光电传感器结合旋转编码器检测气吸式排种器吸种性能

高速精密播种作业是大豆、玉米等作物播种的主要发展方向之一。该文针对高速精密播种作业中气吸式排种器,设计了排种器吸种状态检测系统(seed disc suction performance detection system,SDSPS),该系统采用凹形光电传感器采集排种盘吸种信息、应用光电旋转编码器采集排种轴转动角度等信息,通过对光电传感器的输出信号和光电编码器脉冲信号进行处理,得到排种盘每个吸孔的吸种情况,从而进一步获取整个排种器的工作状况。与排种器试验台常用的图像处理检测系统(seeding detecting system based on image processing,SDSIP)在6组作业条件下进行了试验台对比试验,并单独进行了检测单个吸孔吸种量可行性试验。试验通过F检验和T检验(α=0.05)得出2种系统测量值总体方差相同和均值一致。精度分析结果表明SDSPS相比于SDSIP的最大相对误差为0.31%,系统稳定性分析结果表明SDSPS与SDSIP的波动幅值比较接近,两者的最大相对偏差值都不超过1%,SDSPS检测单个吸孔吸种量的最大相对误差为16.67%。通过田间试验验证,SDSPS对于漏吸种量和多吸种量,检测系统检测值与实际值相对误差平均值分别为3.87%和8.42%。SDSPS能有效的进行排种盘吸种性能检测,对单个吸孔吸种量的检测也具有较高的可信度,可以为气吸式排种器性能检测与改进提供技术支撑。     

组合吸孔气吸式排种器研究

简述了组合吸孔气吸式排种器的构造及工作原理;通过回归分析,建立了种子在排种器内的运动方程式,在此基础上,对种子在排种器内的运动及受力进行了分析,同时探讨了影响排种性能的几个主要因素。     

气吸滚筒式花生穴播器投种性能分析与试验

针对气吸滚筒式花生穴播器投种过程中种子不能准确落入导种机构而造成漏播、重播的问题,该研究提出了一种通过调整穴播器盖边缘开口位置和导种机构安装角度的方法寻求最佳投种轨迹,对种子脱离穴播器盖进入导种机构阶段建立动力学模型,明确了投种轨迹变化机理,确定了穴播器盖和导种机构的安装参数。借助EDEM仿真软件研究了穴播器盖和导种机构在不同安装角度下的投种性能,得出种子在与分种盘挡片接触状态下脱离穴播器盖边缘的投种性能最佳。选取穴播器盖安装角度、导种机构安装角度和机具前进速度为试验因素,以排种粒距合格率、漏播率、重播率为试验指标,在排种试验台上进行三因素三水平组合试验。结果表明：在穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角为11.18°、机具前进速度为3.85 km/h的条件下投种性能最优,此时排种粒距合格率为95.37%。田间试验结果表明,调节穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角11.18°,机具前进速度在3.05～4.65 km/h范围内,试验结果与台架试验结果基本相符,排种粒距合格率大于89%、漏播率小于7%,重播率小于5%,满足花生单粒精量播种要求。     

气吸式排种装置排种性能理论分析与试验

为了探讨提高气吸式排种装置排种性能的方法,该文从理论上分析了气吸式排种器的吸附机理,建立了气吸室空气流场方程,并通过对种子在气吸状态下的受力情况及种子脱离吸种孔后的运动进行分析计算,建立了种子运动方程。利用移动式排种器试验台分别以排种盘转速、气吸室真空度为试验因素,对气吸式排种装置排大豆时的影响进行了单因素试验,结果表明：排种盘转速、气吸室真空度对气吸式排种器的排种性能影响显著,与粒距合格率的相关系数均在0.96以上;当排种盘转速为21.7 r/min、气吸室真空度为2.5 kPa时排种效果最好,合格率达到91.26%。     

气吸式排种器排种均匀性的Monte Carlo模拟

研究了影响气吸式排种器均匀性的随机因素及其概率分布规律,在得到单粒排种时种子间时间间隔的数学模型的基础上,应用Monte Carlo(蒙特卡罗)方法研究了排种器的结构参数—吸孔数、投种角、投种半径及投种高度对其排种均匀性的影响规律,为此类排种器的设汁提供了依据。     

气吸式谷子排种装置吸种孔的结构设计与试验

为实现气吸式谷子排种装置的精少量穴播,解决播种时伤种、吸种孔堵塞、成穴性差等问题,在研究了谷子机械物理特性的基础上,对气吸式排种装置的排种盘进行了设计,设计了圆柱孔、倒角截顶圆锥体孔、截顶圆锥体孔和四棱台孔4种结构,并对排种装置进行了谷子排种效果对比试验以及排种性能试验。试验结果表明,在所设计的多种排种盘结构中,吸种效果最好的排种盘吸种孔为四棱台结构,堵塞情况最少,相对成穴性最好,此时平均穴粒数3.3个,穴粒数合格率89%,穴距合格率94%,平均成穴距离1.24 cm。同时确定了排种器的最佳工作参数:真空度?2 k Pa,排种轴转速28 r/min。初步实现了采用气吸式排种装置下的谷子精少量穴播,对以后设计谷子精密排种装置及相关研究提供参考。     

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。     

气吸滚筒式油菜穴盘育苗精密排种器设计与试验

为满足油菜穴盘育苗移栽作业要求,解决油菜机械化种植茬口紧张难题,该研究设计了一种气吸滚筒式穴盘育苗精密排种器,利用光电传感器和正压投种机构实现同步整排投种。阐述了排种器基本结构与工作原理,对关键部件结构进行设计,应用Fluent软件模拟分析了3种不同正压进气孔间距条件下滚筒内壁和吸种孔与正压气室的流场特征;采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器作业性能的主要影响因素(吸种负压、投种正压和吸种孔直径)与播种指标(单粒合格指数、漏播指数和重播指数)的关系进行研究,分析了各因素及其交互作用对各指标的影响规律,并采用多目标优化方法进行参数优化;在优化参数条件下,设定排种器生产率分别为600、700和800盘/h时,对3个品种油菜种子和1个蔬菜种子(茄子)进行排种性能试验。结果表明:当正压进气孔间距为144 mm时,整个正压气室无回流情况,各吸种孔处气流速度相对均匀;影响单粒合格指数的因素主次顺序为投种正压、吸种孔直径和吸种负压,最优参数组合为吸种负压3.73 kPa,投种正压0.23 MPa,吸种孔直径1.28 mm,此时单粒合格指数、漏播指数和重播指数分别为95.13%、2.80%和2.07%。生产率为600~800盘/h时,油菜种子的单粒合格指数均高于93%,漏播指数和重播指数均小于5%;茄子的单粒合格指数高于90%,漏播指数和重播指数均低于5%。该排种器的排种性能适应性较好且精准高效,能够满足油菜及部分蔬菜穴盘育苗播种作业要求。研究结果可为油菜等穴盘育苗播种机研发提供参考。     

气吹式精密排种器工作压力试验研究

通过台架和田间试验,得到了气吹式精密排种器播种玉米适宜的吹气压力范围,并通过单因素方差分析试验考察了吹气压力对播种合格指数、重播指数和漏播指数的影响情况.试验台上采用2种不同材料的排种器进行试验,吹气压力在0.7～8 kPa范围内变化.田间试验为同一工况下多次重复.台架试验发现,吹气压力高于2.5 kPa时播种质量较好,且一直呈上升趋势;8kPa时,合格指数达到97.28％; 2.5～4.5 kPa范围内合格指数在90％左右,漏播指数低于1.2％;田间试验合格率达到93.18％.气吹式排种器适宜吹气压力范围广,漏播率低,田间播种性能稳定可靠.     

气吸式马铃薯排种器正压吹种零速投种性能优化试验

为提高马铃薯排种精度,弥补现有零速投种技术存在的不适合高速作业、投种点高等缺点,提出利用正压气流为下落的种薯沿播种机前进方向反向加速以实现零速投种。对投种过程进行基础解析,获悉影响零速投种性能的主要因素及各因素的试验取值范围。以吹种正压、投种角和排种器转速为试验因素,合格指数、重播指数、漏播指数及变异系数为评价指标,进行二次正交旋转回归试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,分析各因素对评价指标的影响规律,可知当排种器转速为25～31 r/min时,影响排种性能的主要因素是排种器转速,当排种器转速>31～40 r/min时,随着吹种正压的升高,合格指数上升、变异系数下降,此时零速投种对提升排种质量效果明显。根据回归模型进行参数优化,当吹种正压15 kPa、投种角57°、排种器转速35 r/min时,排种合格指数、重播指数、漏播指数、变异系数分别为95.22%、3.51%、1.27%和9.43%,满足马铃薯排种作业要求。该研究为优化气吸式马铃薯排种器、提升马铃薯等大粒种子作物及其他作物排种精度提供技术支持。     

振动气吸式穴盘播种机的吸种性能研究

为了促进精量播种机的开发与应用,该文对振动气吸式穴盘播种机的吸种性能进行了理论分析。在种子盘近似单频被激振动的情况下,忽略种子空气阻力,使被抛掷的种子“沸腾”起来,以减少种子间的内摩擦力,提高吸种,固种能力。此时把空气流看作等熵流动,从而得出数学模型。试验结果与数学模型基本吻合。结果表明：在一定的真空度下,随着吸嘴直径的增大,吸种能力也随之上升,但吸嘴直径一定要小于种子的直径。吸种质量随吸嘴真空度的增加而提高,真空度较小时,对吸种高度的影响比较明显,真空度较大时,影响较小。真空度有一极限值48 kPa,在此真空度以上不能改善吸种质量;而在一定的真空度下,吸种高度随吸嘴直径变化比较明显均匀。     

压电型振动气吸式穴盘育苗精量播种机设计与试验

为了适应微小尺寸的作物（林木、花卉及一些蔬菜）种子的穴盘育苗精量播种工作要求,采用压电振动方式驱动与气吸盘相结合的吸排种原理,设计了一种新型的精量播种机。对压电振动工作台进行结构、参数和驱动系统设计,基于逆压电效应,压电驱动器产生的微位移经放大机构放大后驱动种子盘振动,使种子克服相互间摩擦力而产生有利于吸种的“沸腾”运动,种子盘设计成1～2行吸种宽度、轻质材料、窄结构形式,并实现了补吸种,吸种率大大提高。试验结果表明：压电振动台的振幅超过1.3?mm以上,机械系统振动响应频率在13～55?Hz,且频宽可调（共振频率25?Hz）,种子吸种率在振动强度为1.4～1.7时均达到98%以上,满足穴盘育苗精量播种农艺要求,达到预期设计目的。     

盘吸式穴盘播种机抛振系统运动分析与优化

为改善盘吸式穴盘播种机种盘振动时种子悬浮高度的均匀性,从而减少播种的空穴率,设计了一种由弹簧-电衔铁-种盘所构成的种盘抛振系统,通过对该系统内种子运动过程的理论分析与动力学仿真,得出了种盘内种子的运动规律,并对种盘结构进行了优化设计,完成新样机试制与性能试验。试验结果表明：优化后的抛振系统种子抛起高度均匀一致,有效克服种子群移动、扎堆等问题,单粒率大于96%,吸附率大于98%,空穴率低于2%,各性能指标达到精量播种的农艺要求。为穴盘育苗精量播种机振动系统的结构设计提供了一种新的思路。     

水稻秧盘育秧播种机气动式自动供盘装置设计与试验

为减轻工人劳动强度,提高水稻秧盘育秧播种机的生产效率,研制了一种气动式自动供盘装置。通过建立秧盘输送模型确定了输送机构的输送过程和速度关系,根据秧盘外形特征和自动供盘装置工作原理,研制了气动式落盘机构及控制系统,由接近开关对秧盘进行检测,利用落盘机构快速升、放秧盘,实现秧盘的自动供送。为研究生产率、放盘时间和叠盘偏差对自动供盘装置性能的影响,以供盘合格率为指标进行了自动供盘正交试验。试验结果表明,叠盘偏差对供盘合格率的影响最显著,放盘时间对供盘合格率有一定影响,生产率对供盘合格率的影响不明显;当生产率为600~1 000盘/h、叠盘偏差为0~6 mm、放盘时间为0.8 s时,供盘合格率为98.67%~100%,试验结果满足水稻秧盘育秧播种机育秧技术使用要求。该研究对提高水稻秧盘育秧播种机的自动化程度具有重要意义。     

气吸式精播机种、肥作业智能计量监测系统

为了解决大型精播机作业质量的自动监测问题,设计了种、肥作业智能计量监测系统。系统能够完成计量种、肥施播量,监测种箱和肥箱排空以及种管和肥管堵塞等情况。与以往的研究不同的是：采用了间接测量法计量种、肥施播数量,双轮测距法测量作业面积,并采用光电阵列检测种、肥排空及堵塞信息。系统安装在2BJM-9型精播机上进行了田间生产试验,播种量测量相对误差＜5%,施肥量测量相对误差＜9.6%,作业面积测量相对误差＜5.5%,报警最大响应时间为0.8 s。通过现场试验,证明其方法可行,监测效果较好,能实现精播机作业的全天候、全过程监测。     

双腔气力式水稻精量水田直播机设计与试验

杂交水稻分蘖能力强,产量高。为满足杂交水稻水田直播需求,该研究以3～5粒/穴为播种目标,设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构,并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象,以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2～0.4 m/s时,10行排种器平均播种合格率（3～5粒/穴占比）为91.04%,0～2粒/穴占比2.23%,大于5粒/穴占比6.73%,各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%,满足杂交稻田间播种作业要求,为水田精量直播提供了参考依据。     

水稻钵盘精量播种机充种性能试验

为优化水稻钵盘精量播种机有关参数,以提高其充种性能。利用研制的水稻钵盘精量播种机进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,研究了型孔直径、型孔厚度、种箱速度对充种率、损伤率和空穴率的影响。结果表明影响充种率和空穴率的因素主次顺序为型孔直径、型孔厚度、种箱速度;影响损伤率的因素主次顺序为型孔直径、种箱速度、型孔厚度;确定较优参数组合为型孔直径10 mm、型孔厚度4 mm、种箱速度0.115 m/s;此时充种率94.81%、损伤率0.479%、空穴率0.46%,研究结果为水稻钵盘精量播种机设计与性能改进提供依据。     

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。     

磁吸式穴盘精密播种机的研制及试验

穴盘精密播种是现代育苗技术的一个重要环节，由于蔬菜、花卉等作物种子具有体积小、重量轻、形状又不规则的特点，给其精密播种带来了困难。为了较好地实现这类种子的精密播种，在分析了国内外现有精密播种技术的基础上，提出并设计了一种新型磁吸式精密播种机。该机依靠电磁吸头精确吸取经磁粉包衣处理的种子，通过调节磁吸力的大小来控制播种量和播种精度，整机由步进电机驱动，并由单片机协调控制来自动作业。通过对小白菜、西红柿、黄瓜等作物种子的初步试验，其单粒精播率达90％，漏播率低于5％，说明该机具有较高的播种精度和对不同类型种子     

大粒种子定向精量播种装置参数优化试验

针对传统精量播种机难以对大粒种子进行定向精量播种,该文基于直线振动器定向送种、气缸驱动种穴转向及负压针式播种技术,开发了一种可实现大粒种子45°定向精量播种的装置。以瓠瓜种子为播种对象,对定向种穴机构和负压播种机构进行参数优化试验,得到定向种穴与种子输送轨道出口的垂直距离为1.5 mm、水平距离为0、直线振动器送种速度为65 mm/s时,种子进入定向种穴内的成功率可达98.89%;负压吸嘴垂直运种速度为40 mm/s、种子压入基质深度为3 mm、压种停滞时间为1 s时,种子相对于设定方向的角度偏转平均值仅为0.8°。通过对大粒种子定向精量播种装置进行综合播种作业性能试验,得到该装置播种作业生产率可达6000穴/h以上,单粒率为97%,91%以上种子角度偏转小于10°,95%以上种子角度偏转小于15°,种子最大角度偏转小于25°。该研究可为大粒种子定向精量播种机的开发设计提供参考。