变容量型孔轮式排种器设计与试验

为了解决针对型孔轮式排种器播量调节困难的问题,在偏心轮型孔轮式排种器的基础上,设计了一种由型孔轮和调节环（舌）组成的变容量型孔轮式排种器,以排种器的转速、调节舌类型、播量调节档位、行进速度、调节舌宽度为变量对油菜种子进行了单因素和多因素试验。试验结果表明：影响排种均匀性、各行排量一致性和种子破碎率的主要因素为排种器的转速、调节舌类型和型孔大小。变容量型孔轮式排种器的转速以30～50 r/min为宜,调节舌类型凹圆头优于平头,型孔长度增大对提高排种均匀性和各行排量一致性及降低破碎率有利。在所设计的结构尺寸条件下,该排种器适应于各类小粒度种子的条播。     

偏心轮型孔轮式排种器排种油菜极限转速试验

为实现通过转速来调节排种器变量排种的要求,并为设计高速、高性能播种机提供理论依据,在排种性能试验台上针对一次播三行的偏心轮型孔轮式排种器进行了油菜排种极限转速试验。试验研究了排种器的排量、排种均匀性、各行排量一致性与排种转速之间的关系及该排种器正常工作的极限转速,建立了该排种器单位时间的排量与转速的数学模型,试验表明：该排种器排种排种油菜时最高转速不超过70 r/min,最低转速不低于30 r/min,在该转速范围内,其排种均匀性为13.09%～30.09%,各行排量一致性为3.28%～4.70%,单位时间的排种量与转速呈线性关系。该结论为设计油菜高速播种机提供了试验基础,同时为进一步研究通过转速调节播种量提供了理论依据。     

2BQ-10型气流一阶集排式排种系统设计与试验

为探讨影响气流式集中排种系统排种性能的因素,根据集中式排种器的技术要求研制了一种2BQ-10型气流一阶集排式排种系统。试验结果表明：核心部件分配器的三种设计结构中上凸盖结构最节约能量;当排种定量器转速、播量取较大值时各行排量一致性变异系数较小,反之当排种定量器转速、播量均取较小值时各行排量一致性变异系数较大;当褶皱形增压管长度由0逐渐增大时各行排量一致性变异系数先减小后增大的趋势。当排种定量器转速为38 r/min,播量为277 kg/hm2,褶皱形增压管长260 mm时测得各行排量一致性变异系数2.75％。该设计与试验对气流式集排种系统的进一步研究打下基础。     

油菜精量气压式集排器的设计与试验

为有效解决型孔轮式排种器用于油菜排种时难以精确控制播量,清种、护种环节易剪切破坏种子的问题,采用气流清种与气压护种组合作用技术,设计了一种具有"倒方锥"型孔的油菜精量气压式集排器。该文对气压式集排器的工作原理进行了阐述,确定了其主要结构参数,并建立了油菜籽在清种区和护种区的力学模型,以总排量稳定性变异系数、各行排量一致性变异系数以及种子破损率为评价指标,以清种压差、护种压差及排种滚筒转速为试验因素在室内台架与田间条件下开展了排种性能试验研究,试验结果表明设计的集排器排种性能较优、种子破损率低,在清种压差250 Pa、护种压差150 Pa、排种滚筒转速以20~40 r/min时,其总排量稳定性变异系数≤2%:各行排量一致性变异系数≤2%;种子破损率0.3%。田间试验结果表明该集排器播种性能良好,满足油菜种植农艺要求。该研究证明采用气流清种与气压护种组合技术的"倒方锥"型孔油菜精量气压式集排器可用于小粒径、易破损种子的精量播种,为型孔轮式集排器结构改进与优化提供了依据。     

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。     

油菜宽幅播种作业监测系统设计与试验

针对油菜宽幅播种作业过程中播量监测与漏播检测的问题,该研究设计了一种适用于宽幅播种的油菜播种监测系统。该监测系统由播种监测终端与种子流传感检测模块构成,可通过改变连接种子流传感检测模块的数量,适配不同作业幅宽的播种机。种子流传感检测模块将种子穿过感应面生成的单脉冲排种信号并传递给播种监测终端;播种监测终端利用I2C总线对端口扩展用于接收多路油菜种子的排种信号,并生成油菜排种过程的多路种子流排种时间间隔序列,用于实现各行播量、排种频率的计量,并依据相关国家标准对播种作业进行漏播判定。在播种监测终端内构建MariaDB服务器用于对播量、排种频率和漏播状态等播种状态信息进行实时存储、管理,为田间管理与处方作业提供支持。播种监测系统的台架试验表明,在排种频率不高于32.73 Hz时,播量监测的准确率不低于97%,满足播种监测的准确性要求;在排种器不产生严重漏播(漏播指数≤15%)时,漏播指数检测值与高精度的视觉检测试验台的最大偏差为2.21个百分点。结果表明播种监测系统对油菜播种的播种监测与漏播检测的准确性满足使用要求。田间试验表明针对油菜播种的田间播种播量监测准确率不低于96.5%,监测系统在田间作业环境下可稳定工作。该油菜播种监测系统为油菜播种的作业质量评价提供了技术支持。     

播量无级调节水稻精量排种装置设计与试验

为提高现有组合型孔式排种器对不同品种的播量适应性,满足不同地区、不同品种的播种量要求。该文在此排种器的基础上进行优化设计和试验研究。以瓢形形状可变容积型孔的排种轮结构为主体,对型孔的形状、最大截面、深度和体积进行数学模型计算,确定在最小、中间、最大合成型孔位置的长轴尺寸分别为9.2、12.4和15.6 mm,截面积范围为71.31～154.58 mm~2,型孔容积大小调节范围为271.91～485.79 mm~3;在排种轮内部安装步进电机和控制电路,通过蓝牙控制每穴播量在3～10粒之间无级调节。选用常规粳稻秀水134、杂交粳稻花优14、常规籼稻黄华占和杂交籼稻晶两优1212四种具有代表性的直播稻品种,对无级调节型孔进行三因素四水平试验,试验结果表明:粳稻每穴粒数调节范围为5～10粒,籼稻每穴粒数调节范围为3～8粒,当型孔容积调节变化时,每穴排种粒数变化趋势明显,从而能达到播量无级调节的效果,满足不同品种每穴播种量3～10粒的设计目标;分析结果表明:水稻品种、型孔容积和排种轮转速3个因素对播量影响主次为型孔容积、水稻品种、排种轮转速。该文设计的播量无级调节水稻精量排种装置实现了不同水稻品种的播量无级调节作业,调节范围大,适应性较好,无级调节简便快速,具有较好的实际实用价值。     

螺旋扰动锥体离心式排肥器设计与试验

针对现有油菜直播排肥器排肥流畅性、稳定性以及排肥量均匀性不足,从而影响化肥精准施用的问题,设计了一种螺旋扰动锥体离心式排肥器。阐述了排肥器的设计原则和工作原理,基于颗粒化肥的物理机械特性与油菜施肥量要求确定了螺旋扰动杯和弧形锥体圆盘的结构参数。以中国农资复合肥、史丹利复合肥、鄂中复合肥为试验材料,开展排肥器锥体圆盘转速为80~130 r/min时的排肥性能及排肥行数适应性台架试验,验证了排肥器的排肥性能。验证试验结果表明:三种复合肥的各行排量一致性变异系数在11.5%以下,不同转速不同物理机械特性化肥条件下的排肥量稳定性变异系数在6.3%以下,同行排量一致性系数在93%以上;转速较低时,排肥器倾斜状态下各行排量一致性变异系数为9.82%,满足排肥质量要求。田间试验结果表明,各行排量一致性变异系数低于7.9%,排肥量稳定性变异系数在5.3%以下,同行排量一致性系数高于93.5%,符合行业标准性能指标,满足田间排肥质量要求。该研究可为油菜生产过程的化肥减施与精准施用提供有效的技术支撑。     

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。     

双凸轮连杆型排种施肥无级变速器设计与试验

针对目前国产机械式施肥播种机中种肥排量无级调节装置种类较少、电液式种肥排量无级调节装置成本较高,变量播种施肥作业调节范围有限、准确性与均匀性较差等问题,该文提出了一种基于连杆机构与凸轮机构实现无级变速的方法,并设计了相应的双凸轮连杆型无级变速器,它由输出机构、传动机构及调节机构共同实现对输出轴转速的无级调节.运动学仿真分析表明:无级变速器的机构设计合理,凸轮的轮廓曲面质量较高,设计方案可行;性能校验试验表明:随着传动比的变化,输出转速的相对误差值基本在0~10%的范围内波动,占空比值在其理论值附近的波动幅度不超过10%,均满足种肥排量调节的传动比精确性与传动平稳性要求.该研究可为变量施肥播种机的设计提供参考.     

油菜精量直播机播种监测系统传感装置改进及通信设计

针对油菜播种作业质量实时监测、播种量计量的问题,设计了油菜精量直播机播种监测系统。该监测系统由多路油菜种子流传感装置和油菜播种监测显示终端装置组成,油菜种子流传感装置安装于油菜精量排种器下方输种管道上,利用MSP430单片机系统的时间捕获中断程序及定时计数程序实时记录油菜种子流的排种时间间隔序列、排种频率、排种总量并根据国家标准计算获得漏播指数、合格指数,采用"多对一"传输方式无线发送至油菜播种监测显示终端装置。监测显示终端实时显示多路播量信息、排种性能指标信息以及每一路的排种频率曲线。设计了应答模式的轮询数据通信协议实现监测系统在数据传输过程中的可靠性、容错性、准确性。播种监测系统台架试验及田间试验结果表明:该播种监测系统工作稳定可靠,播种质量监测准确率达96%以上,在田间较空旷场地传输距离达60 m,满足播种监测的需要,并为油菜播种状态图的生成提供了技术支撑。     

免耕播种机防堵技术研究现状与发展趋势

免耕播种机在残茬覆盖地作业是否具备良好的防堵性能,已成为影响免耕播种机生产效率和播种质量的关键因素之一.该文系统分析了免耕播种机防堵的必要性和防堵技术研究现状,提出了免耕播种机应着手找准防堵技术的切入点,加强免耕播种机防堵技术与作业工艺措施有机结合,加强作物残茬的几何特性和机械特性的基础研究,并降低防堵装置功率消耗和转速,提高定向抛撒能力和秸秆覆盖量适应性以及具有安全性能好和作业粉尘低等方面研究,同时加强利用高速摄影和虚拟仪器等现代先进测试仪器与技术开展秸秆抛撒运动规律研究,以探讨改善防堵性能的途径,提高免耕播种机播种质量和生产效率,加快旱地农业保护性耕作技术的推广应用.     

基于时变窗口的油菜精量排种器漏播实时检测方法

为了快速准确地反映不同漏播状态类型,针对油菜精量排种器漏播实时检测问题,在界定了"稀疏缺苗"和"断条"2种不同漏播类型的基础上定义了稀疏缺苗系数与断条系数,分析了两系数的二维平面分布,提出了一种采用排种盘转速与排种脉冲同步检测、排种频率与时间间隔双重阈值约束的检测方法。该检测方法利用MSP430单片机的时间捕捉中断资源,在由排种盘转速脉冲序列信号确定的时间窗口内,通过光纤传感器感应获得排种序列的排种频率与排种时间间隔2类统计指标,依据设定的漏播严重程度评判系数,建立了漏播状态评判规则。在气力式油菜精量排种器上试验结果表明:该检测方法能够根据排种盘转速的变化自行调整检测时间窗口,对"稀疏缺苗"和"断条"漏播状态判断准确率可达100%,对于油菜精量联合直播机在田间不同作业速度下,该方法能够有效实现精量排种器漏播的实时检测,在考虑地轮滑移情况下检测结果滞后距离低于(84*型孔数)mm。该方法不仅有效解决了小粒径精量排种器重播条件下漏播的检测,而且对播量不足进行了约束,提高了漏播检测的实时性,为后期实现精准自动补种创造了有利条件。     

斜插式免耕穴播机设计与试验

该文针对现有免耕播种机存在的机具防堵效果差、种肥深度精准度低、播种均匀性差等问题,设计了一种斜插式免耕穴播机.该机器播种施肥采用45°斜插入土方式,入土器的凸轮推杆开合机构,能够有效防止夹土、粘土、堵塞等问题;入土器的平行四杆仿形机构配合曲柄滑块入土机构,可保证播种深度一致、种肥同步、种肥侧深距离精确度高以及播种均匀性好;45°倾斜角易实现自动覆土功能.另外增设了可调链轮变速机构,充分弥补了现有免耕穴播机株距调整困难问题;改进了原有排种器和排肥器适应性差的缺点,采用多窝眼轮排种器,能够满足不同作物品种的播种需求.该机的工作参数(行距、株距、播深、肥位等)皆为可调,适应性更强.依据设计研制样机并进行玉米播种田间试验,结果表明:播种覆土均匀,播种深度和施肥深度合格率分别为90.52％和91.23％,变异系数分别为5.91％和6.26％,种肥水平距离和垂直间距合格率分别为95.71％和91.65％,变异系数分别为4.64％和8.01％;株距合格率92.13％,重播率4.60％和空穴率3.27％,满足JB/T 10293-2001《单粒(精密)播种机技术条件》中播种合格指数≥80％,重播指数≤15％,漏播指数≤8％的农艺要求.该研究可为精准免耕穴播机的设计提供参考.     

油菜精量排种器变量补种系统设计与试验

针对油菜精量排种器的漏播问题,该文设计了油菜精量排种器变量补种系统。该补种系统由漏播检测装置、排种盘测速装置、变量补种装置及补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测装置采用压电原理感应排种种子流序列,并利用MSP430单片机时间捕获中断功能实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率并确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等参数,并根据变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至变量补种装置及补种监测显示装置。变量补种装置由螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、PWM(pulse-width modulation)电机驱动系统、无线模块和电源组成,接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种参数,便于对变量补种系统调试及监测系统运行状态。变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种装置补种量与排种器当量漏播量比值稳定在1.2~1.4,补种后无漏播存在。该变量补种系统可为油菜等小粒径种子漏播补种技术与装置提供有效支撑。     

高通量小粒径种子流检测装置设计与试验

针对油菜播种过程中因农艺要求增大播量以及高速播种产生的排种频率过高而导致高通量种子流检测精度不足的问题,提出了一种将高通量种子流分流为多路低通量种子流并行检测的方法,设计了基于分流机制与薄面激光-硅光电池结合的高通量小粒径种子流检测装置。考虑高通量种子流分流均匀性与快速通过性,对分流结构进行设计,运用离散元仿真软件EDEM及台架试验对处于不同倾斜角度的分流结构分流均匀性进行分析,当分流结构倾角小于5°时,分流管排量一致性变异系数的仿真与试验结果分别不超过5.19%和8.58%。基于薄面激光照射范围与落种区域,确定了薄面激光发射模组角度、上导种管出种口内半径以及薄面激光距硅光电池距离三者之间的关系,并优选得到三参数最佳组合。对4路种子输入信号进行调理,经电容滤波、双级放大、半波整流、电压比较、单稳态触发处理,成为4路独立可供单片机捕捉的脉冲信号。高通量小粒径种子流检测装置台架试验表明:在排种频率61.68 Hz范围内,油菜种子检测准确率不低于96.1%。田间试验结果表明:在田间排种频率62.23Hz范围内,检测准确率不低于95.7%,且试验过程中无堵塞现象发生,田间正常光照、机具振动对装置检测精度无影响。     

油菜机械离心式集排器排种量控制系统设计与试验

为提升油菜机械离心式集排器的排种性能,实现排种量稳定可控可调,该研究设计了一套机械离心式集排器排种量控制系统。该系统以STM32F103C8T6单片机作为微控制器,利用以光电传感器PG-602为检测元件的落粒检测模块实时检测流经导种管的排种粒数,通过基于霍尔传感器的测速模块实时获取机具前进速度,结合排种粒数和机具前进速度反馈信息构建排种量控制策略,通过动态调节机械离心式集排器工作转速实现排种量均匀稳定控制。搭建了台架测试平台,确定了排种量调控模型为线性关系模型,系统对排种粒数的检测精度不低于96.17%,系统反馈时间为4 s。台架测试结果表明,该系统能够有效降低机具前进速度、内锥筒充种量、种子尺寸和播种株距变化对排种性能的影响。田间试验结果表明,该系统控制下的最大排种量误差为10.00%,平均排种量误差为5.77%,调控合格率为90.68%,田间出苗效果好。研究结果可为离心式集排器精量播种控制系统设计提供技术参考。