甘蔗种植机设计中两个问题的探讨

本文探讨了甘蔗种植机设计中两个重要参数的确定原则和计算方法。目前沿用的计算方法没有考虑橡胶管弹性变形后滚筒的有效作用半径要受蔗径影响这一因素，导致计算结果不够精确，对此作者提出了新的计算公式，成功地设计了配装在东方红－７５拖拉机上、具有大容量种蔗箱的ＺＣＺ２－９２型甘蔗种植机，而且对由于行走与排种不同步造成的实际误差也完全可以控制在农艺要求允许的范围内。     

广西甘蔗施肥专家系统的验证与应用效果研究

在分析、整理国内外甘蔗施肥经验、研究成果的基础上,运用专家系统的理论方法,设计出甘蔗施肥专家系统,指导农民合理施肥,系统能在多个专家水平级上进行施肥决策。由于我国种蔗面积分布广阔,土壤、气候、品种及耕种水平等差异大,在甘蔗合理施肥方面存在严重不规范问题,甘蔗施肥成果难于应用于生产实际。该项研究在解决这些问题的技术方面有较大突破。     

甘蔗测土配方施肥技术的研究与应用

根据多年甘蔗肥料试验的结果，提出了甘蔗测土配方施肥的有关技术参数，即产１ｔ甘蔗的需肥量、土壤的供肥能力和尿素、钙镁磷肥、氯化钾的当年利用率。把测土施肥计算公式应用于甘蔗，并作了改进。几年的推广应用结果表明，使用该项技术可以减少施肥的盲目性，减少对肥料的投资，增加甘蔗的产量和蔗糖分，提高经济效益。至１９９０年止，该项技术在广西川个县市的甘蔗产区推广应用，累计面积达８．６７万ｈｍ２以上。验收结果表明，有８８．６％的试验点比对照有明显的增产效果，平均增产９．７６５ｔ／ｈｍ２，蔗糖分提高０．３个百分点。     

水稻直播机气流式施肥监测系统设计与试验

针对水稻直播机施肥装置施肥过程中易堵塞及无法及时报警的问题,结合南方水稻直播施肥的农艺要求,该研究设计了一种水稻直播机气流式施肥监测系统,可以在施肥装置出现管道堵塞后进行报警提示。首先,对气流式施肥监测系统的整体结构进行设计。然后,对关键部件气流分流管道建立仿真模型,采用Fluent和Rocky软件进行气固耦合仿真试验,以肥料颗粒的动能变化量为指标,对气流分流管道的防堵性能进行试验,仿真试验结果表明,当气流分流管道进气口施加800 Pa气流时,肥料颗粒的动能提高了17.4%。最后,采用Box-Behnken响应面试验设计方法进行台架静态试验,以堵塞报警准确率为评价指标,得出较优工作参数为气流分流管道内径28 mm,进气口气压值700 Pa,施肥速率20 g/s;以较优参数进行田间试验,结果表明,堵塞报警准确率均大于90.0%,最高达96.7%;装置工作稳定性好,未出现装置失灵情况,可满足水稻施肥装置堵塞监测准确率要求,该研究可为水稻施肥堵塞报警监测提供参考。     

清种补种上提式甘蔗排种器设计与试验

针对甘蔗横向排种器因无序排种导致漏播指数高、排种合格指数低,致使出芽率低影响甘蔗总产量的问题,该研究设计了一种具有清种补种功能的上提式甘蔗排种器。首先对排种过程进行动力学分析,确定排种器的关键结构和工作参数。然后采用EDEM-RecurDyn耦合仿真分析,模拟蔗段与弹性板间的碰撞,分析蔗段的受力及运动,并通过推压试验确定弹性板的参数。为获得排种器的最佳性能参数,在单因素试验基础上,进行二次回归正交旋转组合试验。结果表明：一级清种补种区长度、二级清种补种区长度对漏播指数、重播指数、合格指数具有显著影响（P<0.01）;排种带速度对漏播指数具有显著性影响（P<0.01）,而对重播指数、合格指数影响不显著（P>0.05）。利用多目标优化方法确定最佳参数组合为：一级清种补种区长度13 cm、二级清种补种区长度16 cm、排种带速度97 mm/s。此时,漏播指数为1.7%,重播指数为3.5%,合格指数为94.8%;与常规上提式排种器的漏播指数6.9%对比,该排种器漏播指数降低了75%。该排种器可有效减少甘蔗播种的漏播指数、提高排种的合格指数,有利于实现甘蔗的精准种植。     

风送式水稻侧深精准施肥装置的设计与试验

针对中国水稻施肥机械化程度低,传统撒施肥料利用率低、施肥量大的现状,结合侧深施肥农艺特点,对风送式排肥方法进行了理论分析,研制了风送式水稻侧深精准施肥装置。该装置采用模块化设计与乘坐式插秧机配套使用,采用电机驱动排肥、风送肥料、全球定位系统(global position system,GPS)测速的工作原理,侧位深施化肥的施肥方式,采用车辆行驶速度与排肥驱动电机转速实时匹配的精准施肥控制方法。设备在黑龙江七星农场开展了田间实际作业试验。试验表明,该装置与插秧机配合使用时能一次性完成插秧与侧深精准施肥作业,当预置施肥量为300 kg/hm2,车辆稳定行驶速度为1 m/s时,施肥量偏差控制在5.82%以内,能够较好的满足实际生产需求。该研究为开展水稻变量施肥控制技术研究和水稻侧深施肥装置的研发提供了参考。     

同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机设计与试验

根据水稻旱直播同步施肥播种的农艺要求,研制了一种同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机,可同步完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业。该机器在2BDH-8型水稻精量旱穴直播机上增加施肥装置改装而成,根据水稻旱穴直播施肥农艺要求设计了排肥动力传动系统、排肥系统和施肥开沟器,排种、排肥动力均来自于拖拉机;采用锐角式施肥沟开沟器,在距种沟水平距离100～120mm处开出宽50mm、深50～70mm的施肥沟;采用外槽轮式排肥器将肥料排入施肥沟底,施肥后由播种机拖板刮土覆盖施肥沟。生产试验结果表明,机械定位深施肥的节肥增产效果明显,同等施肥量条件下,机械施肥播种处理与人工施肥播种处理相比,水稻分蘖能力平均增加6.9穗/蔸,增幅25.2%;相对叶绿素含量(SPAD值)平均增加8.9,增幅29.8%;氮素利用效率绝对值提高13.78%,增幅22.3%;氮素偏生产力每千克氮提高20.54kg,增幅46.3%;产量增加1411.5kg/hm2,增幅29.5%。同步开沟起垄施肥水稻精量旱直播机能同时完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业,且与人工施肥播种相比增产显著,研究结果可为指导水稻旱直播定位深施肥节氮栽培提供理论依据。     

基于感应计数的甘蔗种切割防伤芽系统的设计与试验

针对目前甘蔗种植机切种伤芽率高的难题,该文设计了一种基于感应计数的甘蔗种切割防伤芽系统。在甘蔗种输送过程中,该系统利用自行设计的电阻式感应计数装置将相对于甘蔗茎秆凸起的甘蔗种芽信号转换为可识别的电信号后,利用单片机对其执行种芽计数操作;根据农艺要求及其计数结果,进而控制甘蔗种切断刀切断甘蔗种。为优化该系统性能,以保证蔗种和种芽的完好性为前提,对系统的切割过程进行受力及防伤芽分析,进而确定感应计数装置与切刀的最佳安装距离,以确保计数达到要求后切刀完全避开种芽,从而实现蔗种切割防伤芽功能。试验表明:该系统对种芽的计数准确率达98.87%,平均伤芽率为1.57%,较无防伤芽系统的2Cz-2甘蔗种植机的伤芽率低6.3%,系统的防伤芽性能显著,满足设计要求。该研究为甘蔗种植机械的设计提供了参考。     

链条输送式变量施肥抛撒机的设计与试验

针对国内变量施肥机作业幅宽小,变量施肥抛撒机缺乏的问题,该文应用变量施肥技术,设计了一种基于处方图的链条输送式变量施肥抛撒机。通过分析肥料颗粒在撒肥盘上的运动和受力,建立了肥料颗粒在脱离撒肥机圆盘过程中的运动方程,设计并确定了变量抛撒控制系统、肥箱、肥门自动开启装置等关键部件的结构及参数。并进行了不同施肥量和抛撒均匀性的试验,结果表明:链条输送式变量施肥抛撒机变量效果较好,且具有较好的抛撒均匀性,在拖拉机速度1.5m/s,实际施肥量与预置施肥量相对误差最大值为7.53%;拖拉机速度2m/s,目标施肥量225kg/hm2,抛撒幅宽设定30m,有效幅宽抛撒变异系数为14.90%,能够较好的满足实际生产要求。     

整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验

整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响,合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况,采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台,采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率(剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值)的影响规律并获得最佳作业参数:喂入辊筒转速250 r/min,剥叶辊筒转速540 r/min,茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm,甘蔗喂入根数1.68根,此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明,在单根和双根喂入时,甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程,并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。     

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。     

超级稻精量穴盘播种机排土器设计与试验研究

针对新型超级稻精量穴盘育秧播种机对穴盘穴孔排覆土的要求,设计了2种排土器,双向4螺旋外槽轮式排土器和带式排土器。在保证每小时450盘(相应的秧盘输送速度为0.075m/s)的生产率情况下,做了不同土壤含水率、不同土壤颗粒尺寸、不同排土间隙对排土效果影响的试验研究。结果表明,对于双向4螺旋外槽轮式排土器,播过5mm筛和过3mm筛的土壤颗粒时,排土间隙分别为3和1mm为宜;对于带式排土器则分别为6～7和5mm左右为宜。2种排土器,均是播过3mm筛的小颗粒土壤的播土均匀性和播土质量要好于播过5mm筛的大颗粒土壤。对于相同颗粒尺寸的土壤,高含水率(13%左右,湿基)的土壤播土质量要好于低含水率(5.72%,湿基)的播土质量,更主要的是可以改善工作环境。在保证不增加高湿土壤处理难度的前提下,建议采用小颗粒湿土进行播土作业。所设计的2种排土器均能满足超级稻穴盘育秧的播土要求,但需要注意对带式排土器的张紧平衡调节,且要避免大于排土间隙的土壤颗粒进入带式排土器中。排土器的播土均匀性可以采用播土高度均值的多重比较检验方法进行评价。     

大蒜播种机种植机构的设计

为了满足大蒜在栽植过程中保持蒜瓣鳞芽朝上垂直入土且蒜瓣弓背面朝向一致的农艺要求,该文根据蒜瓣的外形特征,设计了一种大蒜播种机种植机构并对该机构进行详细的理论分析,运用Solidworks软件对该机构进行建模并通过3D打印机打印出零件,然后组建试验台对该种植机构进行试验。试验数据显示采用该种植机构不但可以确保大蒜弓背面朝向一致,而且播种机前进速度的变化对蒜瓣垂直度的影响较小。该文为大蒜种植机械种植机构的设计提供了一种设计方法,为研究大蒜播种机和同类机具提供了参考。     

基于聚偏二氟乙烯压电薄膜的播种机排种监测系统

为了能够在恶劣的环境中实时自动监测播种机的排种状况,提高监测的可靠性,采用聚偏二氟乙烯（polyvinylidence fluoride,PVDF）压电薄膜传感器将排种器单粒落粒物理量转变成脉冲电压信号,设计了以单片机STC89C52为核心的监测系统,该系统可根据传感器输出的相邻脉冲电压信号的时间间隔与机具的前进速度,计算出播种机的排种量,排种速度,播种面积,漏播率等性能指标。试验台试验结果表明,在排种器每秒落粒数分别为5、8.75、10时,系统对排种量监测精度为95.3%、96%、92.5%,对漏播量监测精度为90.4%、91%、90.2%;田间试验结果表明,在播种机前进速度分别为3、4、5 km/h时,系统对排种量监测精度为95.2%、93.8%、90.4%,对漏播量监测精度为93.3%、93.1%、89.7%。该系统满足排种器实时监测要求,有助于提高播种作业质量。     

施肥技术对甘蔗产量和品质的影响

在每hm^2施鱼粉有机-无机复混肥1500kg的大田生产条件下，采用随机区组设计，设置5种施肥技术处理，研究其对甘蔗农艺性状、生理生化特性、蔗茎产量及品质等方面的生长效应。结果表明：D处理蔗茎产量和含糖量最高，D处理与A处理的蔗茎产量差异达显著水平，含糖量差异达极显著水平；D处理与B、C、E处理间的含糖量差异达显著水平；其他处理间差异不显著。     

小田块变量施肥系统优化设计与应用

针对苏南地区推广变量施肥存在的施肥策略过于精细化导致高密度土壤信息不易获取和普通的施肥机械难以达到播量精度等主要技术障碍,该文建立了一种简单实用的变量施肥方案,在现有机械式播种施肥机基础上进行了自动化改造,构建了一套基于简易电子处方图系统的变量施肥系统;变量施肥作业时,以单个自然田块为处理单元,依托所建立的简单实用的电子处方图系统,实现多种肥料按需配比、同一田块均匀施肥、不同田块变量施肥的功能。为提高播量精度和播量稳定性,对普通精度GPS模块的数据进行了差分和卡尔曼滤波处理,对外槽轮施肥播种器结构进行了优化设计。田间试验结果表明：电子处方图运行结果准确,施肥播种机工作稳定,种子和肥料的最大和平均播量误差分别为3.91%和2.09%,最大和平均动态误差分别为4.52%和1.48%。该研究可为苏南小田块地区推广变量施肥提供技术参考。     

2BFD-4型花生覆膜播种机的设计与试验

摘要：根据中国北方地区花生垄作覆膜播种的特点,为提高花生播种机工作效率,改善作业质量,研制了2BFD-4型花生覆膜播种机。该播种机突破了一垄两行的播种模式,增加了排种单体和仿形机构,解决了单体运动干涉与仿形问题,实现了宽幅花生播种。对排种器与开沟器结构进行了优化,提高播种和开沟性能。整机结构紧凑,性能可靠,作业效率高,覆膜平整。经田间试验表明：该播种机播种质量较好,空穴率为0.58%,重播率为1.75%,种子破碎率为0.37%,穴粒数合格率为95.03%,种肥垂直间距为41.52 mm,出苗率为88.33%,各项指标均达到了相关标准,可以适应中国目前北方花生机械化的发展要求。