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。     

麦茬地免耕播种机清秸覆秸装置设计与试验

摘要：针对黄淮海一年两熟地区麦茬地免耕播种存在秸秆堵塞单体,缺少适宜的防堵装置等问题,研制了一种用于麦茬地免耕播种机的清秸覆秸装置,该装置采用弹齿作为清秸部件,并融合了秸秆横向位移的思想和主动式防堵的特点。为确定清秸覆秸装置的合理结构,采用L9(34)正交试验方法,对该装置的参数进行了优化试验。结果表明：弹齿线速度20.72 m/s、作业速度4.5 km/h、弹齿齿数7排、挡板角度75°时,清秸率达98%以上、覆秸均匀度达7.48、覆秸宽度达2.89 m。按照国家标准GB/T6973-2005《单粒（精密）播种机试验方法（Testing Methods of Single Seed Drills）》对免耕播种机进行了田间播种性能试验。结果表明,在理论株距分别为6和8 cm,理论播深为3～5 cm条件下,免耕播种机的粒距合格指数、重播指数、漏播指数及株距变异系数均达到了国家部颁标准优等品要求水平,播深合格率达到一等品的要求水平。该研究对解决麦茬地免耕机械化播种问题具有参考意义。     

主动防堵式免耕播种机作业粉尘特性

原茬地免耕覆秸精播机在高速作业过程中,粉尘影响气吸式排种器排种性能,导致播种质量降低。该文对作业粉尘进行物性参数测定,通过理论分析建立粉尘飘移运动学模型,运用CFD-DEM耦合和二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、风向和风速为试验因素,粉尘浓度为评价指标,探究原茬地免耕覆秸精播机作业周围5 m空间内的粉尘分布规律。结果表明：风向和风速对粉尘浓度具有极显著影响（P<0.01）,作业速度具有显著影响（P<0.05）,影响主次顺序为风速、风向、作业速度;最小粉尘浓度分布空间为清秸防堵种床整备装置上方对应中间播种行0.32 m3的立方体空间范围。田间验证试验结果表明,虚拟仿真与田间试验粉尘分布范围相对误差小于8.6%,仿真分析方法可行,结果可靠。研究结果可为主动防堵式免耕播种机特别是原茬地免耕覆秸精播机防尘式气吸排种系统设计提供理论参考依据。     

叶片式秸秆抛送装置功耗分析与参数优化

为了降低叶片式抛送装置功耗、提高抛送效率,该文采用理论分析与试验研究相结合的方法建立了考虑气流影响的、适合各种叶片倾角的叶片式抛送装置功耗数学模型,并利用虚拟样机进行优化,以抛送功耗最小为目标函数,对抛送装置结构参数、运动参数进行参数化分析.结果表明,叶轮外径700 mm、转速650~2000 r/min时,采用径向叶片、转速为650 r/min时比功耗最小.通过参数化分析得到不同工况时叶片式抛送装置结构参数与运动参数的最佳配置,为实际叶片式抛送装置的设计生产提供较精确的理论依据,并对节能降耗有着重要的现实意义.     

秸秆还田施肥点播机粉碎抛撒装置结构设计与优化

针对小麦秸秆粉碎还田免耕播种过程中出现的堵塞、架种与晾籽问题,该文对秸秆粉碎还田施肥点播机秸秆粉碎抛撒装置结构进行设计,采用理论分析、ADAMS仿真方法对切茬甩刀、切茬定刀、切茬粉碎机构与开沟器配合尺寸等秸秆粉碎抛撒装置关键参数进行设计,通过田间优化试验最终确定开沟器前侧至切茬甩刀水平位置端面距离为2.3 cm,秸秆挡板倾斜角为22°,此时晾籽率最低,为1.65%。作业性能验证试验表明:当整机的粉碎抛撒装置采用设计参数进行作业时,播深合格率为81.3%,秸秆粉碎长度合格率为96.6%,秸秆抛撒范围合格率为90.2%,秸秆抛撒不均匀度为11.9%,均优于标准要求,满足作业要求,试验过程全程无堵塞,点播机切茬粉碎抛撒装置可使秸秆全量还田同时保持机具良好通过性,实现免耕地无残茬播种并完成高质量秸秆粉碎抛撒盖种。本研究可为从秸秆粉碎抛撒角度解决堵塞问题、为免耕播种环境的相关机具研发提供参考。     

后抛式免耕播种机碎秸装置离地高度自动控制系统研制

为了解决秸秆粉碎后抛式免耕播种机田间作业时,碎秸装置入土灭茬造成作业负载大、秸秆输送装置拥堵和卡滞的问题,该文研制了基于双扇形孔金属检测圆盘和接近开关的扭转变形采集装置,以有效监测驱动轴的转速和因扭矩负载变化引起的驱动轴错位角。设计了基于32位ARM CortexTM-M3核微处理器的碎秸装置离地高度自动控制系统,实时采集驱动轴转速和错位角,分析其变化趋势,辨别作业工况,输出相应电磁阀控制信号,驱动液压缸适时调整碎秸装置的离地高度,稳定作业负载。试验结果表明,在2 500 r/min的驱动轴额定转速下,碎秸装置离地高度的改变使作业负载变化时,自动控制系统使驱动轴的转速控制在2 448～2 632 r/min之间,驱动轴错位角的变化量为±0.002 4 rad,控制信号对错位角变化的响应延时为0.24 s。田间试验结果表明,利用碎秸装置离地高度自动控制系统后机具的通过性极大改善,堵塞现象消失,作业效率提高52.9%,碎秸作业后地表残茬高度降低43.4%。该设计利用驱动轴转速和错位角的变化趋势辨别作业工况,消除了机械结构参数和材质差异等因素对驱动轴错位角的影响,可为相关农机具扭矩负载定性监测提供借鉴。     

洁区播种思路下麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机研制

针对黄淮海花生主产区常规机播多种机具多次下田、生产成本高问题,以及传统免耕播种不适宜全秸秆覆盖地作业,存在缠绕壅堵、架种、晾种问题,研制了基于“洁区播种”思路的麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机。该机配套75 k W以上拖拉机,作业幅宽2 400 mm,可一次完成碎秸清秸、苗床整理、施肥播种、均匀覆秸,整个施肥、播种、覆土作业在无秸秆影响、相对“洁净”的区域内完成,纯生产率大于0.53 hm2/h,适宜麦收后秸秆未作任何处理的全秸秆覆盖地。田间试验及测产表明,该机作业顺畅、可靠、播种质量高,作业后麦秸秆平均长度115 mm,秸秆覆盖均匀率83%,播种施肥平均深度分别为46和59 mm,合格率分别达到98%和89%,每公顷产量约为5 749.5 kg,各项作业指标均符合主产区花生生产要求。该研究提出的“洁区播种”思路亦可实现全秸秆覆盖地免耕播种小麦、玉米、大豆等不同旱地作物,为推进机械化秸秆禁烧提供了适宜装备。     

基于Pro/E的免耕垄作播种机清垄装置设计

破茬清垄装置是免耕播种机防止堵塞保证良好播种质量的重要工作部件。清垄装置在工作时,残茬经常会落到临近地垄上,而不一定会落进垄沟之中,这就需要对影响残茬运动轨迹的因素进行分析,优化,最终使残茬可以落入垄沟中。为此,该文应用Pro/E软件的建模和运动仿真等功能建立了清垄装置仿真模型,并对其清垄的运动情况进行了仿真分析。分析结果表明,影响残茬运动轨迹的主要参数是破茬清垄装置的前进速度v,水平圆盘的摆动速度u,后翼的开合角度a。通过取b角为不同值时对水平圆盘进行仿真,并对残茬的运动情况进行了观察。经分析,当前进速度v=1.153 m/s,后翼的夹角a?=60°～120°范围取值时,残茬的落地位置较好。为垄作免耕播种机破茬防堵装置的设计提供了技术支持。     

免耕播种机有支撑滚切式防堵装置设计与试验

针对玉米秸秆覆盖、留茬地免耕播种时存在根茬和玉米秸秆不易破除等问题,设计一种同时设有被动卧式旋转部件和主动卧式旋转部件的有支撑滚切式防堵装置,通过试验和理论分析的方法分别设计被动切割刀片和主动切割刀片,其中被动切割刀片的刀刃曲线采用等滑切角曲线,主动切割刀片的刀刃曲线采用阿基米德螺线。为确定刀刃曲线最佳参数进行土槽试验,分别对主动卧式旋转刀具和被动卧式旋转刀具进行二次旋转组合试验,运用Design-Expert软件建立各因素与各指标之间的回归方程,得出最佳参数组合为:主动卧式旋转刀具转动速度为120 r/min、主动切割刀片回转半径为240 mm;被动切割刀片回转半径为185 mm,被动切割刀片作业深度为95 mm;并此状态下进行田间验证试验,得出玉米秸秆根茬切断率平均值为91.3%,单把主动刀片功率消耗平均值为145.2 W,该研究可为玉米留茬覆盖地免耕播种机整机设计提供参考。     

往复切刀式小麦固定垄免耕播种机

针对西北灌溉农业区固定垄保护性耕作条件下玉米秸秆覆盖地垄作免耕播种小麦存在的机具堵塞、垄形破坏等问题,设计了一种集切茬、播种和修垄于一体的往复切刀式小麦固定垄免耕播种机。该机通过利用动力切刀往复垂直切茬和刀刃型开沟器水平切茬相结合的方式实现秸秆防堵,同时采用圆柱熟地型修垄犁解决垄形修复问题。田间试验表明,该机能有效地解决玉米秸秆堵塞问题,防堵能力强,修垄效果好;播种、施肥平均深度分别为46 mm和91 mm,均匀性好,可较好地满足西北灌溉农业区小麦垄作免耕播种的要求。     

全秸硬茬地小麦播种机碎秸导流装置参数设计与优化

针对中国稻麦轮作区小麦播种时,存在田间秸秆量大和茬口紧等影响小麦播种的问题,提出可直接在全秸硬茬地作业的小麦"洁区"宽幅播种农艺模式,并基于种带无播种秸障、碎秸行间条覆的技术思路设计相应的碎秸导流装置。通过理论分析作业时碎秸下抛及与碎秸导流装置滑切耦合的运动规律,以清秸率和种带宽度变异系数为目标函数,确定影响目标函数的主要结构参数。结合Box-Benhnken中心组合试验方法和EDEM离散元仿真技术对影响碎秸导流装置作业性能的参数进行虚拟试验,利用Design-Expert软件分析因素对碎秸导流装置作业性能的影响,确定最佳参数组合,并通过田间对比试验验证该装置的作业性能。试验结果表明:各因素对碎秸导流装置清秸覆秸性能有显著影响,其对清秸率影响的主次顺序依次为装置导流宽度、装置导流长度、径向距离,对种带宽度变异系数影响的主次顺序依次为装置导流长度、径向距离、装置导流宽度;最佳参数组合设计为装置导流长度300 mm、径向距离19 mm和装置导流宽度298 mm,其对应指标清秸率为91.83%,种带宽度变异系数为10.36%,其田间试验对应指标清秸率为90.75%,种带宽度变异系数为10.94%,仿真与田间试验结果基本吻合。研究结果可为全秸硬茬地的小麦机播作业提供技术与装备支持,亦可为碎秸行间集覆还田的碎秸导流装置参数优化提供参考。     

全量稻秸还田小麦播种机秸秆分流还田装置设计

针对中国稻麦轮作区水稻收获后播种小麦时,稻秸全量入土还田或全量覆盖还田存在的影响产量问题,提出了稻秸部分入土、部分覆盖技术思路,并基于全量秸秆地洁区机播技术设计了相应的秸秆分流还田装置,通过对比试验优选出最佳分流结构形式,在此基础上以均匀度变异系数和分流偏差率为目标函数,运用Box-Benhnken试验方法对影响全量稻秸还田小麦播种机分流作业质量的参数进行了试验研究,以纵向开口总宽、纵向开口数量和捡拾粉碎装置转速为影响因素进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆分流性能有显著影响,均匀度变异系数影响因素显著顺序依次为纵向开口数量、纵向开口总宽、捡拾粉碎装置转速,分流偏差率影响因素显著顺序依次为纵向开口总宽、纵向开口数量、捡拾粉碎装置转速;最优参数组合为纵向开口总宽600 mm,纵向开口数量7个,捡拾粉碎装置转速1 900 r/min,在此参数下测得的均匀度变异系数为19.68%,分流偏差率为0,与优化后理论值的绝对误差分别为0.93个百分点和0.33个百分点。研究结果可为中国稻麦轮作区水稻收获后播种小麦提供参考。     

油菜秸秆对置双螺旋埋覆还田装置设计与优化

为提升油菜秸秆还田埋覆均匀性,该研究结合油菜秸秆留茬高、秆茎粗、腐解难的特点,采用粉碎-旋耕-埋覆还田组合工艺,设计油菜秸秆对置双螺旋埋覆还田装置。以埋覆秸秆质量分布变异系数和不同深度秸秆质量占比作为还田均匀性评价指标,采用4因素4水平正交试验,分析对置双螺旋埋覆装置螺旋升角、转速、机具前进速度等参数及秸秆粉碎长度对评价指标的影响。试验结果表明:各因素对埋覆秸秆质量分布变异系数影响的显著程度从大到小依次为秸秆粉碎长度、螺旋升角、转速、机具前进速度;上层土壤0～50 mm中的秸秆质量占比最高,随着土层深度的加深,秸秆质量逐渐减少;当螺旋升角为60°、埋覆辊转速为210 r/min、机具前进速度为0.6 m/s、秸秆长度为6 cm时,0～50、>50～100和>100～150 mm土层土壤中秸秆含量分别为15.34、11.61和7.9 kg/m³,秸秆质量占比分别为43.97%、33.28%和22.75%,秸秆质量分布变异系数为26.43%,与正交试验的最好结果相比,上层土壤中秸秆质量占比降低2.36个百分点,下层秸秆质量占比提高7.18个百分点,秸秆质量...     

免耕播种机玉米根茬处理装置作业功耗试验研究（简报）

为找出影响免耕播种机玉米根茬处理装置的功率消耗的主次因素,对新研制的免耕播种机玉米根茬处理装置进行了室内土槽试验研究,对影响作业功耗的因素采用二次旋转回归正交试验,建立了玉米根茬处理装置的功耗模型.分析表明,在影响功率消耗的主要因素中,入土深度影响最大,其次是刀轴转速;机组前进速度、刀轴转速以及入土深度之间的交互作用对功率消耗的影响较小,单组根茬处理装置单组工作时功率消耗为1.55～2.35 kW.研究结果为开发新型免耕播种机以及选择配套动力提供理论依据.     

小麦免耕播种机性能指标的关联度分析与灰色聚类评估

免耕播种是保护性耕作技术最重要的作业环节之一。为了在华北旱作区推广保护性耕作技术,选择适宜免耕播种机作业的地表覆盖状况,对当地目前使用的2BMF-9型小麦免耕播种机在8种地表试验处理下进行田间播种试验,得出8种不同地表试验处理下各项性能指标、出苗率和冬前分蘖数。通过灰色关联度分析得出：小麦免耕播种机的播种均匀程度、覆土性能、机具通过性对出苗率和冬前分蘖数影响很大。运用灰色聚类的原理,对被评估的8种试验处理进行类型划分,结果表明：秸秆覆盖量为3?000～3?750?kg/hm2、留茬高度25?cm以下的地块可直接播种,若适当进行粉碎处理,则播种质量更好;秸秆覆盖量为4?500?kg/hm2左右的地块必须进行粉碎处理;秸秆覆盖量大于5?250?kg/hm2的地块,除进行粉碎处理外,还应在播种前进行地表处理（如浅旋、浅耙、浅耕）,降低秸秆覆盖率。研究为该地区小麦免耕播种地表处理提供了理论依据。     

地轮前置式中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台研制

针对中型免耕覆秸垄作玉米播种机运输和作业转场困难的问题,该研究通过理论分析与虚拟仿真技术相结合,提出中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台装载方案,确定了地轮参数、液压系统和传动系统的布置形式,实现整机作业状态和运输状态的转换,并通过仿真测试液压系统动作顺序,简化液压系统控制流程,保证整机同步升降。仿真分析结果表明,运输时制动状态下的机架强度满足要求,地轮机构具备良好的强度和刚度特性,且存在优化空间。经过轻量化设计后,与优化前相比,辅助型地轮机构质量减少26.72%,兼用型地轮机构质量减少10.96%。样机试验表明,地轮平台可同步抬升整机,并通过拖拉机侧向牵引进入运输状态,作业状态转换用时5 min。该研究将高机动性平台技术应用于中型免耕覆秸垄作玉米播种机上,解决了播种机作业转场困难的问题,也可为宽幅农机装备的转运平台设计提供参考。     

免耕播种机播种带玉米根茬处理装置研究

针对在有玉米根茬的未耕地上进行免耕直播时，播种机开沟器入土困难和容易堵草等问题，提出了新的切挖处理方案，研制出免耕播种机播种带玉米根茬处理装置，并对结构的关键参数进行了设计，提出了合理的工作参数。整机性能经田间生产试验结果表明，在有玉米根茬的未耕地上直接播种时，破茬入土能力强，扰土量少，可创造无根茬的良好种床条件，有利于种子生长发芽。     

免耕播种机驱动圆盘防堵单元体的设计与试验

一年两熟区前茬残留物多为玉米残茬,连同杂草易使免耕播种机播种冬小麦时造成开沟器堵塞。针对该问题,提出了驱动圆盘刀嵌入组合式开沟器联合防堵原理,设计了一种驱动圆盘式防堵单元体,并分析和确定了其主要结构参数。田间试验表明,驱动圆盘防堵单元体能够有效解决秸秆堵塞问题,保证小麦免耕播种机的通过性。与条带粉碎式小麦免耕播种机相比,驱动圆盘式小麦免耕播种机根茬切断率提高了11.2%,土壤扰动量减少了58.8%。在小麦返青期的苗情监测表明,与条带粉碎式小麦免耕播种和传统耕作播种相比,利用驱动圆盘式防堵单元体播种的免耕地,0～20 cm土壤层含水率最高,小麦分蘖数和次生根数最多,较好地满足一年两熟区农艺要求。