了因素与试验指标(排种均匀性变异系数)的回归方程;经优化计算得出:当锥体转速为3.46 rad/s,锥体倾角为45.8°,楔形环域单位排布量为7粒/cm时,排种器的性能综合评价指标达到育种试验最佳水平。该排种技术在2BZH-6型株行育种条播机上进行了推广应用,经田间试验验证,最佳参数组合下锥体帆布带式排种器不存在伤种和存种现象,作业性能与锥体格盘式排种器相比提升明显。该研究为现有育种条播机排种部件的改进设计提供了参考。     

基于离散元法的杂交稻振动匀种装置参数优化与试验

杂交稻栽培要求少本稀植、利用分蘖能力提高产量,现有的机械化播种技术不能满足此要求,亟需进行杂交稻精密播种技术的机理探讨。为探明振动匀种装置匀种过程中V-T型振盘的振频和振幅对杂交稻种群运动规律的影响,以及种群流动特性对播种性能的影响,该文基于离散元法,采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,实现了V-T型振盘工作过程模拟,得到振盘振频为57~59 Hz时,种群在振盘中分布均匀,播种效果较好。试验验证表明,利用离散元法模拟振动匀种装置匀种过程具有较高的准确性。在仿真结果的基础上,选取振盘振动臂材料、振动器安装角、气动振动器进气压强作为试验因素,进行了振动匀种装置参数优化试验,获得了杂交稻种子低播量下的最佳工作参数组合为振盘振动臂材料为60Si2Mn,振动器安装角度为47.5°,进气压强为0.26 MPa;此时播种合格指数为92.86%,空穴指数为1.14%,有效地提高了现有播种装置的性能。该研究对提高杂交稻精密播种技术提供了参考。     

油菜小麦兼用气送式直播机集排器参数优化与试验

为提高油菜小麦兼用气送式集排器的排种性能,该文针对集排器具有较长导种管和气流扰动影响种子迁移轨迹的问题,通过构建导种过程力学模型确定了影响排种性能的主要因素,分析了导种管材料、直径、长度组合、角度布置、气流压强和供种转速对排种性能的影响。试验结果表明:导种管材料、直径、材料与直径的交互作用、长度组合对平均行排种量和各行排量一致性变异系数均有显著(P0.05)或极显著(P0.01)影响,角度布置影响不显著,导种管材料和直径分别为PVC钢丝软管和20 mm的排种性能较优,且应尽量布置导种管长度一致。气流压强和供种转速对各行排量一致性变异系数影响显著(P0.05);供种转速为20~40 r/min时,排种油菜、小麦时气流压强分别为1 200和1 600 Pa时具有较好的排种均匀性,总排量稳定性变异系数和各行排量一致性变异系数分别低于1.0%和4.00%;油菜、小麦的排种均匀性变异系数分别低于19.0%和12.5%,种子破损率低于0.1%。田间试验表明油菜种植密度为40~68株/m2时,稳定性变异系数低于20%;小麦单位面积植株数量为129和252株/m2时,稳定性变异系数分别为8.34%和8.12%,达到油菜、小麦的农艺种植要求。该研究为气送式集排器结构优化和排种性能提升提供了参考。     

预切种木薯播种器阶梯式振动散种机构设计与试验

针对预切种播种器对成堆木薯种茎进行精密播种时待充木薯种茎乱序、充种可靠性低等难题，在播种器供种环节设计一种阶梯式振动散种机构。建立了木薯种茎在阶梯式振动散种机构上运动过程的数学模型，对木薯种茎相对散种板的下滑运动和其在阶梯式调姿板上的抛掷运动进行理论分析，确定显著影响机构性能的因素分别是作业宽度、振动频率、台阶倾角以及限位挡角。基于离散元法（Discrete Element Method，EDEM）建立了木薯种茎-振动散种机构的仿真模型，单因素仿真试验明确了各因素对横向调姿成功率和散种输送成功率的影响规律。研制了阶梯式振动散种机构试验台，进行四因素五水平正交中心组合试验研究，并基于最优的因素参数组合对4个不同品种的木薯进行适应性测试，确定最佳参数组合。结果表明当阶梯式振动散种机构的供种箱作业宽度为643.41 mm、振动频率为55.58 Hz、限位挡角为145.06°、台阶倾角为80.13°时，横向调姿成功率为85.7%，散种输送成功率为88.2%；当在最优因素参数组合下进行试验，横向调姿成功率为85.6%，散种输送成功率为88.6%。研究为预切种式木薯精密播种器相关装备的研制提供指导参考。     

地表坡度对油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的影响

针对油菜种植区域作业方向的地表坡度变化影响气送式油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的问题,该研究以播种机及气送式集排器为研究对象,构建了不同地表坡度下种子与外切圆弧型孔、种子-气流与集中分配器间的力学模型,建立了气送式集排器供种速率和排种速率的随机过程模型,应用EDEM仿真开展了作业方向的地表坡度、供种装置转速对供种装置供种速率影响的双因素试验,建立了地表坡度、供种装置转速对供种速率影响的数学模型;利用DEM-CFD耦合仿真分析了地表坡度对集中分配器排种性能的影响规律。仿真试验结果表明:以平整地表为基准,供种速率随地表坡度在-5°~5°内先增大而后逐渐减小;地表坡度绝对值为3°~5°时,供种速率的变化量达到50%;各行排种粒数一致性变异系数随地表坡度的增加而增大,变化区间为4.95%~14.91%。利用智能种植机械测试平台模拟播种机田间作业时不同地表坡度下的作业效果,结果表明,随着作业方向的地表坡度、前后往复摆动角度、前或后单向摆动角度的增大,各行排种量一致性变异系数均逐渐增大;仿真模型计算的各地表坡度下的供种速率与台架试验的平均误差为4.28%。根据试验结果建立播种机沿作业方向前后往复摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速、沿作业方向前或后单向摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速的数学模型,确定了不同地表坡度下,排种量与作业方向地表坡度和供种装置转速的匹配关系,以实现有坡度地表的排种量与平整地表的排种量趋同,为满足不同地表坡度下的播种作业提供参考。