基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。     

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％.     

玉米免耕播种机滚筒式防堵机构的设计与试验

针对中国一年两熟地区麦茬地免耕播种玉米时小麦秸秆和杂草等易对播种机开沟器形成堵塞的问题,该文设计了一种驱动滚筒式主动防堵机构。依据流体力学边界层理论并结合对比试验分析得出滚筒的适合形状为抛物线型,将滚筒与秸秆的相对运动简化为均匀流对圆柱体的有环量绕流,得出滚筒的适宜转速。田间试验表明,驱动滚筒式防堵机构能有效防止秸秆杂草等对开沟器的堵塞,有较好的工作效果。在施肥开沟器与播种开沟器之间设置了张角为30o的分禾栅板,避免秸秆杂草等重新落入种沟而造成种子播在地表形成晾种。     

农田秸秆覆盖率检测方法与试验

针对秸秆覆盖率检测准确率易受光照不均匀影响以及现有检测方法对无秸秆图像检测精度较差的问题,提出一种基于图像行平均灰度标准差分类及图像分块可变阈值检测法。首先通过计算图像的行平均灰度标准差对图像进行分类,将标准差小于阈值的图像判断为无秸秆覆盖;然后将标准差大于阈值的图像划分成多个子块,对每个子块分别采用最大类间方差法进行阈值分割;最后将所有子块重新组合,用基本的形态学法计算目标图像的秸秆覆盖率。试验结果表明,该方法在很大程度上减少光照不均匀对检测结果的影响,对秸秆均匀分布图像的检测误差为2.87%,对无秸秆覆盖图像的检测误差为0.45%,能够提高农田秸秆覆盖率检测方法的适用性。     

小麦播种实时监控系统设计与试验

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN 模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态（正常、堵塞和空管）,计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

基于玉米播深控制的农田地形模拟系统设计与试验

开展了玉米播种单体试验台用仿形机构研究，设计了一种可适用于地形上下起伏和地形倾斜的农田地形模拟系统。系统由地形模拟机构、液压系统、电控系统等组成。重点对地形模拟机构进行数学建模，得出了被仿形地形倾斜角与液压缸伸缩的几何关系，并计算确定了地形模拟机构机械尺寸参数。对液压缸进行受力分析，在此基础上对仿形机构的液压系统参数进行了理论计算，确定了液压系统参数，集成电控系统形成了农田地形模拟系统。对农田模拟系统进行了地形模拟试验，在2.0m/s作业速度下高程模拟误差平均值为1.61mm，坡度模拟误差平均值为0.56°。试验结果表明，农田地形模拟系统对地形高程和坡度模拟的快速性和准确性能满足农田地形模拟的要求，为播种播深控制系统试验提供了试验平台。     

基于超声波传感器的小麦追肥精准评估系统研究

针对小麦追肥作业过程中开沟器易损苗伤根、追肥位置准确性无法评估的问题，基于超声波传感器设计了小麦追肥精准评估系统，提出一种基于超声波传感器阵列交叉探测小麦追肥行的方法，实时评估追肥机具作业精度。系统由作业轨迹检测部分、数据采集部分和数据分析评估部分组成，依靠安装在追肥机具上的超声波传感器交叉扫描小麦追肥行，检测追肥机具作业轨迹。采集器实时采集超声波传感器数据，记录追肥机具作业轨迹，采用阈值滤波算法对异常数据进行筛选和剔除，利用卡尔曼滤波算法最优估计当前时刻电压，根据目标电压和最优估计电压计算追肥机具偏移距离，进行追肥机具作业精度评估。田间试验结果表明：追肥机具作业速度为3~4km/h时，评估系统能够准确检测出追肥机具作业精度，偏移误判率为9%，最大误差距离为3.15cm，误差距离在2cm之内的占比超过90%，标准差均值为2.10cm，与实际作业情况相符。本评估系统可以实现在小麦追肥作业过程中，实时对追肥机具作业精度量化评估，为小麦精准对行追肥作业精度评价提供了一种新的测量手段。     

玉米种子分级处理对气力式精量排种器播种效果的影响

该研究的宗旨是考察玉米种子分级处理对气力式精量排种器播种效果的影响。将玉米种子按形状和大小分为4级,分别用气吹式和气吸式2种精量排种器进行试验,以考察种子分级对合格、重播、漏播等播种指标的影响。试验表明：气吹式排种器对玉米种子形状和大小变异的适应性较强;对于气吹式排种器而言,在满足播种指标要求前提下,种子分级对其播种合格指数、重播指数影响显著,对其漏播指数和变异系数影响不显著,圆形种子合格率为96%,扁平种子合格率为87.4%,优势明显;而对气吸式排种器而言,分级后对各项质量指标的影响不显著,且出现较多播种不合格情况,说明即使进行种子分级也未能明显改进其播种性能。试验条件下,气吹式精量排种器的播种质量指标优于气吸式精量排种器。     

玉米精量播种机同位仿形半低位投种单体设计与试验

摘要：针对目前玉米精量播种机无法同时实现同位仿形和低位投种,导致行、株距均匀性差、播深不能精确控制的问题,该文设计了一种同位仿形半地位投种单体,在实现同位仿形的同时将投种高度降低了120～160 mm（与常规的具有同位仿形功能的玉米精量播种机相比）。分析并确定了仿形轮直径及其支臂长度、仿形轮挡块长度和倾角等关键部件的结构参数,使得播深有较大的调节范围,最小播深为40 mm,最大播深为90 mm,能满足大多数情况的播种需求。田间试验表明,该单体能很好地实现玉米的精量播种,其粒距合格指数为94.8%、重播指数2.9%、漏播指数2.3%、粒距变异系数15.1%、播深一致性系数88.3%,明显优于常规的高位投种单体的性能指标。     

基于滑板压秆旋切式防堵装置的秸秆摩擦特性研究

结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优缺点,开发了一种新型的滑板压秆旋切式防堵装置。针对秸秆能否顺利通过滑板压秆旋切式防堵装置主要涉及滑板与秸秆的摩擦系数及土壤与秸秆的摩擦系数的问题,该研究以华北一年两熟区主要粮食作物小麦和玉米的秸秆为研究对象,试验对比了Q235钢、不锈钢、木板和塑料4种不同滑板材料及含水率分别为10%、12.5%和15%的3种土壤对秸秆摩擦系数的影响;考虑免耕防堵装置作业时秸秆的状态,秸秆接触角度和秸秆接触部位也作为摩擦系数的影响因素。试验结果表明,滑板材料与玉米和小麦秸秆的摩擦系数分别满足:Q235钢不锈钢=塑料木板,不锈钢Q235钢木板塑料,单因素分析表明滑板材料和秸秆接触角度对滑板与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;含水率12.5%和15%的土壤与玉米秸秆的摩擦系数分别比含水率10%的土壤高0.08和0.09,差异显著,秸秆部位和秸秆接触角度对土壤与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;双因素分析表明,滑板与玉米秸秆的摩擦系数受滑板材料和秸秆部位及滑板材料和接触角度之间交互作用的影响,滑板与小麦秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响,土壤与玉米秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响;三因素分析表明各因素之间不存在交互作用;处理玉米秸秆时滑板材料宜采用Q235钢,处理小麦秸秆时滑板材料宜采用不锈钢材料。该研究为免耕防堵装置的设计提供了参考。