基于离散元的排种器排种室内玉米种群运动规律

高寒干旱地区免耕地表播种作业时,排种器振动与种群运动状态对气吸式排种器的吸种性能有较大影响。为研究气吸式免耕播种机在免耕地表作业时排种器振动参数及振动对排种器内玉米种群运动的影响规律,该文采用BK加速度传感器和Pulse LAN-XI振动测试系统,对2BM-5型气吸式免耕播种机在免耕地表作业时排种器振动特性进行了测试,并应用Matlab软件对振动信号进行了分析。在此基础上基于离散元法模拟了在田间作业振动条件下玉米种群运动规律,并基于室内台架试验进行了验证。播种机田间作业振动信号分析结果表明:播种机前进速度为2、3、4、5、6、7 km/h时,排种器振动的位移功率谱密度较大值的频率为5、6、7 Hz,排种器振动的幅值由2.4到7.9 mm线性增加。由离散元方法仿真得到了种子室内玉米种群最大速度、种群平均速度与播种机作业速度的拟合曲线。台架验证结果表明:气吸式排种器排种性能较好的作业速度为3~5 km/h,较好的振动幅值为6 mm;种群最大速度范围为0.120 3~0.224 3 m/s,种群平均速度范围为0.080 7~0.141 3 m/s,吸种区种群最大速度范围为0.127~0.26 m/s时,气吸式排种器吸种性能较好。该研究可为免耕播种机气吸式排种器吸种性能的提高提供参考。     

免耕播种机气吸式排种装置振动特性的测试与分析

摘 要：为了确定免耕播种机的作业速度并合理设计其气吸式排种器,该文对免耕播种机气吸式排种装置在实际作业过程中所受的地面振动激励进行了实地测试与正交试验。经过测试获得了播种机所受地面振动激励的特性和主要参数。研究结果表明,地面的振动激励可以用主频进行模拟,其中主频的频率范围大约是35～70 Hz,主频的加速度范围为0～39.49 m/s2。正交试验分析表明,机器作业速度是影响振动频率与振幅的主要因素。     

地表坡度对油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的影响

针对油菜种植区域作业方向的地表坡度变化影响气送式油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的问题,该研究以播种机及气送式集排器为研究对象,构建了不同地表坡度下种子与外切圆弧型孔、种子-气流与集中分配器间的力学模型,建立了气送式集排器供种速率和排种速率的随机过程模型,应用EDEM仿真开展了作业方向的地表坡度、供种装置转速对供种装置供种速率影响的双因素试验,建立了地表坡度、供种装置转速对供种速率影响的数学模型;利用DEM-CFD耦合仿真分析了地表坡度对集中分配器排种性能的影响规律。仿真试验结果表明:以平整地表为基准,供种速率随地表坡度在-5°~5°内先增大而后逐渐减小;地表坡度绝对值为3°~5°时,供种速率的变化量达到50%;各行排种粒数一致性变异系数随地表坡度的增加而增大,变化区间为4.95%~14.91%。利用智能种植机械测试平台模拟播种机田间作业时不同地表坡度下的作业效果,结果表明,随着作业方向的地表坡度、前后往复摆动角度、前或后单向摆动角度的增大,各行排种量一致性变异系数均逐渐增大;仿真模型计算的各地表坡度下的供种速率与台架试验的平均误差为4.28%。根据试验结果建立播种机沿作业方向前后往复摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速、沿作业方向前或后单向摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速的数学模型,确定了不同地表坡度下,排种量与作业方向地表坡度和供种装置转速的匹配关系,以实现有坡度地表的排种量与平整地表的排种量趋同,为满足不同地表坡度下的播种作业提供参考。     

加装导流板的舀勺式马铃薯播种机排种器性能分析与试验

马铃薯播种机排种器的投种角度、速度、高度以及种薯与土壤接触后的弹跳等对马铃薯排种器播种质量影响较大,针对上述问题,该文研制了舀勺式马铃薯排种器的投种结构,设计加装了导流板。通过对导流板的性能分析、种薯投种过程及种薯与沟底碰撞过程的运动学分析,确定了影响播种效果的因素;以主动轮转速、机组前进速度、投种高度为主要因素,株距变异系数、漏播率、重播率为试验指标进行田间试验,并进行了旋转正交试验回归分析。试验结果表明:经参数优化后的马铃薯排种器具有较好的播种质量,当主动轮转速为42 r/min、前进速度为1.2m/s、投种高度为640mm时,其株距变异系数平均值为12.5%、漏播率平均值为2.21%、重播率平均值为3.56%,其标准均高于传统的舀勺式排种器,播种效果提升显著(P0.01)。该研究为马铃薯排种器技术进步提供了参考。     

膜下播种机的设计及排种装置的室内性能试验

传统铺膜播种机在地膜上打孔播种容易形成板结,不利于发芽破土能力弱的作物生长。该文针对这一问题,分析了膜下播种机设计的要求,对主要工作部件排种装置的结构进行了分析并给出了结构参数,采用参数化造型软件Pro_E设计该膜下播种机。参照铺膜播种机试验方法,对玉米播种就机器前进速度和取种器个数进行了单因素试验。试验结果表明：当排种筒转速高于72 r/min时,空穴率明显增加;根据相关参数,推出排种筒的最佳转速为57 r/min;对于播种大株距作物,作业速度可加快;播种小株距作物,作业速度应放慢。     

小麦双线精播智能控制系统的设计

为避免地轮打滑对播种均匀性产生的不利影响,保证较好的播种质量,该研究设计了一种播种机的自动控制系统,利用步进电机驱动排种器。系统以AT89C55单片机为控制核心,采用旋转编码器实时采集播种机作业时前进速度信息,微处理器（CPU）进行速度判断,并结合对种子粒距（或播量）的设置,实时调节步进电机的转速,以带动排种器按需播种。另外,该系统还能实现液晶显示、声光报警等辅助功能。试验结果表明,系统工作性能稳定可靠,能够满足播种时设定的要求。     

新型组合吸孔式小麦精密排种器性能的试验研究

在室内试验和田间试验的基础上，探讨了新型组合吸孔式小麦精密排种器的排种性能，分析了排种器转速、拖拉机前进速度以及投种高度等因素对其排种性能的影响。试验结果证明，新型组合吸孔式小麦精密排种器实现了单粒精密播种，粒距合格指数达到52%以上，粒距变异系数小于29%，拖拉机前进速度可以达到6 km/h，完全符合小麦精密播种的农业技术要求。     

免耕播种机防堵技术研究现状与发展趋势

免耕播种机在残茬覆盖地作业是否具备良好的防堵性能,已成为影响免耕播种机生产效率和播种质量的关键因素之一.该文系统分析了免耕播种机防堵的必要性和防堵技术研究现状,提出了免耕播种机应着手找准防堵技术的切入点,加强免耕播种机防堵技术与作业工艺措施有机结合,加强作物残茬的几何特性和机械特性的基础研究,并降低防堵装置功率消耗和转速,提高定向抛撒能力和秸秆覆盖量适应性以及具有安全性能好和作业粉尘低等方面研究,同时加强利用高速摄影和虚拟仪器等现代先进测试仪器与技术开展秸秆抛撒运动规律研究,以探讨改善防堵性能的途径,提高免耕播种机播种质量和生产效率,加快旱地农业保护性耕作技术的推广应用.     

基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验

为研究玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹式精量排种器排种性能的影响,对排种器工作原理进行阐述,建立了指夹夹持动力学模型,分析了充种夹持过程中玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响。运用EDEM软件进行排种性能虚拟试验,分析了排种过程中造成不同尺寸等级籽粒产生重播、漏播问题的主要原因。仿真结果表明,当工作转速15~45 r/min时,排种器对中型尺寸籽粒的排种性能最优,其合格指数大于84%;对大型尺寸籽粒的排种性能次之;对小型尺寸籽粒的排种性能较差,其合格指数大于80%。随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势。在相同工况(15~45 r/min)下选取3种相应尺寸等级玉米籽粒,进行台架验证试验。结果表明,台架试验结果与仿真基本相同,合格指数最大误差为7.4%,且排种性能随玉米籽粒尺寸及工作转速的变化规律一致。田间试验表明,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆满足精密播种要求。该研究为指夹式精量排种器及其关键部件的优化设计提供了参考。     

收获开沟埋草一体机双圆盘开沟机构设计与参数优化

为提高己研制的稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机免耕播种时的开沟播种质量,设计双圆盘开沟机构与一体机相结合.为获取影响双圆盘开沟机构作业质量因素的最优参数,以机器前进速度、开沟器入土深度、开沟器排种管固定装置固定孔中心点至排种管出口中心点横向距离为试验因素,以种子入沟率、各行播种量稳定性变异系数、播种均匀性变异系数为试验指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验.试验结果表明:各试验因素对于种子入沟率与各行播种量稳定性变异系数影响程度从大到小皆依次是:固定孔横向距离、开沟器入土深度、机器前进速度;各试验因素对于播种均匀性变异系数的影响程度从大到小依次是:机器前进速度、开沟器入土深度、固定孔横向距离.优化所得双圆盘开沟机构开沟播种作业最佳参数组合为机器前进速度为0.46 m/s;开沟器入土深度为3.25 cm;固定孔横向距离为16.16 mm,验证试验表明各指标试验结果与理论优化结果相对误差均小于4％,验证了所建模型与优化参数的合理性.     

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。     

玉米播种机水平圆盘排种器型孔设计与试验

为满足水平圆盘排种器在高速条件下的精密排种要求,从排种器的工作原理出发,对排种盘型孔的结构形状和尺寸进行分析,设计出一种带倒角的周边式倾斜长方形型孔的水平圆盘排种器。为了得到排种器的最佳性能参数,以排种器转速、型孔倒角长度、型孔倾角为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三元二次回归正交旋转组合试验,建立试验指标与试验因素间的数学模型。应用响应面法对回归方程进行多目标优化,得到最佳参数为:排种器转速为33 r/min,倒角长度为7 mm,型孔倾角为61°,此时排种的合格指数为92.47%,重播指数为3.56%,漏播指数为3.97%。在最优参数组合下,台架试验验证排种器的排种合格指数为92.13%,重播指数为4.01%,漏播指数为3.86%,田间验证试验表明,当排种器转速调整为33 r/min时,其线速度为0.41 m/s,播种机组前进速度为8.6 km/h,水平圆盘排种器的播种性能指标满足单粒精密播种的农艺要求,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性。该研究可为机械式精密排种器的优化设计提供理论参考。     

转轴型孔式精量排种器充种性能仿真分析与试验

针对转轴型孔式棉花精量排种器在充种过程中由于型孔未囊取种子而造成漏播的问题,该研究通过建立棉种充填过程的运动学模型对相互抢位的棉种进行力学分析,研究取种轮运动参数与排种器转速对充种性能的影响。应用离散元仿真软件分析落入型孔的棉种速度的变化趋势,并分析取种轮振动频率对种群扰动的影响,以取种轮振动频率、取种轮振动偏移角、排种器转速为试验因素,以排种粒距合格率、重播率、漏播率为试验指标,进行三因素五水平的正交通用旋转组合试验,探究各因素对排种性能的影响,运用Design Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,并对回归模型进行优化验证。仿真分析结果表明,棉种瞬时速度随着排种轮转速的提高而增加,仿真标记的棉种在充入型孔时的瞬时速度小于取种轮速度,而相对取种轮速度较小的棉种具有更好的充种性能;在7 Hz时,种群法向力平均值最小,即种群的内摩擦力最小,棉种易于被型孔囊取;当排种器转速为12.59 r/min,取种轮振动偏移角度为8.06°,振动频率为6.08 Hz时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.5%。在此基础上,以新陆早61号棉花种子为试验对象进行台架验证试验,试验结果表明,当排种器转速为12 r/min时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.65%,漏播指数随着排种器转速的增加呈上升趋势,重播率随着转速的增加呈现下降趋势,与优化结果基本吻合,验证了仿真结果的准确性。该研究可为转轴型孔式棉花精量排种器关键部件结构优化设计提供参考。     

薄面光折射式小麦种子流多通道并行检测装置设计与试验

针对小麦高速播种作业过程中高频排种种子流精准检测困难的问题,该研究设计了一套薄面光折射式小麦种子流多通道并行检测装置。基于将高通量变为低通量多通道并行同步检测的思路,设计了种子流分流结构。根据小麦种子物理特性,在已有传感原理的基础上,提出了一种“LED灯珠+窄缝”产生薄面光层,结合凸透镜折射原理扩大有效检测面积的方法,通过光路分析和窄缝尺寸分析确定了凸透镜焦距、薄面LED窄缝尺寸及传感元器件关键参数。利用多通道并行检测传感原理,设计了多路信号同步采集系统。为提升检测准确率,建立检测准确率-排种频率之间的关系,通过分析检测装置的误差规律,构建了准确率补偿模型。台架试验表明：排种器转速在80～180 r/min时,田间正常排种频率范围为52.10～321.55Hz,检测准确率均高于96.68%。田间播种试验表明：在2～9km/h的小麦播种机作业速度下,田间排种频率为67.65～323.95Hz,检测装置检测准确率高于95.28%。检测装置能够检测排种器的排种频率、各通道排种量、排种总量。正常田间小麦播种作业中机械振动、强光照和土壤粉尘对检测装置没有明显影响。该检测装置可为小麦高速播种作业中...     

基于时变窗口的油菜精量排种器漏播实时检测方法

为了快速准确地反映不同漏播状态类型,针对油菜精量排种器漏播实时检测问题,在界定了"稀疏缺苗"和"断条"2种不同漏播类型的基础上定义了稀疏缺苗系数与断条系数,分析了两系数的二维平面分布,提出了一种采用排种盘转速与排种脉冲同步检测、排种频率与时间间隔双重阈值约束的检测方法。该检测方法利用MSP430单片机的时间捕捉中断资源,在由排种盘转速脉冲序列信号确定的时间窗口内,通过光纤传感器感应获得排种序列的排种频率与排种时间间隔2类统计指标,依据设定的漏播严重程度评判系数,建立了漏播状态评判规则。在气力式油菜精量排种器上试验结果表明:该检测方法能够根据排种盘转速的变化自行调整检测时间窗口,对"稀疏缺苗"和"断条"漏播状态判断准确率可达100%,对于油菜精量联合直播机在田间不同作业速度下,该方法能够有效实现精量排种器漏播的实时检测,在考虑地轮滑移情况下检测结果滞后距离低于(84*型孔数)mm。该方法不仅有效解决了小粒径精量排种器重播条件下漏播的检测,而且对播量不足进行了约束,提高了漏播检测的实时性,为后期实现精准自动补种创造了有利条件。     

气吸式玉米高速精量排种器直线投种过程分析与试验

为解决气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下投种过程种子与导种管碰撞异位造成排种粒距合格率下降和排种粒距变异系数增大的问题,该文提出了一种利用推种装置配合种盘吸孔实现直线投种的方法,并对直线投种原理进行分析,阐明直线投种过程中种子与排种器的运动和力学关系,明确种盘吸孔曲线方程,确定了推种装置结构曲线参数方程。选取投种位置和作业速度为主要因素进行全因素试验,对试验结果进行显著性分析,确定了因素与指标的回归方程,以排种粒距合格率、漏播率以及排种粒距变异系数为寻优条件,确定较优的投种位置为直线推种区角度=15°,直线落种角度=21°,并进行验证试验。试验结果表明,作业速度12 km/h时,排种粒距合格率为98.68%,漏播率为0.69%,排种粒距变异系数为15.03%,与理论优化结果基本一致。进行了直线投种方式与原有阻气投种方式的对比试验,结果表明,各个作业速度下排种器性能指标均有所提升,且提升幅度随着作业速度的提高而增大,在作业速度14 km/h时,直线投种较原有阻气投种排种粒距合格率提高4.22个百分点,漏播率降低4.20个百分点,排种粒距变异系数降低4.55个百分点,采用直线投种方式可大大改善播种效果,提高作业速度。     

油菜精量排种器种子流传感装置设计与试验

针对油菜精量播种过程中缺乏小粒径种子流传感而导致播量监测困难的问题,设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,记录并分析油菜种子与聚偏氟乙烯压电薄膜的碰撞轨迹,为传感装置的导管、压电薄膜倾角、出种口位置等关键结构参数提供依据。基于油菜种子与压电薄膜的碰撞信号特征分析,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,将碰撞信号的衰减时间从9缩短至1 ms,提高了对高频种子流检测的时间分辨率,同时能够有效抵抗机械振动带来的干扰影响。对微弱碰撞信号进行放大、半波整流、电压比较、单稳态触发转化为单脉冲信号,通过单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用无线收发模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。油菜精量排种器台架及数粒仪高频排种试验表明:在排种频率8.1~32.9 Hz范围内,检测准确率不低于99.5%。田间播种试验表明传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,在无排种时计数为零,正常播种状态时检测准确率不低于99.1%,机械振动及粉尘对传感装置没有影响。该传感装置为油菜精量播种过程播量监测、漏播检测以及补种提供有效支撑。