凹形圆盘式玉米垄作免耕播种机的设计与试验

针对东北垄作区免耕播种玉米存在的垄台清理效果差,机具堵塞严重,作业效率低等问题,设计了凹形圆盘式玉米垄作免耕播种机,研究了凹形圆盘式垄台清理装置,通过分析其运动特点,确定了其关键结构参数。在玉米秸秆覆盖的垄作地的试验结果显示,凹形圆盘式玉米垄作免耕播种机垄台清理效果好,能够有效防止秸秆堵塞,形成清洁种床。种肥间距为47 mm,均匀性好。土壤扰动量为22%,播种后种带秸秆覆盖率降低了75.9%,有利于提高苗期地温,改善播种质量,可较好满足东北垄作区玉米免耕播种的要求。     

主动防堵式免耕播种机作业粉尘特性

原茬地免耕覆秸精播机在高速作业过程中,粉尘影响气吸式排种器排种性能,导致播种质量降低。该文对作业粉尘进行物性参数测定,通过理论分析建立粉尘飘移运动学模型,运用CFD-DEM耦合和二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、风向和风速为试验因素,粉尘浓度为评价指标,探究原茬地免耕覆秸精播机作业周围5 m空间内的粉尘分布规律。结果表明：风向和风速对粉尘浓度具有极显著影响（P<0.01）,作业速度具有显著影响（P<0.05）,影响主次顺序为风速、风向、作业速度;最小粉尘浓度分布空间为清秸防堵种床整备装置上方对应中间播种行0.32 m3的立方体空间范围。田间验证试验结果表明,虚拟仿真与田间试验粉尘分布范围相对误差小于8.6%,仿真分析方法可行,结果可靠。研究结果可为主动防堵式免耕播种机特别是原茬地免耕覆秸精播机防尘式气吸排种系统设计提供理论参考依据。     

麦茬地免耕播种机清秸覆秸装置设计与试验

摘要：针对黄淮海一年两熟地区麦茬地免耕播种存在秸秆堵塞单体,缺少适宜的防堵装置等问题,研制了一种用于麦茬地免耕播种机的清秸覆秸装置,该装置采用弹齿作为清秸部件,并融合了秸秆横向位移的思想和主动式防堵的特点。为确定清秸覆秸装置的合理结构,采用L9(34)正交试验方法,对该装置的参数进行了优化试验。结果表明：弹齿线速度20.72 m/s、作业速度4.5 km/h、弹齿齿数7排、挡板角度75°时,清秸率达98%以上、覆秸均匀度达7.48、覆秸宽度达2.89 m。按照国家标准GB/T6973-2005《单粒（精密）播种机试验方法（Testing Methods of Single Seed Drills）》对免耕播种机进行了田间播种性能试验。结果表明,在理论株距分别为6和8 cm,理论播深为3～5 cm条件下,免耕播种机的粒距合格指数、重播指数、漏播指数及株距变异系数均达到了国家部颁标准优等品要求水平,播深合格率达到一等品的要求水平。该研究对解决麦茬地免耕机械化播种问题具有参考意义。     

玉米免耕播种机主动式秸秆移位防堵装置的设计与试验

针对黄淮海麦玉轮作区小麦秸秆全量还田下苗床整备前存在多机具多次下田、生产成本高以及传统玉米免耕播种机在小麦秸秆全覆盖地作业时存在开沟壅堵、架种、晾种等问题,该文设计了一种基于"秸秆移位"防堵思路的主动式秸秆移位防堵装置。运用EDEM软件构建无支撑秸秆全覆盖土壤离散元模型,在秸秆-土壤-主动式防堵装置系统中进行秸秆移位虚拟仿真,设定了主动式秸秆移位防堵装置的刀轴驱动转速为500 r/min、回转半径为120 mm、刀盘幅宽为216 mm及刀齿入土深度为10 mm,利用仿真数据对秸秆扰动位移、清秸率进行分析,检验主动式秸秆移位防堵装置结构参数和运动参数设计的合理性。田间试验结果表明,安装主动式秸秆移位防堵装置的玉米免耕播种机的作业通过性稳定,改善种床环境,开沟壅堵次数为0次,秸秆清秸率为90.21%,相比仿真减少8.29个百分点。该研究可为小麦高留茬、秸秆全覆盖地的玉米免耕播种机的设计与推广提供参考。     

螺旋刀型垄台清理装置的设计与试验

针对现有玉米垄作免耕播种机存在的堵塞,功耗大,播种后种带存有大量秸秆影响播种质量等问题,研究设计了一种与玉米垄作免耕播种机配套使用的螺旋刀型垄台清理装置。在玉米秸秆覆盖垄作地试验结果表明,该装置的土壤扰动量约为18.3%～26%,秸秆覆盖率降低了35%～53%,能够满足免耕播种要求,有利于提高播种质量。相比条带旋耕式垄台清理装置,免耕播种机单位面积耗油量降低了13.8%,能够减少拖拉机的动力消耗。因此螺旋刀型垄台清理装置不仅解决了条带旋耕式垄台清理装置动力消耗大的问题,而且能够创造清洁的种床,对垄作保护性耕作技术的推广具有重要意义。     

免耕播种机土壤工作部件测试装置设计与试验

随着保护性耕作技术的发展,要求配套机具的性能越来越完善,但是目前适合于东北垄作的玉米垄作免耕播种机的工作质量还无法满足免耕播种技术要求,存在机具质量过重、作业时破坏垄型、破茬率低、清茬效果不显著等不足。为了优化免耕播种机的关键部件,研制了一种免耕播种机土壤工作部件测试装置,可用来对土壤工作部件进行测试。根据测试可以确定土壤工作部件的工作阻力（大小、方向、着力点）、工作深度和机具配重等参数。通过对阿基米德螺线型破茬盘工作性能测试,得出破切开玉米根茬根上节的工作阻力为1868.38 N,受力方向角度为67.66°,破茬深度为7.52 cm,其着力点的作用线与被测土壤工作部件的中心距离为4.59 cm,装置及配重总质量应大于175.79 kg。研究成果为优化改进适于东北地区玉米垄作免耕播种机的关键部件,以及旱地合理耕层构建土壤工作部件的优化设计提供理论参考。     

洁区播种思路下麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机研制

针对黄淮海花生主产区常规机播多种机具多次下田、生产成本高问题,以及传统免耕播种不适宜全秸秆覆盖地作业,存在缠绕壅堵、架种、晾种问题,研制了基于“洁区播种”思路的麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机。该机配套75 k W以上拖拉机,作业幅宽2 400 mm,可一次完成碎秸清秸、苗床整理、施肥播种、均匀覆秸,整个施肥、播种、覆土作业在无秸秆影响、相对“洁净”的区域内完成,纯生产率大于0.53 hm2/h,适宜麦收后秸秆未作任何处理的全秸秆覆盖地。田间试验及测产表明,该机作业顺畅、可靠、播种质量高,作业后麦秸秆平均长度115 mm,秸秆覆盖均匀率83%,播种施肥平均深度分别为46和59 mm,合格率分别达到98%和89%,每公顷产量约为5 749.5 kg,各项作业指标均符合主产区花生生产要求。该研究提出的“洁区播种”思路亦可实现全秸秆覆盖地免耕播种小麦、玉米、大豆等不同旱地作物,为推进机械化秸秆禁烧提供了适宜装备。     

2BFM-5型山地免耕播种机的设计与试验

针对黄土高原丘陵水蚀区残茬覆盖免耕播种及抗旱播种的作业要求,研制了以8.8～11.0?kW手持拖拉机为动力源的2BFM-5型山地免耕播种机。该播种机采用长翼尖角组合式种肥分施开沟器、复合铰链前位双轮仿形机构和螺旋齿槽轮排种器。田间试验表明：该播种机排种均匀性变异系数为35.4%,播深合格率为81.8%,平均种肥间距为44.0?mm,化肥集中在90～100?mm土层范围内,地表可形成宽66～85?mm、深40～52?mm的小垄沟,各项技术性能满足农业种植要求。该播种机适应中国黄土高原丘陵水蚀区缓坡地（＜15°）和水平梯田的免耕播种,满足雨养农业区播种技术的“深种浅覆、镇压提墒、集雨抗旱”等要求。     

指夹式玉米免耕精密播种机的设计与试验

该文为解决北方地区播种时秸秆量大各地区种植模式差异大,传统玉米免耕精密播种机适应性差、作业效率低、开沟器易堵塞等问题,设计了指夹式玉米免耕精密播种机,分析和确定了施肥开沟器、拨草轮、玉米免耕播种单元等关键部件的结构参数。田间试验表明采用渐开线式齿形拨草轮能有效的将杂草、秸秆拨离苗带,有效防止开沟器堵塞和种子播在秸秆上的现象。在9 km/h的作业速度下,机具播种深度合格率92%,粒距变异系数9.6%,漏播指数2.5%,重播指数4.5%。一次能完成开沟深施肥、拨草整理苗带、单粒精密播种、覆土、镇压覆土作业,土壤搅动小,作业质量满足农艺要求。     

东北地区垄作免耕覆盖模式对土壤理化特性的影响(英文)

为了实现东北垄作区的保护性耕作,针对目前生产上常规垄作与免耕覆盖垄作的保护性耕作模式,就2种不同模式对土壤理化特性的影响,深入东北三省保护性耕作示范区,进行田间实际试验和取样分析。对比结果说明免耕覆盖垄作模式较好地满足了玉米种子发芽的种床环境要求:在5~10 cm耕层温度超过10~12℃;土壤含水量达到13%以上;土壤紧实度上层疏松,下层紧实。并且与常规耕作比较提高了土壤有机质含量(1.43 g/kg)与N、P、K含量(22.32 mg/kg,2.05 mg/kg,3.11 mg/kg)。但是发现由于垄高(9.43~11.5 cm)低于常规垄作(13~18 cm)达到3.57~6.5 cm,而不利于垄作优势的发挥,建议加大东北玉米垄作免耕播种机的创新设计,以解决整机超重,压平垄台,压实垄沟的问题。研究结果可为东北寒地干旱区保护性耕作技术模式的推广应用提供理论依据。     

斜插式免耕穴播机设计与试验

该文针对现有免耕播种机存在的机具防堵效果差、种肥深度精准度低、播种均匀性差等问题,设计了一种斜插式免耕穴播机.该机器播种施肥采用45°斜插入土方式,入土器的凸轮推杆开合机构,能够有效防止夹土、粘土、堵塞等问题;入土器的平行四杆仿形机构配合曲柄滑块入土机构,可保证播种深度一致、种肥同步、种肥侧深距离精确度高以及播种均匀性好;45°倾斜角易实现自动覆土功能.另外增设了可调链轮变速机构,充分弥补了现有免耕穴播机株距调整困难问题;改进了原有排种器和排肥器适应性差的缺点,采用多窝眼轮排种器,能够满足不同作物品种的播种需求.该机的工作参数(行距、株距、播深、肥位等)皆为可调,适应性更强.依据设计研制样机并进行玉米播种田间试验,结果表明:播种覆土均匀,播种深度和施肥深度合格率分别为90.52％和91.23％,变异系数分别为5.91％和6.26％,种肥水平距离和垂直间距合格率分别为95.71％和91.65％,变异系数分别为4.64％和8.01％;株距合格率92.13％,重播率4.60％和空穴率3.27％,满足JB/T 10293-2001《单粒(精密)播种机技术条件》中播种合格指数≥80％,重播指数≤15％,漏播指数≤8％的农艺要求.该研究可为精准免耕穴播机的设计提供参考.     

少免耕播种机牵引阻力远程监测系统

针对少免耕播种机牵引阻力的监测,该文提出了一种能够实时采集信号、无线传输数据、现场移动监测、远程同步监测的少免耕播种机牵引阻力监测系统。该系统通过在3点悬挂杆铰接处安装2维轴销测力传感器实现对其受力情况的实时检测。采用无线传感网络技术(wireless sensor network,WSN)实现传感器信号采集和数据短距离无线传输。采用嵌入式技术开发无线数据监测移动终端,实现牵引阻力的现场监测以及数据转发。利用Visual C++开发的远程监测软件,在远程计算机上实现牵引阻力的动态监测、实时显示、在线分析和批量存储。经计量,该系统模拟量检测最大误差为4 mV,线性度为0.04%。田间试验表明:系统实现了少免耕播种机牵引阻力的现场移动监测以及远程同步监测,系统使用方便并降低了田间测试的复杂程度。     

区域逼近与动态图形法求解大行程液压支撑机构参数及优化

为实现一种作业与运输兼用型地轮机构的状态转换,针对其结构特点研究一种非端部支撑的新型液压支撑方案,以满足在有限的安装空间内实现大工作行程的要求。在建立该机构力学及运动学模型的基础上,通过几何关系及动力约束条件进行参数的区域逼近;确定液压缸安装位置和参数的可行域后,运用动态图形模拟摆梁步进旋转时机构的运动情况,观测参数取值域曲线的运动状态,得出与可行边界线的交点,从而确定在液压系统压力16 MPa条件下,安装臂长度175 mm,安装臂距旋转点357 mm,液压缸缸体长度为916 mm,缸体内径为71 mm。研究及样机试用表明,非端部支撑对置双缸体液压支撑机构能够满足地轮状态转换的需要,且具有结构紧凑、工作行程大的特点。同时,该研究探索并证实了区域逼近与动态图形求解法在解决此类机构的优化与参数求解方面的可行性与有效性。     

2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机田间试验研究

对2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机在洞庭湖区的安乡县、沅江市、鼎城区、澧县等进行了田间播种试验。试验结果表明,采用2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机的适宜土壤含水率为20%～40%,能够保证单位面积的基本苗数。与人工直播相比,节省成本32.0%,同育苗移栽相比,节省成本60.3%。试验结果显示采用2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机在洞庭湖区的机播油菜试验是成功的。机具性能可靠,具有较高的经济价值和社会效益,通过生产实践,总结了机械技术与农艺科学结合的经验,为大面积推广油菜机械化播种提供了可靠的依据。     

甘蔗收获机切割系统轴向振动的试验研究

为了验证不同结构布局对甘蔗切割系统轴向振动的影响,该研究设计了甘蔗收获机激振试验台及其激振特性试验;并在理论分析的基础上,通过试验研究了液压油缸、发动机和物流架等构件的安装位置对切割系统轴向振动的影响规律。试验结果表明：1）液压油缸安装在车架上的位置HP3时,即在X轴正向,距离前轮正上方535 mm附近时,刀盘的轴向振幅达到最小值1.28 mm;2）发动机安装在车架上的位置EP2时,即安装在X轴正向,距离前轮正上方1 055 mm附近时,刀盘轴向振幅达到最小值0.92 mm;3）物流架安装在在车架上的位置LP3时,即安装在X轴正向,距离前轮正上方1 615 mm附近时,刀盘轴向振幅达到最小值1.51 mm;4）最优安装布局为HP3、EP2和LP3,相比最劣布局,最优布局的刀盘轴向振动幅值降低40.8%,综合切割质量评定值R0降低16.9%。液压油缸安装位置,发动机安装位置和物流架安装位置对刀盘轴向振幅影响的显著程度从大到小依次为物流架安装位置,液压油缸安装位置,发动机安装位置。综上,在研发适于丘陵地区的甘蔗收获机械时,液压油缸、发动机和物流架的安装位置应尽可能避开前后轮正上方位置,同时应加装隔振或减振装置,这对降低切割系统振动,提高甘蔗切割质量有重要的指导意义。     

植物工厂立体栽培系统多功能作业平台优化与试验

植物工厂中多采用立体栽培架进行育苗与栽培,立体栽培架上的栽培床搬运是其中重要一环。目前,栽培床多为人工搬运,存在劳动强度大、自动化水平低等问题。针对此问题,该研究研制了一种多功能作业平台,可实现自主循迹、定位和栽培床的自动搬运和输送。根据栽培床质量和立体栽培架高度要求,设计了升降机构,并确定了关键参数;研究了栽培床自动对接和自动输送机构,实现了栽培床的自动装卸;确定了基于RFID（Radio Frequency Identification）传感器的定位系统方案。采用STM32单片机作为自动控制系统的主控制器,自动控制系统主要包括导航系统、定位系统、通信系统、行走系统、升降系统、自动对接系统和自动输送系统等部分,并基于Android平台设计了人机交互界面,通过设置相应指令实时监控多功能作业平台的运动状态和作业参数。为评价多功能作业平台作业效果,以升降机构高度范围、前后定位偏差、高度定位偏差和平台与立体栽培架对接成功率为试验指标,进行了性能试验。试验结果表明,多功能作业平台升降高度范围为833～2 460 mm,前后定位偏差小于9 mm,高度定位偏差小于5 mm,对接成功率不小于96%,满足作业要求。该研究为进一步提高植物工厂立体栽培自动化水平提供了参考。     

机械化吨粮田配套技术的研究

本研究从农业机械化技术的角度,结合北京顺义县具体条件,以提高小麦、玉米播种质量为主攻方向与有关学科配合展开。通过采取正确选型、合理配套、改制并完善机具、优化田间机械化作业工艺以及培训农艺、农机人员等措施,在三夏和三秋两个关键时期,提高了作业效率,争得农时,提高了播种质量,达到苗齐、苗壮。从而为实施吨粮田的栽培管理技术提供了良好的基础,较好地完成了单产吨粮目标,建立起一套具有中国特色的新型机械化吨粮田技术体系。     

东北垄作区机械免耕播种工艺(英文)

为了建立东北地区垄作保护性耕作工艺模式,并为其配套机具的优化设计提供理论指导。该文针对东北垄作区的保护性耕作,论述了国内外垄作耕法的概况。该文论述了国内外垄作耕法的概况。在调查研究的基础上,结合课题科研实践提出了垄作耕法的垄形断面图,构建了机械免耕播种种床土壤耕作的几何模型与相关尺寸。从田间调查与测试结果,以几何模型为依据,对2种形式(滚动圆盘式,条带旋耕式)玉米垄作免耕播种机进行了研究、分析与评价。研究表明,滚动圆盘式破茬与清垄方案符合玉米垄作几何模型要求,但仍需研发新型破茬圆盘犁刀以减小工作阻力,研发新的加载技术,保持机器对下压力的需求。该研究可为垄作免耕播种机的创新设计、改进与评价提供科学依据与方法。     

夹指链式残膜回收装置仿形及收膜机构的改进设计与试验

针对现有夹指链式残膜回收装置收膜作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,设计了一种单铰接仿形及收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形及收膜机构并排组成,每个单铰接仿形及收膜机构作业时可以单独仿形。仿形机构主要由仿形架、切膜圆盘、仿形轮、压紧机构和刮土板组成,切膜圆盘固连在仿形轮一侧,将地表残膜切成带状的同时对地表进行仿形,压紧弹簧产生的预压力使仿形机构始终紧贴地表仿形,通过对仿形机构的设计,确定了其结构尺寸参数,并对该装置的上仿形运动和下仿形运动进行了分析与讨论。田间试验表明,在机具作业5.5 km/h、切膜圆盘直径为280 mm、仿形轮直径为220 mm时,残膜回收率达93.1%,能够满足残膜回收技术要求,研究成果有利于解决残膜污染问题。