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。     

小区育种插装式排种器的设计

为提高育种试验机械化水平，降低试验劳动强度，按照小区育种播种机的技术要求，设计了一种插装式排种器，并以作业速度和株距为影响因素对其工作性能进行了测试。结果表明：作业速度为0.4～0.6 m/s，株距为8.5 cm时，粒距合格指数≥82.45%、重播指数≤13.38%、漏播指数≤4.16%，均达到优等品标准；株距为4.0 cm时，合格指数≥65.25%，达到一等品标准；重播指数≤13.87%，达到优等品标准；漏播指数≤19.50%，达到一等品标准。示范试验表明该排种器结构及排种性能满足小区育种农艺要求。     

玉米精量排种器性能分析与对比试验

为掌握国内常见4种玉米精量排种器对速度的适应能力,采用单因素试验的方法,考察前进速度对合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数的影响。试验结果及方差分析结果表明:低速时各排种器工作均较稳定,高速时机械式排种器工作性能明显下降,气力排种器工作性能优于机械式排种器;当前进速度为12 km/h时,气吹式排种器的合格指数和漏播指数最佳,分别为89.93%和3.29%,气吸式排种器的重播率最低,为2.06%。     

开沟-排种单体式人参精密播种机设计与试验

针对人参播种机械化率低的现状,本文设计了一种开沟-排种单体式人参精密播种机。通过对链勺式人参精密排种器落种点、双圆盘开沟器工作性能和结构参数的分析,确定了开沟-排种单体的关键参数,设计了整机传动系统,可实现株距调整。利用土槽试验台架,选取作业速度、开沟深度、开沟器与排种器相对水平距离为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,设计了二次回归正交旋转组合试验。结果表明：当作业速度为0.42m/s、开沟深度为45mm、开沟器与排种器相对水平距离为95mm时,合格指数为94.53%,重播指数为4.308%,漏播指数为1.165%。为验证播种机的工作性能,加工2BS-10型开沟-排种单体式人参精密播种机,并进行了田间试验,结果表明：当株距为4cm时,播种机的合格指数为92.7%,重播指数为5.0%,漏播指数为2.3%,播深合格率为95.1%,未发现伤种情况,满足我国非林地人参种植的播种要求。     

株距无级调节器试验及输出函数模型研究

株距无级调节器要进行株距的无级调节,必须要建立株距无级调节器转入转速、输出转速、调节架位移和株距之间的函数模型。滑移率是指播种机工作时地轮滑动成分所占的比例,滑移率是影响播种质量的重要因素。为此,利用齿轮转速传感器测得播种机的滑移率,然后反馈给株距无级调节器的控制系统,通过调节株距无级调节器的调节架位移来改变理论播种株距,从而减小滑移率对播种质量的影响,提高播种的均匀性。     

气流辅助高速投种精量播种机压种装置设计与试验

气流辅助高速投种能够减小种子在导种管内因与管壁碰撞而产生的株距变异，但气流作用增大了种子落地的初速度，导致落地后弹跳对株距均匀性产生影响。为此，设计了一种适于气流辅助高速投种的精量播种机压种装置，在种子落地时，利用压种轮与土壤双向挤压作用实现种子精准定位。将压种装置安装在大豆精量播种机上进行了田间试验，结果表明，作业速度、导种管末端与压种轮的水平距离对株距合格指数、变异系数影响均显著，种子投射角对株距合格指数影响不显著、对株距变异系数影响显著。采用压种轮、压种舌和无压种条件下的对比试验表明，压种轮能够显著减少种子落地弹跳，采用压种轮的株距合格指数、变异系数明显优于采用压种舌和无压种条件，压种轮最优工作参数组合为作业速度9.5km/h、投射角30°、导种管末端与压种轮的水平距离75mm，在此工作条件下株距合格指数、变异系数分别为95.68%、10.32%。     

三七压穴精密排种装置设计与试验

三七播种株行距均为5 cm左右,属于密集精密播种,为实现三七高密度精密播种,克服开沟易堵塞的难题,设计了一种三七压穴精密排种装置。阐述了三七压穴精密排种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,以云南省文山市三七种子为研究对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种装置进行排种性能试验,选取压穴柱直径、前进速度、投种点到压穴点水平距离为试验因素,建立了合格指数、漏播指数、重播指数、各行排量一致性变异系数的数学模型,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响规律。结果表明,影响合格指数的因素主次顺序为:压穴柱直径、投种点到压穴点水平距离和前进速度。通过参数优化,确定了最优参数为压穴柱直径24. 5～29. 5 mm、投种点到压穴点水平距离330 mm、前进速度0. 44～0. 61 m/s,此时合格指数大于90%,漏播指数小于5%,重播指数小于5%。经2BQ-15型三七精密播种机整机试验可知,作业速度为0. 35 m/s时,播种机合格指数最高为93. 5%,满足三七播种要求。     

2BM-5型气吸式免耕播种机田间播种性能试验

为提高2BM-5型气吸式免耕播种机的播种精度,对该机关键部件改进优化后,进行了田间播种性能试验。结果表明:播种机传动轮的滑移率为5.7%,轮子下陷深度均值17mm,前进速度为3~5km/h的范围内播种深度保持在30~70mm之间,破土宽度在前进速度为3~5km/h的范围内保持在50~100mm之间,粒距合格指数为86.01%,重播指数7.74%,漏播指数6.33%,平均合格粒距变异系数4.86%,各行排肥量一致性变异系数均值为3.44%,总排肥量稳定性变异系数均值为0.26%,播种深度合格率均值为89.81%,排肥深度合格率均值为88.23%,均符合免耕播种技术指标。     

大豆窄行密植平作高速气吸式精密播种机性能试验

研制了一台与窄平密栽培模式相配套的大型气吸式精密播种机,并对其进行了田间试验,介绍了播种机的结构、特性及其技术参数。从大豆种子的株距、播深和施肥状况3个方面对该播种机的工作性能进行评价,结果表明:理论株距8cm时,株距合格指数76.7%,重播指数9.5%,漏播指数13.8%,变异系数23.6,播种深度合格率85.19%;理论株距6cm时,株距合格指数77.4%,重播指数8.3%,漏播指数14.3%,变异系数21.6,播种深度合格率85.13%。以上指标均达到了《中耕作物精密播种机产品质量分级》中一等品的标准,同时侧深施肥也满足农艺上的要求。     

集排式大豆精量排种器设计与试验

为了简化播种单体结构,提高播种质量,适应大豆窄行密植农艺对播种机的要求,设计了一种集排式大豆精量排种器。阐述了该排种器滑落吸种、碰撞清种工作方式,通过对充种区域的种子进行受力分析,确定了种子吸附时排种器所需气压范围;分析下落种子相对滚筒的速度及其通过吸孔的次数;对多自由度密封结构进行了受力分析,确定了气室铰接的结构参数;应用高速摄像技术,选取合格指数A、重播指数D、漏播指数M为试验指标,气压、作业速度为试验因素进行了双因素重复试验。试验结果表明:当气压为3、4 k Pa,作业速度为4~12 km/h时,合格指数随作业速度增大呈下降趋势;当气压为5、6、7 k Pa,作业速度为4~12 km/h时,合格指数随作业速度增大呈先上升后下降趋势;漏播指数随气压增大呈下降趋势,且随作业速度增大呈上升趋势;当气压为5 k Pa,作业速度为4~12 km/h时,合格指数大于95%,漏播指数小于2%,该排种器能够满足播种要求。     

2BQ—27型三七精密播种机排种性能试验研究

通过对2BQ—27型三七精密播种机排种性能影响因素进行分析,得到影响排种器排种性能的主要因素是种子箱内种子质量、播种机前进速度、开沟深度。为得出试验因素与各试验指标(合格率、重播率、漏播率)的一般规律和相互关系,分别以种子箱内种子质量、播种机前进速度、开沟深度作为自变量,播种合格率、重播率、漏播率为因变量的单因素试验,确定出种子箱内种子质量、播种机前进速度、开沟深度的工作参数。为进一步验证所选因素对试验指标的影响程度,采用三因素三水平(种子箱内种子质量:1 000g、1 500g、2 000g;播种机前进速度:3m/min、4m/min、5m/min;开沟深度:10mm、15mm、20mm)的正交试验研究。通过对试验结果的极差和方差分析,得到试验结果的最优组合。试验结果显示:当种子箱内种子质量为2 000g、开沟深度为15mm、播种机前进速度为3m/min时,排种器的排种性能最佳:播种合格率为92.5%、漏播率为3.09%、重播率为4.25%。     

2MBYJ-2型玉米膜上精密播种机排种机构设计与试验

为进一步提高玉米播种机的作业性能,针对现有玉米播种机铺膜不能精密播种的问题,设计了新型的玉米膜上精密播种机构,确定了导种机构和投种机构的主要结构参数,并对导种机构中无导种板装置和有导种板装置分别进行了导种作业性能试验。试验结果表明,在不设导种板装置的情况下,为了保证导种成功率＞90%,机器的前进速度需＜3.4 kmh。增设导种板装置的性能试验显示,当机器的前进速度达到6.8 kmh时,导种的成功率也可达95%以上。研究结果为玉米膜上精密播种机的开发提供重要技术参考。      

玉米高速精量播种机正压气流辅助吹送导种装置研究

玉米播种机高速、精量作业时,投种点高,种子因剧烈碰撞,而导致粒距均匀性差,为此基于文丘里原理,设计一种利用正压气流辅助输种的导种装置,确定了导种装置的主要结构和关键参数。分析了气流辅助输种,实现“零速投种”的机理。采用DEM-CFD耦合仿真方法模拟导种装置的工作过程,通过对比分析气流场、种子的出射速度,确定进气室收缩角为70°、进气室收缩段长度为8.2 mm。利用排种器性能测试平台进行速度匹配试验、弹跳试验、作业性能试验和对比试验,结果表明：作业速度为8～16 km/h、粒距为20～25 cm时,合格指数不小于85.7%;粒距变异系数不大于15.8%。与重力式导种管相比,作业速度越高,正压气流辅助导种装置的优良作业性能越突出,作业速度为16 km/h时,粒距合格指数增加13.6个百分点,粒距变异系数减少7.4个百分点,满足高速条件下精量输种的要求,有利于提升高速精量播种机整体作业性能。     

链式玉米精量播种机的设计与试验

针对播种过程中出现的投种点高、种子与排种器和开沟器碰撞致使种子下落位置随机、播种均匀性差的问题,设计了一种链式玉米精量播种机。该播种机主要由外槽轮式排种装置、链式送种装置、传动装置及镇压装置等组成,窝眼轮式排种器精量取种与勺链式穴播器定点投种联合完成播种作业。为研究播种机前进速度、投种包角及投种高度对投种装置性能的影响,以播种株距合格率为指标进行了正交试验。结果表明:投种高度对株距合格率的影响显著,播种机前进速度对株距合格率有一定影响,投种包角对株距合格率的影响不显著;当播种机前进速度为1.5~2m/s、投种包角为30°~45°、投种高度为25~30mm时,株距合格率为96.79%~99.6 7%。田间试验表明,该玉米精量播种机的株距合格率大于9 5%,单粒率≥9 0,空穴率小于5,满足玉米精量播种的要求。     

大豆集排带式排种器设计与试验

为简化播种单体结构,适应大豆窄行密植农艺对播种机的要求,设计了一种大豆集排带式排种器。阐述了该排种器的基本结构和工作原理,并通过理论分析确定了关键部件结构参数。应用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法进行了参数优化试验,建立了以气压、作业速度、清种振动频率为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标的数学模型,分析了各因素对合格指数、重播指数、漏播指数的影响规律。确定最佳参数组合为:气压4. 4 kPa、作业速度10. 5 km/h、清种振动频率44. 6 Hz,此时排种器性能指标为:合格指数90. 65%、重播指数1. 97%、漏播指数7. 38%。表明该排种器满足播种机的技术要求。     

2BD-2型玉米无膜浅埋滴灌播种机的研制与测试

通过对内蒙古西辽河平原地区玉米播种机现状进行调研,研制了适宜当地条件的2BD-2型玉米无膜浅埋滴灌播种机,该播种机可以一次性完成开沟、施肥、铺带、播种、覆土、镇压全工序。田间测试表明,该播种机株距控制在233~400 mm、行走速度控制在3.5~4 km/h之间进行作业时,能够完成日播种面积4.2~4.8 hm2,重播指数≤2%,漏播指数≤2%,播种效率和效果较佳。     

水稻精量旱穴直播电驱排种设计与试验

针对地轮滑移造成播种机播种不均、漏播及株距调节精度不高的问题,以水稻精量旱穴直播机为对象设计了一种电驱控制系统代替传统的地轮驱动排种。该控制系统以GPS模块(伪距单点定位)和霍尔元件两种传感器进行速度检测,分别测试了3～4km/h、4～5km/h、5～6km/h和6～7 km/h等4种作业速度下的速度值,并检测了株距为20cm时两种测速装置的播种情况。试验结果表明:霍尔传感器在低速作业下速度值更稳定;速度越高,标准差越大;作业速度在3～5km/h时两种传感器的电驱控制系统播种合格率均大于80%,符合播种作业要求。本研究为单点定位GPS模块和霍尔传感器应用于旱田农机具测速系统提供了参考。     

油菜精量联合直播机随速播种控制系统设计与试验

针对传统油菜精量直播机多采用被动式地轮驱动排种器,高速时地轮易打滑,导致漏播、断条等现象,影响高速作业精量播种效果,且手动变速箱调整播量难以实现播种粒距、播量的精准调节等问题,设计了一种以STM32为主控器,通过蓝牙模块与手机端微信小程序进行实时数据交互的油菜随速播种控制系统。该系统采用地轮编码器和北斗接收器两种模式分别获取拖拉机低速和中高速作业时的前进速度,主控器分析各传感器数据并生成电机控制指令驱动闭环步进电机带动排种轴转动,实现排种轴转速与拖拉机前进速度匹配及无级播量调节;同时利用微信小程序设置目标粒距、传动比、地轮直径等参数以适用于不同类型播种机,并显示总播量、播种面积等关键参数;分析得出吸附种子临界负压为1477Pa,切换测速方式临界速度为3.7km/h,测速范围为1.44~12.77km/h,电机调速频率为5Hz。台架试验结果表明：随速播种控制系统播种性能优于恒定转速播种,播种速度2.6~7.8km/h时粒距合格指数大于87%。田间试验结果表明：本系统搭载一器双行正负气压组合式油菜精量排种器在作业速度为1.44~7.99km/h时播量误差小于3.9%、粒距合格率不低于84%,满足随速播种要求。     

气吸式小麦电控播种系统的设计与试验

传统的小麦播种机在播种作业中,地轮为排种器提供动力,其会受到田间复杂环境的影响而产生打滑现象,降低了播种均匀性,小麦播种质量受到较大影响。为实现小麦精量播种,结合气吸式小麦排种器设计了电控排种系统。系统利用旋转编码器测得机具行进速度,控制器依照预先设定的株距参数,分析得出合理的排种器转速并对电机进行控制,实现可控株距的小麦单粒精量播种。试验台排种试验结果表明:排种器的排种合格指数为88.05%,重播指数为3.64%,漏播指数为6.96%,合格粒距变异系数为23.07%,播种质量指标符合JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》,满足小麦精量播种的农艺要求。     

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。