窄行密植西洋参精密播种机设计与试验

针对现有条播或大行株距穴播机难以满足西洋参窄行密植精密播种农艺要求、西洋参机械化种植缺乏适用播种机械的问题,设计了一种采用多行并联气力针式排种装置和行星轮点播式导种装置的窄行密植西洋参精密播种机。阐述了播种机及排种装置结构原理与整机传动方案,重点设计了行星轮点播式全约束导种装置,通过机构分析确定了行星轮系的结构参数;通过卸种过程理论分析和高速摄影试验,明确了卸种轨迹影响因素和卸种水平位移,确定了导种装置插播器接种口尺寸和合适卸种正压;通过导种轨迹理论与仿真分析,明确了插播器运动规律和低位零速投种条件,确定了导种装置投种控制凸轮轮廓。播种机田间试验结果表明,当吸种负压为-4.5 kPa、卸种正压为3.0 kPa、作业速度为0.54 km/h时,设计的播种机穴粒数合格率为86.2%,重播率为4.4%,空穴率为9.4%,播深合格率为92.8%,穴距合格率为93.9%,满足西洋参播种农艺要求。     

高地隙履带自走式中间条铺油菜割晒机设计与试验

针对常规油菜割晒机结构复杂,对长江中下游地区油菜种植需开畦作沟、小田块间沟梗交错等适应性不足,作业参数对铺放质量的影响关系不明确,导致机具通过性和铺放质量有待提高等问题,设计了一种高地隙履带自走式中间条铺油菜割晒机,开展了高地隙履带式动力底盘、横向输送装置、切割系统、液压驱动系统等的设计与选型,结合油菜栽培农艺开展了中间植株与两侧植株的铺放过程分析,明确了直接与间接影响铺放质量的植株参数、割晒机技术参数与栽培农艺要求。为验证整机性能,开展了机具通过性能试验与田间试验。性能试验结果表明：割晒机在硬质路面与松软土壤条件下直行平均偏移程度分别为0.73%和1.28%,单边制动条件下平均转弯半径分别为1.91m和2.03m,上下斜坡、翻越田埂、跨越畦沟过程较为平稳。田间试验结果表明：当机组前进速度为0.7m/s、拨禾轮转速为30r/min、横向输送装置转速为240r/min、割刀曲柄转速为320r/min时,收获绿熟期油菜的平均铺放宽度与平均铺放高度分别为968.7mm和389.4mm,平均铺放角为13.3°,上下层铺放角度差为3.5°;收获黄熟期油菜的平均铺放宽度与平均铺放高度分别为956.8mm和468.3mm,平均铺放角为13.6°,上下层铺放角度差为4.4°;收获不同成熟期油菜的铺放质量基本满足实际生产需求,履带式动力底盘左右两侧对厢面碾压程度基本一致,整机左右质量分配相对合理。     

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM 的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明：显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明：旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。     

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。     

不同油菜品种适栽期机械化移栽植株形态特征研究

油菜机械化移栽效果取决于移栽机栽植执行器结构和运动参数与移栽苗植株形态特征的耦合度。该文针对当前油菜移栽机械化程度低植株形态特征与栽植机构不匹配的实际问题,选择8个甘蓝型杂交油菜品在播种后28～40 d的适栽期内,应用LA-S系列植物图像分析仪进行了植株形态特征（苗长、苗幅宽、株形锥角、根长和根直径）的系统试验研究,并根据试验结果分析确定了油菜移栽机鸭嘴式栽植器部分结构参数和工作参数的合理设计区间。试验结果表明：不同油菜品种苗长、苗幅宽、株形锥角和根长差异显著;油菜苗播种后28～40 d适载期内植株形态特征服从正态或偏态分布;所构建的播种后28～40 d的适栽期内植株形态特征的生长模型表明,不同油菜品种的植株苗长、苗幅宽、根长和根直径等特征随生长时间增加呈正线性关系,平均相关系数为0.9736;株型锥角呈负线性关系,平均相关系数为0.9818。研究表明,油菜移栽应优选适应机械化移栽的品种,并根据植株发育形态调整油菜苗移栽时间,实现油菜机械化移栽的农机农艺融合。该研究可为油菜移栽机结构设计和优化提供依据。     

油麦兼用型气送式集排器供种装置设计与试验

为提高气送式集排器的兼用性和精量控制供种量,设计了一种油麦兼用型倾斜锥孔轮式供种装置。该文阐述了油麦兼用型供种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,构建了充种和供种过程种群微段的力学模型;台架试验研究了型孔结构、转速和锥孔轮数量对供种速率及其稳定性变异系数和破损率的影响。结果表明:倾角为20°的锥柱状型孔的供种性能较优,油菜、小麦的供种速率稳定性变异系数分别低于1.0%和1.1%,破损率均低于0.1%;转速为10~60 r/min时,供种速率随转速增加而增加,其稳定性变异系数呈先降后升的趋势,供种油菜、小麦较优转速范围分别为10~40 r/min和20~50 r/min;油菜、小麦的供种速率范围分别为28~450 g/min和95~770 g/min,以锥孔轮数量和转速为自变量建立了二次多元回归供种速率预测模型,模型验证的试验值与理论值的偏差在5%以内。该研究提出的倾斜锥柱状型孔交错排布和组合式锥孔轮的结构可实现油菜、小麦兼用供种及变量调节供种速率,为油麦兼用型气送式集排器适应不同作业幅宽播种提供了依据。     

油菜离心式精量集排器枝状阀式分流装置设计与试验

为提高油菜离心式精量直播机排种器田间作业的适应性,特别针对机组作业时存在倾斜、颠簸等工况,设计了一种多阶分-合分流装置。以枝状阀式分流装置为研究对象,分析了影响种子分流效果的影响要素,运用离散元仿真软件EDEM对分流装置结构形式开展了正交旋转试验,建立了集排器各行排量一致性的四元二次回归模型;利用3D打印技术加工成型枝状阀式分流装置,并与1阶分流装置进行倾斜对比试验。结果表明:枝状阀式分流装置1阶分流单元分枝长度为59.95 mm、2阶分流单元上部长度为66.11 mm、分流角度为89.74°、管径为7.12 mm时,其排种性能最优;在0°~25°倾角范围内,枝状阀式分流装置的各行排量一致性系数不大于5.71%,优于1阶分流装置,且可适应中高速(9 km/h)播种作业,满足油菜种植农艺要求。     

高粗茎秆农作物切割刀片试验研究

针对高、粗茎秆农作物无适用切割装置和切割刀片性能不佳,研制了回转式切割器及配套切割刀片,并分析了切割刀片用材、结构和金相显微组织等对切割效率与使用寿命的影响。计算和田间试验结果表明:设计的刀具结构合理,刀片切割效果好,使用寿命长,田间适应性强,适宜于高、粗茎秆农作物的收割,生产效率高,推广前景广阔。     

犁旋组合式稻茬全量还田油菜直播种床整理机设计与试验

针对长江中下游地区稻茬田土壤黏重板结、地表秸秆量大且禁止焚烧导致油菜直播时机具易堵塞缠绕的难题,设计了一种犁翻埋茬、旋耕碎土、侧边作畦开沟的油菜直播种床整理机。该机主要由犁翻部件、旋耕部件及开畦沟部件组成,可实现秸秆全量还田、碎土平整及开畦沟功能;基于土垡运动规律确定了扣垡犁导曲线、直元线角及犁体尾翼长度等关键犁体曲面参数和犁体数量及距离等布局结构参数。田间试验显示：当机组前进速度由3.3 km/h增加至4.2 km/h时,整机牵引阻力增加了23.7%,功耗增加了57.2%。在旋耕深度相同作业条件下,当机组前进速度分别为3.3、4.2 km/h时,由于增加了犁翻部件,整机总功耗相比于单个旋耕机独立作业分别增加12.3%、20.7%,但有效提高了机组的通过性和整地的作业质量。与单个旋耕机相比,在2种工况下,整机的平均碎土率为92.8%,提高了2.6%,耕后地表平整度平均为11 mm,提高了39.0%,秸秆平均埋覆率为92.9%,提高了22.2%。试验表明,设计的整理机各项性能参数均满足油菜种植农艺要求。     

油菜精量直播机气力式排种系统稳压控制方法与试验

针对气力式油菜精量联合直播机因拖拉机后输出轴转速变化影响气力系统中风机工作转速,导致排种器工作气压波动,进而降低排种性能的问题,提出一种基于溢流释压的气力系统稳压控制方法,即通过测试风机实际转速变化情况、风机转速与气力系统气压关系,确定溢流阀预设气压值,根据该预设值计算溢流阀的释压弹簧结构参数和工作参数,并通过流量-压力理论分析和稳压控制性能试验验证参数有效性。以2BFQ-6型油菜精量联合直播机气力系统为对象,利用该方法开展稳压控制试验:通过田间测试确定播种机组在田间稳定作业时风机工作转速变异系数达8.15%,结合测定的气力系统风机转速与气压关系,确定风机实际工作转速应在2 020~2 620 r/min范围内,正负气压阀溢流稳压控制预设值分别为1 000和-5 500 Pa;通过溢流释压阀结构及释压特性分析,确定采用中径30 mm、节距10 mm、有效圈数8圈、线径为1.0、1.5 mm的碳素钢丝圆柱螺旋弹簧作为正、负压释压阀的释压弹簧,其弹簧调节螺栓预压缩量分别为6.7和7.8 mm;稳压控制验证试验表明设计的稳压控制系统将排种器气室正压、负压偏差率分别降低45%和110%,使气室气压保持在适宜范围内,气压控制响应灵敏性及稳定性均满足要求;当风机工作转速在2 000~2 700 r/min范围内变化时,排种器的排种量变异系数减小2.68%,提高了排种稳定性。研究表明提出的溢流释压稳压控制方法可有效解决油菜直播机田间作业时排种器工作气压波动大、排种量稳定性差的现实问题,可为播种机设计、气力式排种系统性能优化提供参考。