水稻精量旱穴播机穴距电液比例控制系统的设计与试验

针对目前国内水稻精量旱穴播机普遍采用多组链轮或多组齿轮改变传动比,实现株(穴)距调节,但株距调节范围有限的问题,为了增加穴距调节范围,实现穴距的无级调节,研制了一种基于可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)与触摸屏的电液比例控制系统,实时调整液压马达转速,实现播种作业的实时调节。液压系统主要由液泵、液压马达和比例流量阀等组成;控制系统通过Delt WPLSoft V2.37编程软件,编制PLC梯形图程序,采用监视与控制通用系统(monitor and control generated system,MCGS)组态软件开发出人机交互界面,可在交互界面上输入地轮直径大小和穴距,以及设定比例流量阀初始值和阈值,调整比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)参数,并通过人机交互界面实现播种作业时的穴距调节和作业速度监测。通过台架试验和田间试验表明,在作业速度2.8~3.2和3.2~3.6 km/h时,台架试验穴距合格率和田间试验播种穴距合格率均为100%,满足播种要求;在作业速度3.6~4 km/h范围内,台架试验穴距合格率达到89%,田间试验穴距合格率为70%,根据NY/T987-2006《铺膜穴播机作业质量》农业行业标准,田间试验穴距合格率80%,不能满足穴播机作业质量标准。研究结果表明,水稻精量旱穴播机选用型孔轮式排种器,但田间播种作业成穴性效果受风阻、机架振动和种子下落速度等影响较大,作业速度应控制在2.8~3.6 km/h为宜,当作业速度增大对成穴性影响尤为显著。台架试验和田间试验结果都表明电液比例控制穴距系统的可行性,为播种机株(穴)距调节技术提供了科学依据,为播种机的相关设计研究提供技术参考。     

水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验（英文）

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

棉花双膜覆盖精量播种机的研制

为弥补传统精量播种模式存在的不足、减少作业环节和人工消耗,在分析膜上、膜下穴播优缺点的基础上,根据双膜覆盖精量播种技术的农艺要求,研制出一种棉花双膜覆盖精量播种机。通过田间对比试验,表明双膜覆盖精量播种较常规穴播出苗早2～3 d,出苗率≥94%,苗株齐壮。20万hm2的生产实践表明,研制的2BMSJ-12双膜覆盖精量播种机空穴率≤3%,穴粒数合格率≥85%;窄行最小行距为9 cm,能适应新疆棉花密植种植农艺要求,有助于推进新疆棉花生产全程机械化进程。     

斜插式免耕穴播机设计与试验（英文）

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。     

2ZXM-2型全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机的研制

针对新疆辣椒、番茄等作物移栽效率低、强度大、移栽质量差及作业工序多等问题,该文研制了一种全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机,整机主要由自动送苗系统、自动取苗机构与栽植机构、机架、动力传动系统、铺膜铺管装置及镇压覆土装置等组成,可实现一次性完成整形开沟、铺设地膜与滴灌带、自动移栽及覆土镇压等多道作业工序,实现作物膜上覆土移栽的全自动机械化作业过程,并能满足不同作物移栽种植要求。辣椒穴盘苗田间移栽试验结果表明:当机组前进速度为2.8 km/h、理论设计株距为20 cm时,移栽机移栽频率为62株/(min·行),立苗合格率为96.3%,漏栽率为2.8%,伤苗率为1.25%,移栽合格率为93.4%,移栽深度合格率为93.5%,株距合格率为94.7%,株距变异系数为7.9%;滴灌管铺设效果较好,无破损、打折,铺膜及覆土性能优良,地膜采光面展平度为98.2%,采光面宽度合格率为平均为97.8%,平均机械破损程度平均为3.4 mm/m2,膜孔全覆土率为97.8%,移栽机各项性能指标均能够满足辣椒穴盘苗铺膜移栽的农艺要求。该研究可为国内开展全自动旱地移栽机的研发提供参考,对推动新疆机械化育苗移栽技术的发展具有重要意义。     

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。     

内嵌勺盘式舵轮免耕施肥播种机的研制与试验

在播种过程中,由于种子与排种管、开沟器的碰撞和机组前进的共同作用,使得种子落地的位置是随机的,造成播种均匀性差,为解决此问题,该文研制了内嵌勺盘式舵轮免耕施肥播种机,主要由旋刀式苗带清整装置、内嵌勺盘式舵轮穴播器等组成。内嵌勺盘式舵轮穴播器由舵轮式穴播器和勺盘式排种器集成在一起,发挥勺盘式排种器精量取种和舵轮式穴播器定点投种的优势,实现玉米等株距精量播种。田间试验表明：种、肥深度变异系数分别为23.2%和20.2%,株距合格率达96%,出苗率达95%,机具通过性满足农艺要求。     

直插式覆膜小麦穴播机的设计

该文设计的直插式覆膜小麦穴播机，采用平行四杆机构与轨道共同控制成穴器运动，成穴器轨迹非常接近理想直插运动曲线，成穴器入土后沿机组前进方向无显著位移运动。解决了原用滚筒鸭嘴式穴播机的撕膜、错位问题。即使改变成穴器有效工作长度，不会引起成穴器轨迹的变化，可满足不同作物的穴播。成穴器直接接种、整体仿形、成穴器活门强制开关的定时打开和晚关是该机的特点。     

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。     

双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机的设计与试验

针对马铃薯先覆膜后播种种植方式无配套膜上打孔播种机具的问题,该文基于西北黄土高原雨养农业区马铃薯大垄双行栽培模式,设计了双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机。对样机关键部件进行了分析与设计,建立了双曲柄多杆膜下成穴机构的运动学模型,确定了双曲柄多杆膜下成穴机构、侧开式排种机构、提土装置、对穴覆土装置结构及工作参数,确立了传动系统方案,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,膜下播种深度合格率、穴孔错位率、穴距合格率、膜孔全覆土率和地膜采光面机械破损程度分别为92%、5%、88%、93%和52.1 mm/m~2。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现马铃薯膜上打孔播种和对穴覆土一体化作业。     

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.     

三七育苗播种压轮仿形开沟装置的设计与试验

为满足三七行株距小、播深浅且对播种深度一致性要求高的特殊播种农艺,该研究依据二力杠杆原理设计了一种适于三七育苗播种的压轮仿形开沟装置。该装置能实现横、纵向仿形且对疏松土壤有一定的紧实作用。借助ANSYS软件对压轮连接板进行应力、应变分析,验证该结构的可靠性。以土壤紧实度、播种机前进速度、弹簧预拉力为试验因素,以开沟深度稳定性为试验指标,开展二次正交旋转组合试验,建立试验因素与开沟深度稳定性之间的回归数学模型并进行显著性检验。借助Design Expert 10.0.3软件对试验因素进行响应曲面分析,并对参数进行系统优化,得到开沟深度稳定性最佳的工作参数组合为:土壤紧实度259.50 kPa,播种机前进速度6.40 m/min,弹簧预拉力211.90 N,此时,开沟深度稳定性为89.41%。用最优工作参数进行土槽试验验证,验证结果表明:试验开沟深度稳定性平均值与优化模型求解结果基本一致。该研究设计的压轮仿形开沟装置满足三七育苗播种要求,且开沟深度稳定性较好,该研究可为三七育苗播种开沟装置的设计提供依据。     

强制夹持式玉米精量排种器的设计

新疆玉米种植采用地膜覆盖,膜下滴灌,膜上点播的栽培技术,针对玉米膜上精量点播的技术要求,根据强制夹持原理,提出一种新型的机械强制夹持玉米精量排种的方法,通过对3种玉米种子的物理力学特性进行测定,以及对取种、投种过程进行深入的理论分析,建立数学模型,为排种器的结构设计提供依据.在JPS-12计算机视觉技术排种器试验台上对试制排种器进行台架试验,验证了强制夹持式排种器在对玉米形状为小圆、小扁具有良好的适应性,当工作速度3.5 km/h时,单粒率＞85％,满足玉米精量播种要求.     

防堵和播深控制机构提高玉米免耕精量播种性能

免耕播种技术能够提高土壤的蓄水保墒能力、增加土壤有机质含量,因此在华北平原农作区被广为接受。该地区的耕作制度为小麦与玉米周年轮作,冬小麦在6月份收获,随后在小麦秸秆覆盖地上直接进行玉米免耕播种作业。受小麦秸秆的影响,播种后玉米种子的粒距均匀性和播种深度一致性很难保证,另外,玉米苗由于被小麦秸秆覆盖容易发生病虫害。为了解决以上问题,发明了一种安装防堵机构和播深控制单体的玉米免耕精量播种机,对该播种机和不带防堵机构和播深控制单体的普通播种机在4、6和8 km/h 3个播种速度下的播种性能进行了对比试验,测量并得出了拨草性能、播种深度、出苗率和粒距分布均匀性（合格率、重播率和漏播率）等指标参数。试验结果表明：防堵机构和播深控制单体能显著提高播种机的拨草性能、播种深度一致性、出苗率和粒距分布均匀性;防堵机构使播种机不易堵塞,播种速度为8 km/h时的凉籽率仅为1.8%;播深控制单体使播种机在所有播种速度下平均播深接近理论播深,播种速度为8 km/h时的播深变异系数仅为9.2%,使得出苗时间更集中,出苗整齐度高。以上结果说明：设计的安装防堵机构和播深控制单体的玉米免耕精量播种机能够满足小麦秸秆覆盖田玉米免耕精量播种的要求。     

滑片型孔轮式水稻精量排种器排种性能数值模拟与试验

针对现有水稻旱直播机排种器适应性差和排种精度低的问题,该文设计了一种滑片型孔轮式排种器。引用球度表示水稻种子三轴尺寸,利用EDEM软件对3种球度水稻种子在6种排种轮转速下的排种器排种过程进行仿真试验,得到不同球度水稻种子在不同排种轮转速下的排种性能变化规律,分析了排种轮转速和种子球度对排种性能的影响。仿真结果表明：当排种轮转速在15～40 r/min时,冈优898种子的排种性能优于国丰一号种子和冈优3551种子的排种性能;当排种轮转速在15～30 r/min时,3种球度水稻种子的排种合格率在84.01%～87.91%之间;当排种轮转速大于30 r/min时,随着排种轮转速增加,排种合格率显著下降。在此基础上,选用不同球度的5个水稻品种种子为试验材料,选取排种轮转速和种子球度为试验因素,以排种合格率、漏播率和重播率为评价指标,采用二次回归正交旋转组合设计,进行排种器台架试验。利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果数据进行分析,建立排种性能指标与排种轮转速和种子球度之间的回归方程,得到响应面图,并对仿真结果进行验证。根据回归方程进行优化,得到最佳工作参数：排种轮转速为27.12 r/min、种子球度为44.61%,此时,排种合格率为83.90%、漏播率为5.43%、重播率为10.67%,排种性能最佳;排种器台架试验结果与仿真结果基本相同,排种性能随排种轮转速和种子球度的变化规律一致。田间试验结果表明,排种器对各尺寸等级水稻种子的排种性能皆满足水稻精量穴直播的播种要求。研究结果可为滑片型孔轮式精量排种器的结构优化及排种性能提升提供参考。     

辣椒机械式自动精量排种器设计与试验

辣椒漂浮育苗具有占地面积小、育苗周期短和椒苗品质好的优点,播种环节要求一穴一粒精量播种,通常采用人工点播,存在劳动强度大和播种效率低的问题。针对以上问题,该研究以磁力回位型排种器为基础,设计了一种适于辣椒漂浮育苗的机械式自动精量排种器,并对关键机构进行设计,通过单因素试验获得曲柄直径、曲柄电机工作转速和种量的较优区间,以单粒合格指数、重播指数和漏播指数为指标进行三因素三水平正交试验,建立回归模型,并进行参数优化。试验结果表明,在排种器旋转倾角30°、旋转电机角速度0.07rad/s(即生产率240盘/h),曲柄直径为30mm、曲柄电机转速为230r/min、种量为4千粒时,排种器的播种效果较好,单粒合格指数为91.04%,重播指数为5.21%,漏播指数为3.75%,相比于人工操作磁力回位型排种器,单粒合格指数提升了5.81个百分点,重播指数降低了6.45个百分点,满足辣椒漂浮育苗的播种要求,可为辣椒育苗轻简化生产和小籽粒种子的机械式精量排种器研究提供参考。     

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。     

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。     

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。