小麦播种机电控系统的设计与试验

针对小麦播种时发生地轮传动失效而造成漏播和播量不均等问题,设计了一种电控小麦播种系统。系统工作时能够结合设置的播种参数和检测的作业速度信号获得排种器的理论转速,并通过采集驱动器的脉冲输出频率计算出排种器的实时转速,将理论转速与实际转速形成的偏差e及偏差变化率ec作为输入变量,利用模糊PID自整定控制器进行电机转速的精准控制,使排种器到达目标转速,从而提高播种精度。室内试验结果表明:在中速及中高速状态下,小麦播种机电控系统的性能最为稳定,平均偏差在2.5%以内,控制精度为1.49%,并求得排种器在不同工作长度下排种量与转速的函数关系。田间试验结果表明:应用本电控系统进行田间小麦播种作业时,小麦播种机的总排种量变异系数为1.14%,各行排种量变异系数为2.89%,播种均匀性变异系数为5.64%,播深合格率为90%,电控播种系统能有效地提高小麦播种机的播种均匀性。     

气吸式小麦电控播种系统的设计与试验

传统的小麦播种机在播种作业中,地轮为排种器提供动力,其会受到田间复杂环境的影响而产生打滑现象,降低了播种均匀性,小麦播种质量受到较大影响。为实现小麦精量播种,结合气吸式小麦排种器设计了电控排种系统。系统利用旋转编码器测得机具行进速度,控制器依照预先设定的株距参数,分析得出合理的排种器转速并对电机进行控制,实现可控株距的小麦单粒精量播种。试验台排种试验结果表明:排种器的排种合格指数为88.05%,重播指数为3.64%,漏播指数为6.96%,合格粒距变异系数为23.07%,播种质量指标符合JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》,满足小麦精量播种的农艺要求。     

基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统

传统玉米精量播种机多采用地轮、链条驱动排种器,高速作业时因地轮打滑、链条跳动易造成播种粒距增大、粒距均匀性下降等问题,难以保证播种质量。针对这一问题,设计了基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统,该系统以STM32为主控制器,采用Android手机终端设置播种株距、排种盘型孔数等作业参数,采用GPS接收器采集拖拉机的前进速度,根据GPS提供的速度信息实时调节排种器转速,从而实现排种器转速与拖拉机前进速度的实时匹配。为了检测该系统的性能,以编码器测速方式为对照,进行了3种株距(18、22、25 cm)、5种作业速度(4、6、8、10、12 km/h)下的对比试验。试验结果表明,在相同株距、相同作业速度下,GPS测速方式的变异系数小于编码器测速方式,且GPS测速方式的播种粒距合格指数和变异系数受作业速度的影响更小。在低速4 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式低5.39个百分点;作业速度6~10 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高7.96个百分点;在高速12 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高14.32个百分点;表明GPS测速方式更适宜于高速作业工况。     

小粒径种子气力自适应排种系统设计与试验

针对气力式排种器适宜工作负压与工作转速、种子尺寸等因素有关，而现有气力式播种机排种系统实际作业时工作气压为定值设置，不能适时优化调整的问题，以正负气压组合式小粒径种子排种器为对象，设计了一种气力自适应排种系统。该系统采用STM32单片机控制，通过随速调整排种器工作转速、实时监测排种性能，动态调整排种器工作负压，保证了排种器实际工作负压持续保持在实时工况条件下的最优值，实现排种性能的较优控制。台架试验结果表明，气力自适应排种系统在不同作业速度、种子尺寸工况下，排种合格指数均大于92%,漏播指数均小于6%,相较于固定气压设定和开环控制气压调节方法，排种合格指数分别提高9.02、3.84个百分点，重播指数分别降低8.44、1.99个百分点，漏播指数分别降低0.58、1.86个百分点。田间试验结果表明，搭载气力自适应排种系统的播种机实际田间作业时株距稳定性变异系数为14.27%,各行苗数一致性变异系数为7.03%,田间作业性能良好。该研究可为气力式播种机持续稳定单粒精量播种能力提升提供技术参考。     

电驱式玉米高速作业播种机控制系统设计与试验

我国市面上流行的玉米播种机多数采用指夹式排种器和气吸式排种器,依靠地轮传递带动排种器排种,在一定程度上提高播种粒距均匀性,但排种仍然会受到地轮打滑的影响。针对以上问题,设计电驱式玉米高速作业智能播种机控制系统,以STM32F103芯片作为主控器核心,该系统由地轮安装速度传感器测量机具速度,根据智能车载终端设置的作业参数,通过算法计算目标排种电机转速,实现播种株距与机具前进速度实时匹配,采用红外光电式传感器进行实时播种监测。室内试验和田间试验结果表明：该系统转速控制精度高,播种计数和漏播监测精度较高;设置株距为25 cm时,作业速度分别为8 km/h、10 km/h、12 km/h进行3组重复试验,在3种作业速度下,平均合格指数分别为95.18%、94.36%、91.24%;变异系数分别为15.36%、16.83%、18.24%。     

玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统研究

针对玉米精密播种粒距偏差导致播量分布不均匀的问题,设计了玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统。该系统主要由车载计算机、排种监测ECU及相关传感器组成,设计了上位机监测软件和基于移动平均粒距在线监测的下位机程序,通过监测玉米精密播种作业过程中的粒距及其误差,完成漏播预警。首先,设计并进行了排种计数监测精度试验,结果表明,在模拟车速3～12 km/h范围内,以1 km/h递增变化的10个车速下,系统对指夹式排种器和气吸式排种器的排种计数监测平均准确率分别为99.12%、99.71%,标准差分别为0.52%、0.44%,总体排种计数监测误差平均值小于1%。其次,基于高速摄像的播种粒距测量试验台进行了实验室环境下的粒距监测精度试验,采用指夹式排种器进行排种,目标粒距为25 cm,在车速3～12 km/h范围内,以1 km/h为间隔的10个车速下,系统对粒距监测误差绝对值的平均值为2.34 cm,标准差为2.56 cm。针对试验结果存在较多的随机异常点问题,采用移动平均滤波对监测粒距进行分析,得出粒距监测误差绝对值的平均值为0.79 cm,标准差为0.62 cm,单车速下对应的粒距监测误差绝对值的平均值最大为1.69 cm,标准差为0.23 cm,经移动平均滤波处理后,粒距误差异常点明显减少,系统粒距监测误差小于2.00 cm。最后,基于气吸式玉米精密播种机设计了试验样机,设置播种车速为5.49、8.49 km/h,目标粒距为25 cm,进行了田间播种粒距监测精度试验,分别采集350个连续的出苗粒距进行对比分析,结果表明,与出苗粒距移动平均值相比,系统粒距监测误差的平均值分别为1.84、2.22 cm,标准差分别为1.61、2.13 cm,粒距监测值曲线与出苗粒距移动平均值曲线的变化趋势基本相同。     

玉米免耕播种机漏播补偿方法对比研究

为解决玉米免耕播种机播种作业时存在漏播的问题,针对漏播自补偿和漏播辅助补偿方法进行了对比研究。对水平圆盘排种器的排种性能进行试验,获取了排种器在不同排种盘转速和播种粒距下排种合格指数、漏播指数和重播指数。由漏播自补偿补种性能分析可得,在排种口检测漏播信号进行加速补种,补种的实际粒距LPR>1.5L,补种粒距依然为漏播,无法实现漏播补偿功能,若在种子脱离排种口之前检测到漏播信号,提前做好加速准备再进行补种,可实现漏播自补偿功能。由漏播自补偿试验可知,漏播自补偿受播种速度和播种粒距影响较大,在播种粒距为20、25cm,播种速度不大于5km/h时,补种合格率不小于88%,在播种粒距为15cm或播种速度大于5km/h时,补种合格率较低;由漏播辅助补偿补种性能试验可知,在播种速度3~7km/h,粒距15~25cm下,补种成功率不小于89%,在播种速度不大于5km/h,补种合格率不小于96%。为了保证补种位置精确,采用漏播辅助补偿装置进行补种,〖JP2〗需合理设计漏播补偿装置安装位置,同时受播种速度、播种粒距、排种盘线速度、投种角的影响,通过合理设计补种装置安装参数后,控制补种装置响应时间t和补偿装置排种盘的线速度vb实现补种位置的精确控制。     

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5～10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,...     

油菜精量联合直播机随速播种控制系统设计与试验

针对传统油菜精量直播机多采用被动式地轮驱动排种器,高速时地轮易打滑,导致漏播、断条等现象,影响高速作业精量播种效果,且手动变速箱调整播量难以实现播种粒距、播量的精准调节等问题,设计了一种以STM32为主控器,通过蓝牙模块与手机端微信小程序进行实时数据交互的油菜随速播种控制系统。该系统采用地轮编码器和北斗接收器两种模式分别获取拖拉机低速和中高速作业时的前进速度,主控器分析各传感器数据并生成电机控制指令驱动闭环步进电机带动排种轴转动,实现排种轴转速与拖拉机前进速度匹配及无级播量调节;同时利用微信小程序设置目标粒距、传动比、地轮直径等参数以适用于不同类型播种机,并显示总播量、播种面积等关键参数;分析得出吸附种子临界负压为1477Pa,切换测速方式临界速度为3.7km/h,测速范围为1.44~12.77km/h,电机调速频率为5Hz。台架试验结果表明：随速播种控制系统播种性能优于恒定转速播种,播种速度2.6~7.8km/h时粒距合格指数大于87%。田间试验结果表明：本系统搭载一器双行正负气压组合式油菜精量排种器在作业速度为1.44~7.99km/h时播量误差小于3.9%、粒距合格率不低于84%,满足随速播种要求。     

免耕播种机漏播补偿系统设计与试验

针对免耕播种机作业时存在漏播问题,设计了一种漏播自动补偿系统,建立了补偿装置驱动的数学模型,应用滑模变结构控制算法设计了补偿系统控制器,并对补偿系统的动态响应性能进行了仿真分析。通过补种控制算法,确定了补种机构与主排种器的距离S和离地高度H,得到了补种排种盘转速n和播种机行进速度v_m、粒距L_l之间的关系曲线,对排种器安装高度H、粒距L_l、传送带速度v_m进行了二次回归正交试验,验证了漏播补偿系统的补种性能。台架试验的最佳工况组合为,补种排种器安装高度15.33 cm、粒距25.16 cm、传送带速度3.52 km/h时,补种成功率可达96.5%。田间试验表明,安装漏播补偿系统后,免耕播种机播种合格率均值为98.72%,有效提高了播种质量。     

电控播种系统设计与试验

播种是农业生产的重要环节,传统播种机使用地轮为排种器提供动力,地轮打滑对播种均匀性产生影响,不利于播种质量的提高.为此,设计了电控播种系统,使用旋转编码器采集行进速度,系统的微处理器结合设定播种信息和速度信息计算得出电机理论转速,驱动排种器转动,完成播种作业.JPS-12排种器试验台试验表明:播种合格指数大于96.64...     

气吸式单、双排精密通用排种器的设计与试验

针对黑龙江省大豆播种采用边缘型孔式排种器或窝眼式排种器,玉米则多采用勺轮、指架、气吸平面多孔盘情况,结合传统排种器在充种、清种过程中伤种情况严重的问题,设计了一个能够满足黑龙江省的玉米单条、大豆双条作物播种农艺要求的排种器。以排种器的作业速度、风压为影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验设计方法,建立了排种合格指数、漏播指数的数学模型,分析此排种器对排种质量的影响规律。试验表明:当排种器风压为6. 61k Pa、作业速度为6. 82km/h时,排种作业性能最优,其合格指数为94. 41%,漏播指数为3. 67%。该排种器工作不伤种,排种性能综合指标超过90%,工作性能稳定。     

坡耕地鸭嘴式玉米排种器间歇同步充补装置设计与试验

针对坡耕地环境下鸭嘴式玉米排种器排种质量差及性能不稳定等问题,以鸭嘴式玉米排种器为载体,设计了一种配套的间歇同步充补装置。阐述了排种器整体结构及工作原理,分析了种子在排种器内部排种、补种及导种过程,优化了间歇同步充补装置摇杆、内棘轮和鸭嘴式排种器直角导种部件等关键部件结构参数。结合理论分析和坡耕地播种农艺要求,选取作业速度、回位弹簧预紧力和作业坡角为试验因素,合格指数和变异系数为性能指标进行了单因素试验、正交试验及台架对比试验。试验结果表明,性能指标随作业速度和作业坡角增加先增加后降低,随回位弹簧预紧力增加先增加后趋于平稳;当作业速度为1 m/s、回位弹簧预紧力为15.6 N(型号T4,丝径为1 mm,中径为7 mm,原长为25 mm)、作业坡角为12°时,其排种性能较优,合格指数为98.7%,变异系数为10.2%;较传统鸭嘴式排种器其合格指数提高了9.5个百分点,满足坡耕地环境下精量播种作业要求。     

动定指勺夹持式玉米精量排种器优化设计与试验

为提高机械式玉米排种器作业质量与适播范围,设计了一种基于限位导引的动定指勺夹持式玉米精量排种器,阐述了排种器总体结构及工作原理,优化了关键部件指勺种盘和限位导引总成结构参数。以排种器工作转速和调控摆臂调节尺寸为试验因素,株间合格指数和变异系数为试验指标,进行了单因素试验分析各因素对性能指标的影响规律。试验结果表明,排种器对各等级尺寸玉米种子均具有良好的适应性。为研究排种器最佳工作参数,采用多因素二次正交旋转组合设计试验,建立了性能指标与试验参数间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件对试验结果进行处理分析,对回归模型进行优化验证。试验结果表明,当工作转速为30.5 r/min,调节尺寸为12.0 mm时,对圆形大粒玉米种子作业性能最优,其合格指数为88.41%,变异系数为12.32%,满足精量播种作业要求。     

高速播种机玉米姿控驱导式排种器设计与试验

针对机械式玉米排种器在播种机高速作业条件下排种精度下降且性能不稳定的问题,提出利用调姿齿与单元型孔对玉米种子充种姿态进行调控的技术思路,设计了一种姿控驱导式精量排种器,采用双侧种盘对置、单列排种结构布局,降低工作转速同时提高排种均匀性。完成了关键零部件的结构参数设计,分析了种子姿态调整原理,通过单因素试验与正交旋转组合试验获取排种器的最优参数组合,并开展排种性能对比试验。结果表明：调姿齿齿型为线型时,排种合格率提升效果最优,较无调姿齿可提升29.1个百分点;排种器的最优参数组合为：工作转速16.7r/min,型孔外壁面倾角46.9°与型孔圆角半径4.5mm,该条件下合格率、漏播率和重播率分别为91.6%、2.8%与5.6%;在作业速度8~14km/h范围内,排种器的合格率均高于90%,漏播率均低于3%,重播率均低于8%,破损率均低于0.5%,粒距均匀性变异系数均低于19%,且排种效果优于无姿态调控排种器与勺轮式排种器,满足玉米精量播种的技术要求。     

夹持式玉米精密排种器设计与试验

为了简化机械式玉米排种器结构,提高作业质量,设计了一种夹持式玉米精密排种器,通过压种环在各工作区域的不同结构配合夹种块控制种子的位置及运动状态,实现排种作业。结合玉米种子几何尺寸,对充种过程进行理论分析,获得种子填充力的变化规律,阐述了清种、投种工作原理,设计了夹种块、压种环等关键部件。为检验排种器的排种性能,选用天农九(大粒)、红旗688(中粒)、黄金糯(小粒) 3种不同几何尺寸的玉米种子为试验对象,以播种机工作速度为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行单因素试验。试验表明,天农九排种效果较佳,在工作速度为11 km/h时,其合格指数为90. 1%,重播指数为9. 1%,漏播指数为0. 8%,满足排种作业要求。     

玉米大豆兼用腔盘组合孔式排种盘设计与充种性能试验

针对玉米大豆带状复合种植条件下传统机械式排种器不易实现二者兼用精量排种要求、现有气力式排种器排种速度提高因型孔漏充存在漏播断条等问题,设计了一种具有腔盘组合孔结构的排种盘,分析确定了排种盘关键结构参数,构建了吸附过程和吸运过程力学模型。应用EDEM离散元仿真与台架试验相结合的方法进行了排种盘型式优选试验,结果得出：腔盘组合孔式排种盘具有提高充种室种群定向运移平均速度和增大拖拽充种角的作用,有效抑制了型孔漏充率。以安装优选种盘的玉豆兼用排种器为对象,以机组前进速度和工作负压为试验因素,以漏充率和充种合格率为试验指标,采用二因素全因子试验设计开展了充种性能试验,结果表明：当机组前进速度为4.0～7.0 km/h、工作负压在3.0～4.0 kPa时,玉米和大豆种子漏充率均小于3.6%、充种合格率均不小于96%。田间验证试验表明,在机组前进速度为4.0～7.0 km/h、工作负压为3.0～4.0 kPa条件下,腔盘组合孔式排种盘的排种器播种玉米和大豆漏充率分别不大于3.8%、4.2%;当工作负压为3.0 kPa、机组前进速度为7.0 km/h时,自扰动腔盘组合孔式排种盘相比无扰动平面排种盘,播...     

基于BLDCM的智能播种控制系统设计

针对地轮驱动的玉米排种工作方式存在地轮打滑而造成漏播率增加的问题,设计了基于无刷直流电机驱动(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)的智能播种控制系统。该系统以STM32单片机作为PID控制器的核心处理器,利用无刷直流电机作为排种器驱动源,并通过增量式编码器实时采集排种器的转速,同时利用霍尔传感器获取播种作业速度。为实现PID控制的最优化,在Simulink环境下建立无刷直流电机的仿真模型,并结合PSO(Particle Swarm Optimization,粒子群优化)算法对PID参数进行优化设计。仿真结果表明:经PSO整定后,PID控制器的阶跃响应效果良好,超调量为4%,调节时间为0.12s。田间试验结果表明:在低速、中速、高速和变速作业条件下,本电机驱动系统较传统地轮驱动系统在漏播指数方面分别降低了0.9%、1.1%、1.4%和1.3%,在播种合格指数方面分别提高了1.8%、3.8%、2.8%和1.7%。