油麦兼用型精量宽幅免耕播种机仿形凿式开沟器研究

针对播种作业地表不平、播种机宽幅导致各行播深均匀性和稳定性差等问题,设计了一种基于仿形辊弹性形变、实现仿形功能的凿式播种开沟器。阐述了凿式播种开沟器仿形开沟工作原理,确定了凿式刃口曲线方程,构建了开沟器与土壤互作关系力学模型,阐明了仿形机构的弹性形变与仿形阻力及仿形量之间的关系。以凿式曲面刃口宽度、仿形辊直径、入土角、播深为试验因素,采用二次回归正交组合试验方法,利用高速数字化土槽平台,开展了各试验因素对播深稳定性影响试验。试验结果表明,刃口宽度12mm、仿形辊直径24mm、入土角22°时,播深稳定性较优。田间对比试验表明,在最优参数组合下,凿式开沟器的播深变异系数低于9%,地表平整度低于18.5mm,作业通过性好,其开沟性能优于翼铲式开沟器;田间播种试验表明,以4.8m工作幅宽、24行播种的油麦兼用型精量宽幅免耕播种机播种的油菜、小麦,单行苗数变异系数、各行苗数一致性变异系数均低于10%,小麦各行1m内平均苗数为35,春油菜各行1m内平均苗数为26,冬油菜各行1m内平均苗数为20,满足油菜、小麦精量播种及成苗率要求。     

双轴旋耕压槽播种开沟匀覆土作业机设计与试验*

针对目前小麦播种机械存在的播种质量差、播深稳定性差、复式作业程度低等问题,设计一种双轴旋耕压槽播种开沟匀覆土作业机,分析机具的工作原理,并根据实际作业需要,设计一种传动系统,计算出整机传动效率为0.716。为稳定开出5 cm宽,1~3 cm深的小麦种槽,设计一种特型的开槽轮,保证播种深度,提高播深与播宽稳定性;根据作业幅宽3 500 mm以及播种深度1~3 cm,确定绞龙长度与直径的参数,设计一种开沟匀覆土装置,采用左右两段绞龙机构,提高耕幅范围内的土壤平整度,并同样分左右两段绞龙机构,设计一种清土装置。田间对比试验表明样机的准确度为88.67%、离散度为45.45%、均匀度为73.74%,普通播种机的准确度为78.72%、离散度为39.38%、均匀度为44.83%。     

电液混合调控式大蒜播种机设计与试验

针对传统大蒜播种装备自动化程度低而导致的播种合格率和作业效率低等问题,设计了一种电液混合调控式大蒜播种机。该机主要由电控播种装置、播深调节装置、参数检测装置和人机交互界面等组成。以单片机为核心控制器,利用速度传感器和旋转编码器,实现了株距与作业速度的匹配;分析开沟入土阻力与入土深度关系,确定了播深调节液压装置关键部件;结合光电传感器和显示屏,完成了作业参数实时显示与播种异常报警功能。以杂交蒜为试验对象,分别进行了播深一致性试验、播量检测试验和播种质量试验,结果显示,播深调节平均误差为4.7%,播深变异系数平均值为5.3%;播量检测平均误差为4.0%;播种合格率为83.7%,漏播率为6.2%,满足大蒜播种农艺要求,且较同种条件下以汽油机为动力源的大蒜播种机漏播率降低3.1个百分点。     

玉米播种深度智能调控系统研究

针对目前玉米播种机播深控制装置多采用限深轮配合仿形机构,存在仿形精度差,播深一致性和稳定性难以保证等问题,从覆土、镇压确定种子上层土壤厚度(播种深度)的测控角度出发,设计了覆土-镇压联动监控装置,进而设计了该联动监控装置的智能控制系统,实现了播种深度的自动调控,保证了玉米播种深度一致性。该系统以MSP430单片机为控制中心,以试验所得镇压强度形成的专家系统为标准,以镇压系统上的压力传感器检测结果为手段,实现传感器检测结果与专家系统检测结果实时对比,不断调整作业过程覆土装置的覆土量,确保播种深度和镇压强度的稳定性和一致性。对该装置进行了响应时间检测试验,结果表明该控制系统的响应时间为0.58s,且实际工作时响应时间要小于试验值。继而进行田间试验,结果表明,当播种作业速度为3～8km/h时,播深合格率高于90%,且在高速作业时播种合格率明显优于机械仿形装置,有效提高了播种深度的一致性。     

机械式小麦射播排种器设计与试验

针对现阶段小麦播种机接触式播种形式存在的覆土后种子深度均匀性差,播种效果易受播种部件影响的问题,同时为简化播种工艺,设计了一种适用于华北地区壤土的非接触式小麦机械射播排种器。阐述了对排种器整体结构和射播工作原理,对排种器关键部件尺寸进行设计,分析了小麦种子在排种器内部携种加速过程及投种过程,得出影响小麦射播效果的因素,并进行仿真与试验台试验。选取排种器转速、前进速度、射播高度为试验因素,播种深度变异系数、排种量变异系数、射播速度、射播深度为指标进行单因素试验与正交试验,并进行了验证试验。试验结果表明,机具前进速度为1.0m/s,排种器转速为1100r/min,射播高度为100mm时,播种深度变异系数为8.3%,排种量变异系数为13.9%,射播速度为35.2m/s,射播深度为34mm。试验验证了所设计的机械式射播排种器在华北平原地区壤土作业时,满足小麦播种的作业要求。     

开沟-排种单体式人参精密播种机设计与试验

针对人参播种机械化率低的现状,本文设计了一种开沟-排种单体式人参精密播种机。通过对链勺式人参精密排种器落种点、双圆盘开沟器工作性能和结构参数的分析,确定了开沟-排种单体的关键参数,设计了整机传动系统,可实现株距调整。利用土槽试验台架,选取作业速度、开沟深度、开沟器与排种器相对水平距离为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,设计了二次回归正交旋转组合试验。结果表明：当作业速度为0.42m/s、开沟深度为45mm、开沟器与排种器相对水平距离为95mm时,合格指数为94.53%,重播指数为4.308%,漏播指数为1.165%。为验证播种机的工作性能,加工2BS-10型开沟-排种单体式人参精密播种机,并进行了田间试验,结果表明：当株距为4cm时,播种机的合格指数为92.7%,重播指数为5.0%,漏播指数为2.3%,播深合格率为95.1%,未发现伤种情况,满足我国非林地人参种植的播种要求。     

大豆垄上双行免耕播种机锯齿式开沟器设计与试验

在玉米-大豆轮作免耕种植模式下,针对玉米根土结合体较大且垄向分布不均匀,阻碍大豆垄上双行播种开沟器垄向运动,导致播种深度均匀性和行距一致性较差等问题,设计了一种锯齿式大豆垄上双行播种开沟器。在阐述锯齿式大豆垄上双行播种开沟器结构和工作原理的基础上,对前刀曲线进行了设计,推导出前刀曲线方程;分析了侧刃切割根系力学模型,确定侧刃为锯齿形;对玉米根土结合体进行农艺学测量,确定了锯齿形侧刃的关键参数;根据大豆播种的农艺要求,明确了开沟器主体内导种管以交错形式布置,同时确定了锯齿式开沟器的入土隙角为5°。离散元仿真试验结果表明:锯齿式开沟器能有效切断玉米根系且有较优的工作稳定性,进而验证了设计的合理性。在机组前进速度7 km/h、开沟深度50 mm条件下,以根系切断率为主要指标进行田间性能试验,结果表明:锯齿形侧刃有较强的锯切能力,平均根系切断率达97.25%。与双圆盘开沟器进行田间对比试验,结果表明:锯齿式开沟器比双圆盘开沟器开沟深度变异系数降低43.33%、种子横向距离变异系数降低60.81%。仿真试验和田间试验均表明锯齿式开沟器满足免耕大豆垄上双行播种农艺要求。     

免耕播种机侧深分层施肥播种部件设计与试验

为减少追肥机具进地次数、最大限度地提高肥料利用率,针对因秸秆残茬分布不均、侧深施肥导致播种带两侧土壤紧实度不一致而引起免耕播种机横向稳定性差、掉垄的问题,设计了一种可以底肥侧位深施、口肥垂直分施的免耕播种机侧深分层施肥播种部件。以直斜错位双圆盘肥种沟开沟器的圆盘直径、圆盘夹角和圆盘倾角为试验因素,以前进阻力、侧向合力及开沟深度稳定性系数为试验指标,对影响机具横向稳定性和作业质量的参数进行分析和试验。结果表明,当圆盘直径为352 mm、圆盘夹角为14°、圆盘倾角为7.5°时,肥种沟开沟器前进阻力为585.96 N、侧向合力为181.95 N、开沟深度稳定性系数为91.46%。样机性能试验表明,种肥垂直距离合格率为91.7%,种肥侧向距离合格率为92.4%,播种深度变异系数为10.7%,播种横向变异系数为28.4%,满足侧深施肥播种质量要求。     

基于压电薄膜的免耕播种机播种深度控制系统

为使免耕播种机在秸秆覆盖地作业时自动保证播种深度的一致性和稳定性,设计了一种主动作用式播种深度自动控制系统。采用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidence fluoride,PVDF)压电薄膜传感器将免耕播种机限深轮的胎面形变量转换为电压信号,信号处理电路对传感器产生的信号放大滤波,提取信号峰值,系统根据峰值信号实时监测播种单体对地表的压力,控制信号形成电路在压力不足时发出控制信号,控制安装在播种机机架与播种单体四连杆间的空气弹簧产生推力,使播种单体能够产生对地表的压力,从而保证播种深度的一致性。试验结果表明,所设计的主动作用式播种深度自动控制系统能够精确控制开沟深度,仿形性能可靠,作业速度为5~8 km/h时,播深合格率达到90%,作业速度大于8 km/h时,播深合格率明显高于被动作用式播种深度控制装置。     

驱动圆盘玉米垄作免耕播种机设计与试验

针对东北垄作区免耕播种玉米时存在机具堵塞严重、条带旋耕功耗大、垄上作业稳定性差等问题,设计了驱动圆盘玉米垄作免耕播种机,提出了驱动圆盘破茬、限深轮稳定装置为一体的破茬开沟稳定机构,对本装置的关键参数进行了设计.田间试验结果表明,驱动圆盘玉米垄作免耕播种机通过性能好,破茬能力强.机具破茬深度约为87 mm,种肥间距稳定在48 mm时能够满足播种要求,播种施肥开沟器在主动圆盘开出的沟槽中进行二次开沟,减少了土壤扰动和动力消耗.与条带旋耕毛米垄作免耕播种机相比,油耗降低8.5%,地表动土量减少约50%.     

宽苗带小麦免耕施肥播种机设计与试验

针对小麦玉米轮作区,玉米收获后小麦种植时间紧张,播种效率低的问题,采用宽苗带播种模式,搅龙型覆土整平机构,设计一种宽苗带小麦免耕施肥播种机,一次进地可同时完成灭茬、施肥、播种、覆土整平、镇压等工作。对苗带灭茬装置的旋耕刀片排布安装进行设计,确定苗带旋耕灭茬的方式;通过EDEM软件对宽苗带分布器排种过程进行仿真,确定分种板的位置参数;对搅龙覆土整平装置进行力学与运动学分析,确定搅龙叶片的螺旋升角取33°。在玉米小麦两熟区进行试验,结果表明,播种深度,种肥高度差和苗带宽度的合格率分别为93.1%,100%和94%,机具通过性良好,各项指标满足农艺要求。     

小麦高低畦宽苗带播种机设计与试验

根据井灌区小麦的种植特点,设计一种新型的小麦高低畦宽苗带播种机,集造畦、施肥、播种、镇压于一体,实现小麦高低畦宽苗带种植,解决传统小麦小畦种植模式土地利用率低、光热损失大、小麦群体不足等问题.设计浮动式播种单体,提升播幅内播深一致性;设计错位组合式双圆盘开沟器组,实现小麦宽苗带播种,苗带宽度达到9 cm以上;设计“凸”...     

基于PLC监测系统和远程控制的玉米播种机设计

为了提高玉米播种机的自动化水平和播种精度,设计了一种新型的基于PLC监测系统的远程控制玉米播种机,并对玉米播种机的开沟机械装置和播种机械装置进行了改进,结合PLC监测和控制技术,实现了播深、排种精度和播种机行驶方向的实时监测和控制。为了实现播深和排种精度的自动化调节,使用PLC对开沟器和排种轮进行实时监测,并利用四连杆结构和直流驱动电机对其进行控制,采用灰色预测模型对排种器的排种轮转速进行预测,可以有效地提高播深和播种精度控制的自动化水平。最后,对播种机的性能进行了测试,通过测试发现:基于PLC监测系统的远程控制播种机可以有效地对排种轮转速、播种机行驶速度、行驶方向进行实时监测,播种机的漏播率和重播率都较低,满足高精度播种机的设计需求,为现代化播种机的设计提供了较有价值的参考。     

油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业工序复杂、效率低的问题,设计了一种油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机,可实现开畦沟、浅旋灭茬、油菜精量播种、种床覆土等功能。分析确定了整机基本结构和工作过程,对液压折叠机构进行了运动学和动力学分析,利用Matlab软件确定了液压缸结构参数以及承受的最大负载,基于拖拉机液压油路设计了液压折叠控制系统;根据开畦沟深度、宽度、耕深、覆土均匀性等作业要求,确定了刀轴转速为360～480 r/min,开沟刀、浅旋刀辊旋转半径分别为320、175 mm,开沟刀盘开沟刀数量为8;分析了分土导流板结构参数的取值范围,应用EDEM软件开展了分土导流板不同结构参数组合下的覆土均匀性正交试验,建立了覆土均匀性与分土导流板安装距离、导流板长度和分土板角度的回归数学模型,试验结果表明,当分土导流板安装距离为200 mm、导向板长度为600 mm、分土板角度为60°时,覆土均匀性可达93.33%。田间试验结果表明,当机组前进速度为3.6 km/h、畦沟深度为150 mm、刀轴转速为480 r/min时,油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机作业后种床碎土率为91.62%,秸秆埋覆率为9...     

稻麦联合收获开沟埋草一体机播种系统设计与试验

目前免耕播种机多为收获后免耕播种作业,未有将免耕播种系统与收获、秸秆还田相结合的复式机型,为了满足此种集成作业需要,达到抢农时、提高作业效率、减少机器下地次数的目的,设计了一种免耕播种系统与稻麦联合收获开沟埋草一体机相结合的机型,该播种系统主要由排种装置、种沟开沟装置、抛土装置构成。性能试验结果表明:设计的小型免耕开沟器开沟深度为3.1 cm,开沟宽度为3.6 m,破茬率为83.4%;延伸板长度为12 cm的抛土装置单侧抛土幅宽为105 cm,覆土厚度为2.2 cm,碎土率为97.8%,抛土均匀性为91.7%。播种系统水稻旱直播田间试验表明:当播种系统播种水稻干种、湿种播量分别为112.5 kg/hm~2、135 kg/hm~2时,产量分别为6 532.4、6 510.0 kg/hm~2,满足一体机免耕旱直播的播种需求。     

种子位置信息视觉检测系统开沟延时回土装置研究

针对机器视觉获取种子空间分布信息时,传统开沟器作业过程中,种子落入种床后,土壤快速回落覆盖种子,导致种床中种子原始图像采集困难的问题,设计了一种开沟延时回土装置,通过导土装置、压种装置和回土装置的配合作业,延长土壤回落时间,形成有利于原始图像采集的避让空间,并在图像采集完毕后将泛起土壤推回种床,保证土壤回填率,达到延时回土的目的。通过理论分析确定导土装置、回土装置等关键装置结构参数。以开沟速度、开沟深度、回土板转角为试验因素,开展土壤回填率离散元仿真试验,确定最优作业参数为开沟速度1.6m/s、开沟深度30mm、回土板转角40°。在最优参数组合下,进行土壤回填率田间试验和种子图像采集田间试验。结果表明,开沟延时回土装置土壤回填率为96.5%,开沟延时回土装置较未安装回土装置的开沟器土壤回填率提升39.6个百分点;工业相机可以在导土装置形成的避让空间中采集到种床中种子的原始图像。试验结果表明,设计的结构可以有效避免回落土壤对图像采集的影响,并保证土壤回填率,实现了种床中种子图像的采集,为计算机视觉技术检测播种作业质量奠定了基础。     

一种PLC联合控制小型播种机设计与应用研究

播种是作物种植的早期环节,对产量有很大的影响。传统的人工播种方式效率低,而播种机可以有效地解决这个问题。小型播种机在我国具有广阔的使用空间,其作业质量的提高需要依靠精准的控制技术。为此,针对PLC单独使用时难以有效控制播种机的问题,设计了一种电力驱动的小型自走式玉米播种机,由PLC与单片机联合控制。在实际应用中测试播种深度、播种量和施肥量的控制精度,发现3个作业参数的实测值与设定值之间差异很小。试验结果表明:播种机在3.9km/h的速度下具有较好的播种效率和质量,智能化水平也得到了提高。     

基于有效落种空间的甘蔗横向种植机开沟器设计与试验

针对甘蔗横向种植对落种质量要求高的问题,基于有效落种空间形成条件,设计了一种组合式甘蔗横向种植开沟器,主要由防漏犁、旋耕部件和开沟犁构成。通过分析落种运动与土壤运动规律,确定影响落种效果的因素以及各关键部件的结构参数。以旋耕转速、工作深度和前进速度为试验因素,以有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力为试验指标开展田间正交试验,探究作业参数对开沟器性能的影响规律。试验结果表明,工作深度对有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力有极显著影响;旋耕转速对旋耕功耗有极显著影响;前进速度对旋耕功耗有显著性影响。使用较优作业参数组合进行验证性试验的结果表明,在旋耕转速为200 r/min、工作深度为30 cm和前进速度为1.20 m/s时,有效落种深度为29.9 cm,落种深度稳定性系数为97.6%,覆土厚度为8.8 cm,浮土厚度为3.4 cm,旋耕功耗为34.0 kW,单侧开沟阻力为14.1 kN,开沟器性能指标满足甘蔗横向种植的落种要求。     

油菜联合直播机组合式船型开沟器设计与开沟质量试验

针对冬油菜机械化播种需开畦沟避免渍害的要求,解决长江中下游地区土壤黏重板结、含水率波动大,导致播种时同步开畦沟的稳定性难以保证的实际问题,设计了油菜联合直播机开畦沟系统,提出了一种配合铧式前犁完成开畦沟功能的组合式船型开沟器。根据土壤切削、挤压和犁体曲面形成原理,分析了组合式船型开沟器的触土曲面力学特性,确定了其主要结构参数。以工作幅宽为2 300 mm的2BFQ-8型油菜联合直播机为试验平台,对铧式后犁、船式开沟犁、组合式船型开沟器3种不同结构型式开沟器,在平均土壤含水率为21.4%、31.4%、46.6%,与之对应的平均土壤坚实度为1 320、846、539 k Pa的3种工况下的稻茬田开展了开畦沟性能比较试验,并测绘畦沟沟型断面。试验结果表明:3种工况条件下,组合式船型开沟器均能开出沟宽244.0~271.7 mm、沟深194.0~229.5mm的梯形沟,沟宽和沟深稳定性系数均达90%以上。开沟后种床带厢面宽度稳定,宽度达2 039.0~2 051.5 mm,满足油菜种植开畦沟的农艺要求。     

冷浸田起垄平整装置设计与试验

针对冷浸田终年积水、水土温度低及排水不良,需进行垄作栽培水稻的生产要求及目前缺乏相关机具的生产现状,设计了一种适宜于冷浸田作业的起垄平整装置,该装置主要由起垄辊、微垄开沟器及平整部件组成,实现大垄排水、微垄蓄水作业,利于冷浸田排水及水稻种子生长发育。根据《冷浸田机械起垄水稻栽培技术规程》,对起垄辊、微垄开沟器及平整部件关键参数进行了设计,确定起垄辊回转半径为560 mm、锥形面倒角为28°,微垄开沟器宽度为50 mm、高度为40 mm及平整部件可调节角度为5°。基于DEM-FEM耦合仿真分析确定了装置较优运行参数,当机具前进速度为0.6 m/s、旋耕刀辊转速为230 r/min、起垄辊转速为120 r/min时,土壤回流率为3.51%,并进行了起垄辊应力应变分析。田间试验结果表明,平均垄沟沟深为160.03 mm、沟顶宽为174.84 mm,平均垄顶宽为1 888.89 mm,平均厢面平整度为11.26 mm,平均微垄沟沟宽为60.16 mm、沟深为36.48 mm,各项指标均满足冷浸田机械化起垄作业要求。