电动机驱动玉米气吸排种器总线控制系统设计与试验

车速对电动机驱动玉米气吸式排种器排种性能具有重要影响,为此设计了一种电动机驱动排种器CAN总线控制系统,采用CAN总线通讯的方法探究系统驱动排种器随车速的变化特性。该系统主要由人机交互设备、排种监测ECU、排种驱动ECU组成,参照ISO 11783协议,对播种机具总线系统进行了设计。以4行气吸式玉米排种器为对象,搭建试验台,对总线控制排种盘转速精度进行了试验。通过总线提取的排种盘转速闭环调控结果得出,排种盘转速位置PID控制调整过程中存在低速调节时间长、超调量大的问题。采用分段PID参数控制的方法,由试验结果将排种盘转速设定值分为低速(15～20 r/min)、中速(20～40 r/min)、高速(40～55 r/min) 3个阶段,分阶段赋予对应闭环调节参数,得出排种盘目标转速在低速阶段时平均响应时间、平均超调量分别为1. 84 s、38. 51%,与位置PID控制相比较,分别降低1. 63 s、34. 41%; 15～55 r/min时平均稳态误差绝对值为0. 97 r/min,标准差为0. 76 r/min,平均稳态误差绝对值减小0. 13 r/min。进行了总线系统落种监测精度试验,设定粒距20 cm,排种盘孔数为26个,车速4～12 km/h时,系统排种监测平均准确率为97. 53%,标准差为0. 48%。采用排种总线系统对车速影响排种器性能进行了试验,风机驱动轴转速为540 r/min,车速范围为4～8 km/h,测得风压范围为-6. 0～-5. 9 k Pa,播种合格指数平均为95. 68%,标准差为2. 29%;车速达到9 km/h时,合格指数降到90%以下,排种器漏播较严重。通过对播种总线系统车速和4行排种驱动电动机实时转速的监测,进行了车速阶跃变化播种系统响应试验,结果表明在车速4～12 km/h、2 km/h间隔递增过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为2. 00 s,标准差为0. 34 s; 2 km/h间隔递减过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为1. 83 s,标准差为1. 07 s,表明按照车速阶跃变化,该总线控制系统具有较好的响应性能。     

玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统研究

针对玉米精密播种粒距偏差导致播量分布不均匀的问题,设计了玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统。该系统主要由车载计算机、排种监测ECU及相关传感器组成,设计了上位机监测软件和基于移动平均粒距在线监测的下位机程序,通过监测玉米精密播种作业过程中的粒距及其误差,完成漏播预警。首先,设计并进行了排种计数监测精度试验,结果表明,在模拟车速3～12 km/h范围内,以1 km/h递增变化的10个车速下,系统对指夹式排种器和气吸式排种器的排种计数监测平均准确率分别为99.12%、99.71%,标准差分别为0.52%、0.44%,总体排种计数监测误差平均值小于1%。其次,基于高速摄像的播种粒距测量试验台进行了实验室环境下的粒距监测精度试验,采用指夹式排种器进行排种,目标粒距为25 cm,在车速3～12 km/h范围内,以1 km/h为间隔的10个车速下,系统对粒距监测误差绝对值的平均值为2.34 cm,标准差为2.56 cm。针对试验结果存在较多的随机异常点问题,采用移动平均滤波对监测粒距进行分析,得出粒距监测误差绝对值的平均值为0.79 cm,标准差为0.62 cm,单车速下对应的粒距监测误差绝对值的平均值最大为1.69 cm,标准差为0.23 cm,经移动平均滤波处理后,粒距误差异常点明显减少,系统粒距监测误差小于2.00 cm。最后,基于气吸式玉米精密播种机设计了试验样机,设置播种车速为5.49、8.49 km/h,目标粒距为25 cm,进行了田间播种粒距监测精度试验,分别采集350个连续的出苗粒距进行对比分析,结果表明,与出苗粒距移动平均值相比,系统粒距监测误差的平均值分别为1.84、2.22 cm,标准差分别为1.61、2.13 cm,粒距监测值曲线与出苗粒距移动平均值曲线的变化趋势基本相同。     

基于卡尔曼滤波PID控制的精量排种器优化设计与试验

针对设施蔬菜种植过程存在漏播、重播问题,设计基于卡尔曼滤波PID控制技术的精量排种器。分别对排种器关键组件和监测装置进行结构设计,建立传感器实时监测车速信号的控制系统,同时以不同作物株距值共同作为控制依据,补偿融合卡尔曼滤波的PID控制方法,通过调控电机保持转速的稳定性,从而实现精量播种。仿真结果表明：卡尔曼滤波的引入,对噪声干扰起到良好抑制作用,可提高系统稳定性。以排种盘转速和行走速度为变量,以株距合格率、重播率、漏播率和株距变异系数为指标,进行两因素五水平的二次回归正交旋转组合试验。台架试验表明：在不同车速下,株距变异系数均在规定的≤35%指标范围内,排种盘转速为10 r/min,行走速度为1.6 km/h时,株距合格率为95.9%,重播率为29%,漏播率为1.9%,株距变异系数为12.1%,满足设施蔬菜的精量播种要求。     

基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统

传统玉米精量播种机多采用地轮、链条驱动排种器,高速作业时因地轮打滑、链条跳动易造成播种粒距增大、粒距均匀性下降等问题,难以保证播种质量。针对这一问题,设计了基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统,该系统以STM32为主控制器,采用Android手机终端设置播种株距、排种盘型孔数等作业参数,采用GPS接收器采集拖拉机的前进速度,根据GPS提供的速度信息实时调节排种器转速,从而实现排种器转速与拖拉机前进速度的实时匹配。为了检测该系统的性能,以编码器测速方式为对照,进行了3种株距(18、22、25 cm)、5种作业速度(4、6、8、10、12 km/h)下的对比试验。试验结果表明,在相同株距、相同作业速度下,GPS测速方式的变异系数小于编码器测速方式,且GPS测速方式的播种粒距合格指数和变异系数受作业速度的影响更小。在低速4 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式低5.39个百分点;作业速度6~10 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高7.96个百分点;在高速12 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高14.32个百分点;表明GPS测速方式更适宜于高速作业工况。     

指夹式玉米精密排种器试验优化研究

排种器是精密播种机的核心部件之一,其排种质量的优劣影响到播种质量的好坏。指夹式玉米精密排种器是一种用于玉米精密播种机的机械式排种器,其结构设计复杂,影响环节多。为此,研究了其结构及工作过程,对主要部件进行了功能分析,并进行了指夹式排种器的优化试验。试验结果表明:添加橡胶薄垫的排种器的合格指数为87. 91%,重播指数为8. 23%,漏播指数为3. 92%,添加塑料薄垫的排种器合格指数为83. 24%,重播指数为11. 31%,漏播指数为5. 57%,两种材料都符合农业作业要求。通过对比,选择橡胶材料作为排种盘附加材料。此外,当振动频率为14Hz时,播种的合格率最高;当排种盘转速为4km/h时,播种的合格率最高。     

可调窝眼式玉米精密排种器排种性能试验研究

精密排种器是精密播种机的核心工作部件,其排种性能直接决定了精密播种机的作业质量。为了研究可调窝眼式排种器的机理及性能,确定最佳工作参数,对其进行了台架性能试验测试。同时,通过单因素试验和正交试验的极差与方差分析,得出排种盘转速是影响其排种性能的主要因素;当排种盘转速为50r/min、窝眼长度为11mm时,排种器的排种性能最优,合格指数为88%。     

国内玉米(大豆)精密播种机排种器电驱应用分析

排种器电驱是目前精密播种机生产作业方式中易于实现自动化、智能化的动力驱动方式,是大粒种子高速精密播种机定量和变量播种过程株距自动调控的关键部件。本文对国内排种器电驱应用现状进行分析,给出大粒种子高速精密播种机产业化过程中排种器电驱方式选配方案及建议。     

玉米精量播种智能控制系统研制

针对现有玉米播种机地轮打滑、机械结构相对复杂且可靠性不高等问题,研制了基于电机驱动的玉米精量播种智能控制系统。该系统由可调速直流电机、人机交互终端、测速地轮、光电编码器及电子控制单元等组成,人机交互终端采用串口触摸屏,通过RS232接口与电子控制单元进行实时信息交互,以设置播种粒距、地轮直径、编码器线数等系统参数并实时显示播种作业状态。将此系统应用于指夹式排种器,在排种器试验台上进行了系统标定与性能测试试验,结果表明:在前进速度5.05 km/h下,设定播种粒距为30、35、40cm时,其实际播种的平均粒距分别为29.13、34.00、38.29cm,均方根误差分别为0.40、0.37、0.55cm;在前进速度6.95km/h下,设定播种粒距为30、35、40cm时,其实际播种的平均粒距分别为29.10、33.59、38.41cm。试验表明:所研制的玉米精量播种智能控制系统能够根据播种机前进速度准确控制排种器转速以实现粒距一致的播种作业。     

气吸式玉米精密排种器排种性能试验研究

精密排种器是精密播种机的核心工作部件,排种器的排种性能决定了播种机的播种质量。为此,以气吸式排种器为研究对象进行了台架性能试验测试。试验结果表明:对于气吸式排种器,影响其排种性能的主要因素是排种盘转速,当排种盘转速为39r/min、气吸室真空度为4.5kPa时,粒距合格指数为91%,排种器的排种性能最佳。     

温室大棚电驱气力式胡萝卜播种机设计与试验

目前能适应设施大棚种植条件的小型播种机多采用窝眼轮式排种器，播种精度低，播种质量无法实时监测。小型气力式播种机需要配置气力式排种器和风机，存在动力系统设计困难、排种稳定性差、整机结构复杂、笨重等设计难题。本文基于设计的气吸式排种器，设计了叉形分种器，实现窄行距精密播种作业；确定油电混合动力系统，排种器和风机采用电驱方式，排种稳定性得到了提高。设计了基于旋转编码器测速的电驱式胡萝卜播种机控制系统，该系统以PLC为主控制器，根据旋转编码器采集的前进速度信息实时调节排种器转速，实现排种转速与播种机前进速度实时匹配。基于对射式矩阵光纤传感器，开发了播种质量监测系统，解决了小粒径种子的监测问题。通过试验表明，续航时间为10h，计数相对误差小于等于4.6%，型孔堵塞时能发出警报提醒；播种株距合格率大于93.7%、漏播率小于等于3.9%、重播率小于2.4%，漏播率检测误差小于8.4%，试验结果符合国家相关标准要求及胡萝卜种植农艺要求。     

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5～10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,...     

玉米大豆兼用腔盘组合孔式排种盘设计与充种性能试验

针对玉米大豆带状复合种植条件下传统机械式排种器不易实现二者兼用精量排种要求、现有气力式排种器排种速度提高因型孔漏充存在漏播断条等问题,设计了一种具有腔盘组合孔结构的排种盘,分析确定了排种盘关键结构参数,构建了吸附过程和吸运过程力学模型。应用EDEM离散元仿真与台架试验相结合的方法进行了排种盘型式优选试验,结果得出：腔盘组合孔式排种盘具有提高充种室种群定向运移平均速度和增大拖拽充种角的作用,有效抑制了型孔漏充率。以安装优选种盘的玉豆兼用排种器为对象,以机组前进速度和工作负压为试验因素,以漏充率和充种合格率为试验指标,采用二因素全因子试验设计开展了充种性能试验,结果表明：当机组前进速度为4.0～7.0 km/h、工作负压在3.0～4.0 kPa时,玉米和大豆种子漏充率均小于3.6%、充种合格率均不小于96%。田间验证试验表明,在机组前进速度为4.0～7.0 km/h、工作负压为3.0～4.0 kPa条件下,腔盘组合孔式排种盘的排种器播种玉米和大豆漏充率分别不大于3.8%、4.2%;当工作负压为3.0 kPa、机组前进速度为7.0 km/h时,自扰动腔盘组合孔式排种盘相比无扰动平面排种盘,播...     

气吸与机械辅助附种结合式玉米精量排种器

针对气吸式排种器播种玉米时漏播率较高、地头漏播严重等问题,设计了一种采用机械托种盘辅助附种的气吸式玉米精量排种器,利用托种盘窝眼对种子的托附和夹持作用,实现对气吸式排种盘的辅助附种.分析并确定了排种器工作区域和托种盘主要结构等关键参数.试验结果表明:在前进速度6～12 km/h时,该排种器的粒距合格指数A≥91.40％、重播指数D≤3.82％、漏播指数M≤4.78％、合格粒距变异系数C≤18.37％,具有良好的排种效果.在10 km/h作业速度下,该排种器(真空室相对压力-3 kPa)的各项性能指标均明显优于常规气吸式排种器(真空室相对压力-4 kPa),其中漏播指数比后者相对降低了29％.     

籽用瓜联合收获机捡拾器试验研究

为提高籽瓜机械化收获作业质量,满足农艺要求,改进设计了籽瓜联合收获机的捡拾器,阐述分析了捡拾器总体结构及工作原理,优化了活动机架底板、捡拾弹齿和弹齿座杆总成结构参数。为研究捡拾器最佳工作参数,以行走速度、捡拾装置转速和座杆间距为试验因素,捡拾破损率和漏捡率为试验指标,进行了三因素三水平的正交试验,通过极差分析找出各性能指标影响因素的主次顺序和较优组合。试验结果表明:当行驶速度为1.5 km/h、捡拾装置转速为1 5 0 r/min、座杆间距为5 0 8.0 mm时,捡拾作业性能最优,其捡拾破损率为6.7%,漏捡率为3.2%。田间适应性收获试验表明:捡拾器对不同大小类型籽瓜品种均具有良好的适应性。     

气吸式玉米排种器清种机构参数化设计与试验

为解决气吸式玉米排种器重播指数高和难以保证清种机构设计合理性的问题,优化设计了气吸式排种器的清种机构。通过定义种子被吸附时占据型孔直径的比值概念,建立了清种过程数学模型,分析了清种过程的运动机理,得出种子被吸附所需占据型孔直径的比值随种盘型孔中心线速度变化不明显,但随型孔直径的增大明显降低;分别对清种机构安装位置、锯齿边缘倒角、清种曲线进行了分析和设计,建立了适于气吸式排种器清种机构的参数化数学模型,并分析得出影响清种机构形状的关键因素为种子尺寸和种盘型孔所在半径;采用DEM-CFD耦合仿真方式对清种过程模拟分析,验证了所设计的清种曲线能够起到很好的逐级清种作用,并得出种子所受清种冲击力的大小顺序为大扁形、小扁形、类圆形。采用优化后的清种机构与上代排种器进行对比试验,结果表明,在风压为-3 kPa、作业速度为8～14 km/h时,优化后的排种器合格指数不小于92. 0%,重播指数不大于1. 6%,漏播指数不大于6. 3%;优化后的清种机构能够在降低重播指数的同时减少漏播,有效地提高了合格指数,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性,从而验证了清种机构参数数学模型的合理性,可为气吸式排种器清种机构设计提供理论依据。     

驱导组合槽辅助附种气吸式花生高速精量排种器研究

针对现有气吸式排种器在进行花生高速播种作业时重播、漏播现象严重等问题,设计了一款驱导组合槽辅助附种气吸式高速精量排种器,在设计排种盘时将搅种凹槽、取种槽口、吸种型孔组合设计构成组合槽,实现扰种、驱种、辅助附种作用,保证高速作业时的排种性能。通过理论建模分析验证了排种盘结构设计的合理性并初步完成了关键参数的确定,借助离散元仿真软件对种群运移情况受关键参数的影响规律进行了分析,并进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,对结构参数进一步优化;得出搅种凹槽、取种槽口尺寸及作业速度均会对排种性能造成显著影响,并得出最优排种器参数组合：搅种凹槽深度3 mm、基圆半径70 mm;取种槽口左右端面上沿距离24.0 mm、下沿距离19.1 mm、深度10.5 mm、排种盘外周到取种槽口后端面距离24.0 mm。在该参数组合下,当风压为-6 kPa、作业速度为6～12 km/h时,粒距合格指数不小于93.33%,重播指数不大于3.52%,漏播指数不大于4.02%,破损指数不大于0.32%,具有良好的作业性能。     

单盘双条精密播种机"零速"衩形导种管的设计

大豆"暗垄密"农艺技术能够显著提高大豆产量。为解决单垂直圆盘双条气吸式排种器的输种问题,根据"暗垄密"农艺技术要求,通过对现有播种机导种管的分析,设计了适于单盘双条高速精密播种的"零速"衩形导种管,并提出了"零速"导种管的设计理论,为"零速"导种管设计提供了理论依据。实践证明,"零速"衩形导种管能够实现单垂直圆盘双条排种器的前后分种,并能够左右分条,基本能实现"零速"投种。     

基于行星轮系的玉米穴施肥自动对种系统设计与试验

玉米播种同步穴施肥是提高肥料利用率的有效手段，本文针对现有穴施肥装置用于精量播种作业时种肥相对位置无法实时检测和控制的难题，设计了一种玉米自动对种穴施肥装置。提出了基于行星轮系的自动对种方法，在确保种距和肥距相等的前提下实时调节排种盘和排肥盘相位差，实现播种作业过程中种肥相对位置的实时调控。通过分析机具前进速度、排种器排肥器间距、株距等对落种落肥位置的影响，得到种肥相对位置计算方法，设计了穴施肥自动对种控制算法。搭建了基于STM32F103的控制系统，并完成硬件系统和软件系统的设计，可完成落种落肥等信息的检测和种肥相对位置的实时调控。验证试验结果表明，当前进速度分别为3、4、5、6 km/h时，种肥纵向平均间距分别为8.6、6.1、11.7、8.5 mm,满足对种穴施肥需求。     

马铃薯播种机排种机械化种植技术研究

马铃薯是我国一种重要经济作物,在我国有较大的种植规模。为实现马铃薯种植的机械化,基于传感器和单片机技术,结合现有的马铃薯播种机,设计了一种新的排种系统,以解决马铃薯播种过程中的漏播和重播问题。该排种系统由操作显示屏、速度感应装置、数据分析模块、挡板控制器和报警装置几个部分组成。工作时,通过速度感应装置获取播种机的行进速度,然后由数据分析模块根据所设定的播种株距计算挡板开关的频率并进行控制,以达到精准播种的效果。对装载该排种系统的马铃薯播种机在4种不同行进速度工作时,进行薯种漏播率、直播率和株距数据调查,发现漏播率和重播率都很低,远远小于行业标准,且种植的株距与设定值差异很小,具有较高的精确性,能够很好地满足马铃薯种植的要求;其行进速度在0.8m/s左右时,种植质量和作业效率同时达到最佳。