马齿型玉米种子定向播种推送装置设计与试验

为了实现玉米种子的定向推送,该文以定向处理完毕且呈平躺姿态的马齿型玉米种子为对象,设计了一种玉米种子定向播种推送装置,能够对玉米种子进行定向接收、移动和推送。对装置的定向接收功能进行了原理分析,以分选缺口的2个形状参数圆弧角度和深度为因素,以保留成功率和剔除成功率为指标,分别对尖端朝前和大头朝前的玉米种子进行仿真试验,得到了最佳的分选缺口参数:圆弧角度为14°、深度为3 mm。搭建玉米种子定向播种推送装置试验平台进行性能试验,结果表明装置的定向接收、移动和推送3个功能实现效果良好,对于定向接收功能,尖端朝前玉米种子的保留成功率达到93.8%,大头朝前玉米种子的剔除成功率为100%。该研究为后续的定向玉米种子弹夹制作及玉米机械化定向播种提供了参考。     

马齿形玉米种子尖端激光定向与胚面识别装置研制

为了实现玉米种子的尖端定向与胚面识别,该文以现有尖端定向装置输出的马齿型玉米种子为对象,基于激光开关和测距原理,提出了一种尖端定向与胚面识别方法:依据马齿形玉米种子尖端窄大头宽的轮廓特征,利用激光开关传感器等部件对玉米种子的尖端朝向进行识别,并将大头朝前的玉米种子进行剔除;依据马齿形玉米种子胚面上有胚沟而反面较为平整的表面特征,利用激光测距传感器等部件对尖端朝前的玉米种子进行胚面识别。设计并搭建了玉米种子尖端定向与胚面识别装置,配合现有的尖端定向装置进行试验,结果表明:尖端定向与胚面识别装置的尖端定向成功率达到99.1%,相比现有的尖端定向装置提升了9.5个百分点,胚面识别准确率为96.4%。该方法基本可以实现玉米种子的尖端定向,同时保证胚面识别准确率达到较高水准。该文提出的玉米种子尖端定向与胚面识别方法可为后续玉米种子的自动化定向包装提供参考。     

电磁振动料斗内玉米种子分散与排序输送仿真及试验

针对利用电磁振动料斗对成堆玉米种子进行分散与排序输送时无法保证工作效果和效率的问题,该文通过理论分析、EDEM仿真和实际试验对电磁振动料斗内成堆玉米种子分散与排序输送机理进行了研究,得到以下结果:1)成堆玉米种子的分散包含正向圆周运动、离心运动和滑落运动;2)当料斗直径和高度确定时,影响成堆玉米种子分散与排序输送运动状态和效率的因素有:底面倾角、轨道螺距和工作电压,表现为:底面倾角增大,只能提高分散效率;轨道螺距小于35 mm时,增大轨道螺距能够提高总效率,大于35 mm时,继续增大会降低总效率;工作电压小于220 V时,增大工作电压能明显提高总效率,大于220 V时,继续增大对总效率提升不明显;3)电磁振动料斗的最佳工作参数为工作电压220 V、底面倾角4°、轨道螺距35 mm,试验表明该参数下成堆玉米种子分散与排序输送运动状态稳定,且总效率较高。该研究为后续玉米种子定向包装及定向播种提供了参考。     

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。     

气吹式粮油作物脱出物清选悬浮速度测量装置设计与试验

物料悬浮速度是研究物料清选技术及装备的重要基础数据,针对作物经联合收获脱粒后的待清选脱出物的特点,根据物料悬浮原理及清选工况特点,该文设计了一种竖直吹气式的农业物料悬浮速度试验装置,并设计分段悬浮试验测量了收获期谷子、荞麦、燕麦经稻麦联合收割机收获后的待清选脱出物各组分的悬浮速度。结果表明:谷子脱出物籽粒、穗瓣、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.29~8.88、1.03~6.48、1.71~6.09、1.03~3.09 m/s;荞麦脱出物籽粒、分枝、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.47~10.18、1.85~5.18、2.80~8.37、0.76~2.99 m/s;燕麦脱出物籽粒、种皮、分枝、茎秆、叶子、未脱皮籽的悬浮速度分别是:4.35~11.01、0.62~1.71、1.62~4.52、1.14~6.28、0.91~3.56、3.24~9.48 m/s。谷子、燕麦籽粒的悬浮速度可与其大部分轻杂物的悬浮速度区分开,燕麦籽粒的悬浮速度与其未脱皮籽的悬浮速度相接近;荞麦籽粒的悬浮速度可与其小部分轻杂物的悬浮速度区分开。该研究可为农业物料机械清选技术及装置的研发提供参考。     

秸秆深埋还田开沟灭茬机设计与试验

秸秆还田是农作物秸秆综合利用最为直接的形式,深埋还田能打破犁底层、培肥地力,并提高土壤抗旱保墒能力。在秸秆深埋还田时,由于作物根茬未粉碎,深开沟的同时会出现大块土垡。秸秆深埋后还需对根茬和土垡进行二次粉碎,增加了作业成本。为满足秸秆深埋还田开沟灭茬碎土的需求,设计研制了一种集开深沟、碎土、灭茬等多道工序的用于秸秆深埋还田的开沟灭茬机。以导向铲入土深度、灭茬刀转速、灭茬深度为试验因素,机器的作业阻力和灭茬碎土率为试验指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明导向铲入土深度和灭茬深度对作业阻力有极显著影响,灭茬刀转速对灭茬碎土率有极显著影响。在开沟深度为35 cm时,导向铲入土深度、灭茬刀转速和灭茬深度分别为100 mm、340 r/min和60 mm时,开沟灭茬机的作业性能最好,作业阻力为21.6 k N、灭茬碎土率为96.3%、开沟深度稳定性为92.4%。试验表明该机具有很好的开沟、灭茬、碎土效果,该研究为秸秆深埋还田机具的研制和配备提供参考。     

自动定向大蒜播种机的设计与试验

针对现有大蒜播种机难以满足蒜种"鳞芽朝上、直立栽种"农艺要求的问题,该文设计了一种大蒜自动定向播种机。该播种机主要由底盘、机架、种箱、取种装置、蒜种定向装置、插播装置、气动控制系统和镇压轮组成。采用链勺式取种方式完成单粒取种,利用三级锥形料斗实现蒜种鳞芽定向,通过鸭嘴式插播器实现直立栽种。设计了各关键部件结构,通过试验研究探明了影响取种效果和鳞芽定向效果的主要因素,确定了合理工作参数组合。以兰陵大蒜为试验对象,取种试验表明,当播种机行进速度0.10 m/s、振动机构振动作用力15 N、十字轮转速20 r/min时,单粒取种率为93.50%,多粒率为2.30%,漏取率为4.20%,综合取种效果最优;蒜种定向试验表明,当3级料斗尖锥半顶角依次为45°、40°和30°时,料斗安装间距100 mm、料斗打开间隔时间0.4 s时的鳞芽朝上率为94.44%,综合定向效果最优。大蒜播种机田间试验结果表明,上述参数组合下鳞芽朝上率为89.2%,重播率为3.2%,漏播率为2.0%,播种效率为500～650 m~2/h,满足大蒜播种农艺需求。该文研究结果为推动大蒜播种机械化和自动化发展提供参考。     

4U2A型双行马铃薯挖掘机的设计与试验

针对粘重土壤马铃薯挖掘机作业阻力大、易堵塞、故障率高、机械损伤率高、分离效果差、明薯率低等突出问题,研究设计了4U2A型马铃薯挖掘机;通过对结构和工作原理的阐述及对由挖掘铲、分石栅、前导轮、压草轮、升运链等组成的防堵机构的理论分析及整机性能的试验研究,获得机具的具体作业性能参数,并与传统机型进行性能对比分析,证明各项性能参数的可靠性。试验结果表明：该机具解决了马铃薯收获机收获过程中阻力大、故障率高、夹草、堵塞、壅土等瓶颈问题,与传统机型相比耗柴油量每公顷少2.19 kg、机具的可靠性提高了3%、明薯率达98.8%,伤薯率为0.76%,破皮率为1.02%,提高了马铃薯收获的效率和质量。该研究为马铃薯收获机的研发提供理论支撑和技术参考。     

玉米螺旋式清选装置的设计与试验

针对传统振动筛存在噪音大、筛分效率不高等问题,该文基于螺旋输送原理设计出一种玉米螺旋式清选装置,装置主要由输送搅龙、料槽、半圆筛片、减速电机、变频器等组成。输送搅龙外径为100 mm,螺距为100 mm,工作长度为2 000 mm,螺旋轴轴径为20 mm,6 mm孔径的筛片开孔率约为40%,16 mm孔径的筛片开孔率约为35%。以筛分效率和破碎率增加值为试验指标,对含水率为14.5%的玉米分别进行大杂清选试验和小杂清选试验。大杂清选试验结果显示,筛分主要在筛片前部分完成,且破碎率随着输送搅龙转速的增加而增加。小杂单因素试验表明,随着输送搅龙转速的增大,筛分效率逐渐增加,破碎率增加值逐渐增大;随着初始填充系数的增加,筛分效率缓慢降低,破碎率增加值逐渐增大;随着输送角度的增大,筛分效率先增加后减小,破碎率增加值逐渐增加。小杂正交试验结果表明,3种试验因素的最优组合为初始填充系数20%,输送角度0°,输送搅龙转速500 r/min;显著性检验结果显示,输送搅龙转速对筛分效率和破碎率增加值的影响均显著（P<0.05）;输送角度对筛分效率和破碎率增加值的影响均不显著（P>0.05）;而初始填充系数对筛分效率的影响显著（P<0.05）,但对破碎率增加值的影响却不显著（P>0.05）。该装置工作过程中噪音较小,运行可靠,筛分效率达到98.5%,试验结果可为后期研发螺旋式清选设备提供参考。     

4LZG-3.0型谷子联合收获机的设计与试验

针对谷子机械化收获难、损失大的问题,研究设计了4LZG-3.0型谷子联合收获机。该文描述了机器的总体设计方案,并对割台、输送装置、脱粒装置、清选装置等进行了设计,确定了其关键参数。该机配套动力55 k W,工作幅宽为2 000 mm,生产率为0.23~0.45 hm2/h;可一次完成谷子切割、输送、脱粒、清选、集粮、碎谷码回收等作业,具有喂入量大、割台损失少、脱净率高、夹带损失率小、脱出物中含杂率少等特点。田间性能检测和试验考核表明:机器性能稳定,作业顺畅,主要指标为喂入量3~3.3 kg/s;总损失率6.86%~6.89%;含杂率1.6%~1.8%;破碎率1.3%~1.4%;可靠性系数≥95%,均达到或超过设计技术指标。该研究有效降低了割台损失,大幅减少了脱粒、清选损失,为提高谷子机械化收获水平提供了参考。     

基于机器视觉的玉米种粒定向定位摆放装置研制

为实现玉米定向、定位播种,基于图像处理技术研制了一种玉米种粒定向定位摆放装置。在介绍装置的组成和工作原理的基础上,设计了关键部件的结构,通过试验分析和理论计算,确定了关键部件的尺寸参数和安装方位,测试了导向定位管的定位精度,分析了凹型定位槽连续有效作业的条件,并结合作业精度要求,设计了控制方式并设置了控制参数。同时结合金博士郑单958种粒样本的特点,改进了合格种粒胚芽正反面和尖端朝向的图像检测算法。试验结果表明,胚芽正反面检测准确率为98%,尖端朝向检测偏差小于8°,凹槽定位准确率为97%,定位吸取准确率为94%,定位摆放准确率为99%,摆放后角度偏差不大于10°,满足设计要求。该研究可为实现种粒的定向包装以及后续的定向播种提供参考。     

玉米原茬地侧向清茬刀设计与试验

针对玉米原茬地免耕播种作业过程中残留玉米根茬和须根导致施肥播种部件堵塞、播种质量降低等问题,该文设计了一种玉米原茬地免耕播种用侧向清茬刀,分析了侧向清茬刀工作与结构参数对根茬清除率、土壤扰动率和功耗的影响。对侧向清茬刀清茬、输送、抛扔等作业过程进行分析,并依此对侧向清茬刀结构及正切刃工作曲线进行设计,确定了影响其作业性能的关键参数。应用三因素三水平正交试验和模糊综合评价方法,选取正切刃折弯角α、正切刃宽度B、清茬刀角速度ω为影响因素,根茬清除率、土壤扰动率、当量功耗为性能指标,对影响作业性能的侧向清茬刀结构和工作参数进行优化。结果表明:在作业速度7.2 km/h条件下,正切刃折弯角0.86 rad、正切刃宽度50 mm、清茬刀角速度52 rad/s时,根茬清除率为94.3%,土壤扰动率为54.3%,当量功耗为3.4 kW,工作过程中未出现堵塞与秸秆缠绕现象。研究结果可为玉米原茬地免耕播种作业提供参考。     

倾斜圆盘式谷子精少量排种器的设计与试验

为解决谷子等小籽粒种子播种难的问题,根据谷子免间苗精少量播种的农艺要求,设计了一种倾斜圆盘式谷子精少量排种器,阐述了排种器的工作原理和谷粒的运动过程,计算确定了主要的结构参数。以种子破损率、总排量稳定性变异系数、穴距合格指数、重播指数、漏播指数、合格穴距变异系数为指标,对其进行了排量稳定性和均匀性试验。结果表明,该排种器的排量稳定性变异系数小于0.7%,穴距合格指数大于86%,重播指数小于12%,漏播指数小于7%,合格穴距变异系数小于5%,谷子破损率小于0.05%,满足行业标准要求。该研究可为小籽粒精少量排种器的设计分析提供了参考。     

针孔管式小麦精准点播装置设计与吸种性能研究

精准点播可保证播种作业的播量、播深及株距的均匀度,增强个体发育,但因小麦种子具有籽粒小、种植密度大等特点,目前尚缺少小麦精准点播装备。针对这一问题,该文设计了一种基于气力吸附、定点打穴、精准投种的针孔管式小麦精准点播装置,并对其吸种性能进行研究。确定了该播种机构的工作原理及主要结构,通过理论计算,确定适宜株距为2.73 cm,针孔吸种管扰动距离为7.86 cm,应分3行排布。以吸种孔位置、吸种孔直径和吸种面形状为因素,以漏种指数、重种指数和单粒指数为指标进行正交试验,得出最优参数组合为:吸种孔位置为顶面,吸种孔直径为2 mm,吸种面形状为凸面;在此条件下,试验结果为漏种指数为4.1%,重种指数为7.3%,单粒指数为88.6%,满足设计要求。     

排种盘和负压腔室同步旋转气吸式玉米精量排种器设计

针对传统气吸式排种器工作时排种盘与负压腔室的密封垫之间相对转动,易导致密封垫磨损,从而造成排种器密闭性下降、风压需求增加、作业精度降低等问题,设计了一种排种盘和负压腔室同步旋转的气吸式排种器,将排种盘与负压腔室固定连接,作业时同步旋转,使排种盘和密封垫之间不产生相对运动,达到无摩擦、低气压损失、高排种精度的效果。基于机械扰种和重力辅助充种原理,将该排种器排种盘设计为带直线凸起的环形锥台,分析确定了排种器工作区域,计算了排种盘的关键结构参数。以含水率为12.8%,千粒质量为351 g的郑单958未分级种子为试验对象,借助中国农业大学自主研发的排种器性能检测仪对该排种器作业效果进行了室内试验,结果表明:作业速度10 km/h以下,所研制的排种器在负压值–3.5~–5.5 kPa时,粒距合格指数均能达到91.6%,漏播指数均小于5.2%,重播指数均小于5.4%,各项指标优于国标要求,能实现有效排种。与Kverneland排种器的对比试验表明,要达到相同合格指数,设计的盘室同步气吸式精量排种器所需负压值更低。     

气吸式排种器扁平种子吸附姿态调节机构设计与试验

针对气吸式排种器在进行扁平形状种子排种时,充种性能不稳定,排种效果不佳的问题,该研究以扁平玉米种子为作业对象,从种子的吸附姿态调节入手,设计一种具有倾斜凸台式取种结构的气吸式排种器。对排种器的倾斜凸台作业过程进行理论分析和设计计算,针对平面盘、凹槽盘和凸台盘3种排种盘的作业过程进行离散元仿真分析,结果表明：凸台盘对种群的扰动能力、离散程度和扭矩高于其他排种盘,倾斜凸台在取种过程中能够改变种子的姿态,实现种子扁平面与吸孔表面间的平行吸附。台架试验结果表明,凸台盘的单粒吸附率优于凹槽盘和平面盘,随着前进速度升高,单粒吸附率先增大后减小,8 km/h时达到最高值91.70%;随着负压增大,单粒吸附率变化趋势相同,3 kPa时达到最高值90.84%;凸台盘的稳定吸附率和平行吸附率随速度增大出现小幅降低,随负压增大逐渐升高并在3 kPa趋于稳定,凸台盘的吸附性能优于其他两种排种盘,同时3种排种盘在取种时的平行吸附率与投种位置的稳定吸附率呈正比。前进速度4～8 km/h时,凸台盘的排种合格率稳定在98%以上,随后逐渐下降,12 km/h时降至93.18%;田间试验结果表明,排种器作业性能随前进速度升高而降低,12 km/h时,凸台盘的合格率降为90.34%,漏播率升高至6.52%,满足精密播种要求。倾斜凸台式取种结构能够对扁平种子吸附姿态进行有效调节,提高吸附稳定性和排种器作业性能,研究结果可为扁平种子高速精量取种提供技术参考。