多功能集成式播种开沟器的设计与试验

针对播种作业时土壤扰动大、种床土壤紧实度不足、播种深度均匀性差等问题,设计了一种集开沟、回土、镇压一体化的多功能集成式播种开沟器,其滑刀、挡土板、镇压轮相互配合能够实现开出种沟,种子落至沟底,湿土回流沟内,镇压轮镇压种沟,种子与土壤紧密接触。通过土槽试验,以土壤扰动量、土壤紧实度为试验指标进行三元二次回归正交试验得到开沟器各参数最优组合为滑刀滑切角44.6°、挡土板倾角3.2°、弹簧形变量11.8 mm。在最优参数下与双圆盘播种开沟器、尖角式进行田间对比试验,多功能集成式播种开沟器播深变异系数比双圆盘开沟器播深变异系数低了32.4%,比尖角式开沟器低了25.2%;集成式开沟器作业后的土壤紧实度比双圆盘开沟器紧实度高38.6%,比尖角式开沟器紧实度高62.9%;多功能集成式播种开沟器作业产生的土壤扰动量比双圆盘开沟器降低16.3%,比尖角式开沟器降低36.5%,其回土量比双圆盘开沟器提高29.9%,比尖角式开沟器提高61.5%。试验结果表明该开沟器可以改善种床环境,增强土壤紧实度,提高播种深度均匀性,可为播种开沟器的设计提供参考。     

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。     

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。     

仿蚯蚓运动多功能开沟器设计及参数优化

针对中国东北地区春播时耕种层土壤温度和含水率较低,严重阻碍大豆根系生长,进而影响大豆发育的难题,该文通过仿生结构设计和理论分析的方法,设计了一种集松土、沟底镇压和开沟功能为一体的仿蚯蚓运动多功能开沟器,其设有的仿蚯蚓动态松土开沟机构可模拟蚯蚓的运动方式对种沟上层土壤进行疏松作业,设有的镇压力调节机构可对种沟下方土壤进行镇压作业。通过参数优化试验和回归分析的方法,研究仿蚯蚓运动多功能开沟器关键结构参数和作业速度对平均土壤温度(0~100 mm)、平均土壤含水率(0~100 mm)和大豆出苗时间的影响规律,并运用Design-Expert和Matlab软件对试验结果进行分析,得出最优参数组合为:作业速度8 km/h、松土机构凸起高度6 mm和波纹圆盘波峰数量15。通过对比验证试验,发现仿蚯蚓运动多功能开沟器相较于传统单元盘和双圆盘开沟器,可提升土壤含水率(0~100 mm)5.92%和4.86%,提高土壤温度(0~100 mm)0.5和0.4℃,提前大豆出苗时间0.5和0.92 d。仿蚯蚓运动多功能开沟器可有效改善土壤耕种层结构,使耕种层土壤达到表层松软和下层坚实的状态,有效提高土壤温度和含水率,进而促进大豆发育,可为提高中国大豆产量提供技术装备支撑。     

马铃薯播种机播深调控装置设计与试验

针对现有马铃薯播种机大多采用整体仿形,无单体仿形机构而引起的仿形效果不佳、播深合格率较低、出苗整齐度较差等关键问题,研究设计了一种马铃薯播种机播深调控装置。阐述了该播深调控装置的主要结构和工作原理,通过对播深调控装置的动力学分析,建立了播深稳定性的数学模型,结合马铃薯播种机播深一致性的农艺具体要求,确定了该装置的理论结构参数,并得出了影响开沟深度稳定性的关键因素。采用旋转正交的试验方法,以初始牵引角、弹簧刚度和机具作业速度为试验因素,开沟深度合格指数和开沟深度变异系数为试验指标。试验结果表明:在作业速度为1 m/s、初始牵引角为0、弹簧刚度为10 N/mm时,开沟深度合格指数为96.6%,开沟深度变异系数为8.9%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究为提高马铃薯播种机播种深度一致性和马铃薯苗齐苗壮的播种关键问题提供了设计参考。     

滑推式开沟器设计与作业性能优化试验

针对播种深施肥时,播种开沟器回土能力差,导致播种深度难以控制,结合滑推工作原理,设计出一种新型滑推式开沟器。该开沟器具有上宽下窄的结构,易将扰动土推回沟内,具有良好的回土性能,进而容易控制种子的深度。为探究滑推式开沟器的工作性能,在下宽度和滑推高度固定时,以前进阻力、回土量作为试验指标,以滑推角、开沟器上宽度为试验因素,在室内土槽中进行了单因素试验和中心复合表面组合试验（central composite face-centered design, CCF）,对试验数据进行分析检验,得到可信的回归数学模型,分析因素及其交互作用对滑推式开沟器工作性能的影响规律,利用遗传算法NSGA-Ⅱ对回归数学模型进行多目标优化,获得最优的结构参数组合,并进行试验验证。试验结果表明,滑推角对回土量和前进阻力的影响程度均大于上宽度;滑推式开沟器最优的结构参数组合：下宽度为30 mm、上下宽度高度差为150 mm、上宽度为54 mm和滑推角为48°,该条件下的回土量为8.67 g/cm,前进阻力为925.56 N;对最优结构参数组合进行试验验证,得到平均回土量为7.6 g/cm、平均工作阻力为935.78 N,与优化结果比,其相对误差分别为14.8%、1.1%,表明优化结果可信。该研究为开沟器的设计和应用提供新的思路和借鉴。     

稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机的设计与试验

为解决长江中下游稻麦轮作区稻茬田免耕播种小麦机具堵塞及土壤黏附严重等问题,结合当地稻茬田播种小麦需要开排水沟的农艺要求,提出了"种-肥-种"宽幅精量播种和带状旋耕相结合的防堵思路,设计了双翼铧式开沟器、宽幅精量排种机构、种沟双圆盘开沟器和浮动覆土板等关键部件,研究设计了一种稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机。试验结果表明,宽幅播种方式与带状旋耕相结合较好解决了稻茬田播种小麦堵塞的问题,小麦播幅平均为74.6 mm,平均播深为39 mm,播深合格率为86.7%,施肥方式为侧下方深施肥,平均施肥深度为81 mm,施肥深度合格率为93.3%,均满足国家标准。厢沟平均深度为175 mm,沟面宽度为238 mm,满足排水要求。该研究为应用于稻麦轮作区稻茬田小麦少免耕播种机的设计提供了参考。     

玉米精量播种机同位仿形半低位投种单体设计与试验

摘要：针对目前玉米精量播种机无法同时实现同位仿形和低位投种,导致行、株距均匀性差、播深不能精确控制的问题,该文设计了一种同位仿形半地位投种单体,在实现同位仿形的同时将投种高度降低了120～160 mm（与常规的具有同位仿形功能的玉米精量播种机相比）。分析并确定了仿形轮直径及其支臂长度、仿形轮挡块长度和倾角等关键部件的结构参数,使得播深有较大的调节范围,最小播深为40 mm,最大播深为90 mm,能满足大多数情况的播种需求。田间试验表明,该单体能很好地实现玉米的精量播种,其粒距合格指数为94.8%、重播指数2.9%、漏播指数2.3%、粒距变异系数15.1%、播深一致性系数88.3%,明显优于常规的高位投种单体的性能指标。     

1KS60-35X型果园双螺旋开沟施肥机刀轴设计与试验

针对目前果园开沟施肥存在耕作阻力大、功耗过高、搅肥不均匀,该文研制了1KS60-35X果园型双螺旋施肥机,采用前轴破土、后轴搅土施肥设计方案,并建立作业过程破土与搅土刀轴阻力矩方程,分析了螺旋叶片参数对耕作阻力影响,进一步研究了螺旋刃线成型参数方程,通过经验设计与理论设计计算确定破土与搅土施肥轴螺旋叶片参数,并运用PROE软件建立刀轴与整机三维参数化数字模型,并完成样机试制工作。样机的开沟、施肥田间试验结果表明,该机开沟沟深472~510 mm,平均沟深496 mm,平均推土高度120 mm,开沟深度稳定系数98.2%,开沟宽度一致性99.2%;土壤团粒直径多在3~6 mm之间,全土层与地表100 mm土层团粒直径范围5~40 mm,取样结果全土层与地表100 mm土层土壤团粒平均直径分别为6.75与6.86 mm,碎土合格率分别为98.7%与97.9%;颗粒肥料堆积现象较少,重心距离5~20 mm之间,重心水平与垂直平均距离分别15.53与16.24 mm,且各土层段施肥性能较稳定,满足果园施肥农艺要求,可为果园、桑园、茶园等开沟施肥作业提供参考。     

基于DEM-MBD的油茶林分层切抛式开沟刀组研制

针对油茶种植林地土壤粘重板结环境下因刀片剧烈冲击导致开沟效果不理想、功率消耗较大和机具振动的问题,该研究设计了一种油茶林分层切抛式开沟刀组。根据油茶开沟施肥的农艺要求,分析土壤与切土刀片间的相互作用、建立土壤颗粒在抛土刀面上的动力学微分方程,得到影响刀组切抛性能的关键因素为偏心系数、最大工作半径r₁处滑切角、安装角和刀轴转速。通过EDEM-RecurDyn耦合仿真,以作业功耗与沟深稳定性系数为评价指标进行单因素及二次正交旋转组合试验,基于NSGA-Ⅲ算法对构建的二阶多项式响应面模型进行循环逼近优化,确定最优参数组合为：偏心系数1.3、最大工作半径r₁处滑切角64.7°、安装角55.1°、刀轴转速301 r/min,与对照组单一外层切土刀和正装抛土刀的组合方式相比,最优参数组合下分层切抛式开沟刀组的扭矩波动降低率为21.53%。田间试验结果表明,最优参数刀组下仿真与田间试验的作业功耗、沟深稳定性系数相对误差分别为10.25%和4.55%,验证了耦合仿真模型的准确性;田间试验的作业功耗与沟深稳定性系数分别为25.96 kW和88.31%,比功耗和现有的果园开沟刀组相比降低了8.31%,沟深稳定性系数满足国家相关标准的技术要求,研究结果可为油茶林开沟刀组的设计和优化提供理论支撑与参考。     

马铃薯播种机分体式滑刀开沟器参数优化与试验

针对马铃薯播种机的铧靴式和圆盘式开沟器存在的种薯株距分布不均、播种效果质量差、回土量小等问题,研制出分体式滑刀马铃薯开沟器,并进行关键参数优化,分析开沟和回土过程中土壤颗粒在开沟器上的运动规律,研究种薯落入垄沟后的运动过程,确定影响土壤覆盖种薯效果的因素。采用旋转正交的试验设计方法,以机具前进速度、开沟器侧面夹角、开沟器长度及开沟深度为试验因素,以种薯的横向偏移系数、株距变异系数和回土量为试验指标,分析实施田间试验结果,优化分体式滑刀开沟器的结构参数与最优运动参数:在前进速度为0.95 m/s、开沟器侧面夹角为60°、开沟器长度为500 mm、开沟深度为115 mm时,株距变异系数为10.8%、种薯的横向偏移系数为3.83 mm、回土量为24.1%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究结果可为马铃薯开沟播种装置设计与应用提供参考。     

Effect of soil characteristics, seeding depth, operating speed, and opener design on draft force during direct seeding

Direct seeding practices that promote soil and water conservation and reduce input costs have become an increasingly accepted alternative to conventional tillage systems in western Canada. The objective of the present study was to determine the relative importance of soil characteristics, seeding depth, operating speed, and opener design on draft forces during direct seeding in central Saskatchewan. Draft was measured for nine different openers operated at 1–5 cm seeding depths and three ground speeds in four untilled Chernozemic soils that differed in soil moisture and/or texture. The average increase in opener draft for all fields was 4% for each km h⁻¹ increase in speed. Although the range in soil consistency was small, there was a 24% increase in draft in heavy clay compared to sandy loam soil. Draft force of the average opener increased by nearly 20% for each centimeter increase in seeding depth. However, highly significant interactions among most of the variables investigated indicated that the relative performance of openers was not consistent for the range of conditions evaluated. Large differences among the draft forces of different openers operated at different depths in soils with different consistencies were particulary noteworthy. For example, a 4.5-fold increase in the draft of a low versus a high draft opener operated at 1.25 versus 5.0 cm seeding depth at 7.5 km h⁻¹ in moist, heavy clay soil emphasized the large influence that opener design and seeding depth have on tractor power requirements and direct seeding input costs.     

Comparison of vertical and lateral seed distribution of furrow openers using a new criterion

For a furrow opener of a seeder, the ability to place seed at a given sowing depth in the soil is an important factor in evaluating its performance. Furrow openers directly affect sowing depth and lateral seed scatter of seeds. The aim of this study was to compare the performance of furrow openers by characterizing the spatial distribution of seeds within the seedbed. A newly developed criterion, distribution area of seeds, characterized both sowing depth and lateral seed scatter (standard deviation from row centre) of seeds. A field experiment was conducted to determine the effect of furrow opener type (shoe, hoe, single disc and double disc) on sowing uniformity according to conventional and developed evaluation criteria.Distribution area of seeds was calculated by ellipse and integral criteria. Ellipse criterion gave detailed information about the effectiveness of lateral seed scatter and variation in sowing depth on seed distribution area. Sowing uniformity was affected by furrow openers according to both conventional and newly developed evaluation criteria.The newly developed seed distribution evaluation procedures will better describe seed distribution in a two-dimensional way in a vertical plane. Therefore, these procedures will help improve furrow openers for effective seed placement.     

水稻精量穴直播机仿形与滑板机构的优化设计与试验

基于农机与农艺相结合,该文主要对水稻精量穴直播机仿形与滑板机构进行了优化设计。水稻精量穴直播机采用乘坐式高速插秧机头为动力底盘,包括机架、开沟起垄装置、水平仿形装置、高程仿形装置、动力传动装置、播种装置和液压提升架。结合同步开沟起垄、播量和穴距可调、仿形作业、压茬(草)播种的农艺要求并针对实际大田生产试验中发现原水稻精量穴直播机存在的问题,如压茬效果较差、仿形系统不完善等,该文主要对高程仿形系统、水平仿形机构以及滑板角度等进行了优化设计,并对穴直播机的性能与可靠性进行了试验验证,结果表明:优化后水稻精量穴直播机的纯作业效率为0.67 hm~2/h,穴距合格率达100%,变异系数为2.5%,穴粒数合格率为95%,空穴率为0,各行排种量一致性变异系数为3.8%,总排量稳定性变异系数为1.5%,播种后田面左右高差小于3 cm;平均首次故障前作业量(MTTFF)为30.4 hm~2/m,有效度为98.2%,各项性能指标和可靠性指标均达到了相关国家标准,具有广阔的应用前景。     

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.     

固定道小麦免少耕播种机设计与试验

为了减少农机作业对农田土壤的压实,改善作物生长环境,加强农机与农艺融合,该文结合固定道和保护性耕作技术要求,开发了固定道小麦免少耕播种机,设计了一种楔刀型开沟器与“Y”型、“L”型刀具相结合的防堵开沟装置,并确定了“Y”型、“L”型刀具等关键部件的参数,田间对比试验表明,所设计的固定道小麦免少耕播种机通过性能良好,各项指标满足免耕播种机设计要求。固定道模式下机具各项性能指标均略优于非固定道,种、肥深度合格率均达到84%以上,且一致性好,种肥间距加大5 mm,合格率达到85.2%,有效减少了烧种现象。固定道免少耕作业实施2年后,与非固定道作业模式相比,作业油耗降低22.01%,节油效果显著。因此,固定道免少耕播种技术能够提高播种质量,降低作业功耗。另外,随着中国土地流转政策地推进,研究成果将对土地规模化种植、高效化管理具有一定指导意义。     

油菜精量气压式集排器排种性能试验

为提高油菜精量气压式集排器的排种性能,该文通过对充种和清种2个基础过程解析,明确了影响排种性能的主要因素,确定了相关试验因素的范围,并以华油杂62种子为对象,采用L27(313)正交试验设计研究了清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对集排器排种性能的影响。结果表明,清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对排种均匀性影响显著,清种气嘴口截面形状、充填高度和排种滚筒转速对各行排量一致性有显著影响,并确定了其较优参数组合。优化组合试验得出选择矩形截面形状的清种气嘴,充填高度27 mm,清种气流流速10 m/s,排种滚筒转速20 r/min的最佳参数条件下,排种均匀性变异系数为8.07%,各行排量一致性变异系数为1.95%,种子破损率低于0.1%。该研究为油菜精量气压式集排器结构优化与排种性能的提升提供了参考。