免耕播种机单体工作性能试验研究

分析了免耕播种机单体的受力,在土槽上对四杆悬挂机构的免耕播种机单体的工作性能进行了试验研究,建立了开沟器牵引阻力和入土阻力回归的数学模型。以此对水平阻力和垂直方向阻力进行了分析。结果表明在土壤坚实度为16×10⁵～26×10⁵Pa范围内,开沟器入土阻力为686～980N,牵引阻力为441～784N;随工作速度和附加配重的增加,入土阻力和牵引阻力均增大。在受力特征研究的基础上,对影响开沟深度稳定性的结构参数及作业条件进行了分析,建立了播种机单体开沟深度稳定性数学模型,为免耕播种机合理设计提供参考     

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。     

免耕播种机在保护性耕作示范区的使用现状研究

随着我国农业生产规模的扩大,社会生态环境压力不断增加,耕地面积逐年减少.发展保护性耕地有利于缓解社会环境压力,对保护耕地起到积极作用.基于此,分析免耕播种机在保护性耕作示范区中使用的重要意义,深入剖析免耕播种机在保护性耕作区中的使用现状,为我国农业工程的发展提供参考,提高我国农作物的产量,推动农业发展.     

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。     

免耕播种机开沟防堵单元体设计与试验

为了解决华北一年两熟区玉米秸秆覆盖地免耕播种小麦存在的秸秆覆盖量大,开沟困难,机具堵塞、功耗大等问题,该文设计了一种伸缩拨杆式开沟防堵单元体。通过正交试验和结构分析相结合的方式,确定了开沟防堵单元体的主要参数,并在玉米秸秆覆盖地进行了田间试验。试验结果表明,伸缩拨杆式开沟防堵单元体开沟能力强,防堵效果好,能够创造良好的种床,改善作业质量;与带状旋耕式开沟防堵装置相比,表层土壤扰动量减少了21.5%;在开沟深度10 cm左右时,单位面积油耗量降低了23.65%,能够减少拖拉机动力消耗。该研究对免耕播种机的推广应用具有重要意义。     

2BFM-5型山地免耕播种机的设计与试验

针对黄土高原丘陵水蚀区残茬覆盖免耕播种及抗旱播种的作业要求,研制了以8.8～11.0?kW手持拖拉机为动力源的2BFM-5型山地免耕播种机。该播种机采用长翼尖角组合式种肥分施开沟器、复合铰链前位双轮仿形机构和螺旋齿槽轮排种器。田间试验表明：该播种机排种均匀性变异系数为35.4%,播深合格率为81.8%,平均种肥间距为44.0?mm,化肥集中在90～100?mm土层范围内,地表可形成宽66～85?mm、深40～52?mm的小垄沟,各项技术性能满足农业种植要求。该播种机适应中国黄土高原丘陵水蚀区缓坡地（＜15°）和水平梯田的免耕播种,满足雨养农业区播种技术的“深种浅覆、镇压提墒、集雨抗旱”等要求。     

稻茬田油菜免耕播种机开沟部件的研究

稻茬田开沟是南方冬闲田大面积推广油菜种植的重要一环,该文采用旋耕弯刀S245作为开沟的主要部件,设计了稻茬田油菜免耕播种机开沟部件结构,并对以顺铣方式工作的开沟切削抛土过程进行运动学分析,建立了旋耕弯刀横向抛土的数学模型,并用matlab7.0数学软件对其进行数字求解。田间试验表明,开沟部件田间开沟抛土宽度可达1.0～1.5 m,土壤破碎率达90%,开沟作业性能良好,工作可靠,能满足现有油菜等其他经济作物种植的农艺要求,解决了目前免耕开沟难的问题,同时数字求解的结果与试验结果相吻合,为旋耕开沟部件的设计提供了参考依据。     

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。     

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。     

免耕播种机防堵技术研究现状与发展趋势

免耕播种机在残茬覆盖地作业是否具备良好的防堵性能,已成为影响免耕播种机生产效率和播种质量的关键因素之一.该文系统分析了免耕播种机防堵的必要性和防堵技术研究现状,提出了免耕播种机应着手找准防堵技术的切入点,加强免耕播种机防堵技术与作业工艺措施有机结合,加强作物残茬的几何特性和机械特性的基础研究,并降低防堵装置功率消耗和转速,提高定向抛撒能力和秸秆覆盖量适应性以及具有安全性能好和作业粉尘低等方面研究,同时加强利用高速摄影和虚拟仪器等现代先进测试仪器与技术开展秸秆抛撒运动规律研究,以探讨改善防堵性能的途径,提高免耕播种机播种质量和生产效率,加快旱地农业保护性耕作技术的推广应用.     

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。     

预切种木薯播种器阶梯式振动散种机构设计与试验

针对预切种播种器对成堆木薯种茎进行精密播种时待充木薯种茎乱序、充种可靠性低等难题,在播种器供种环节设计一种阶梯式振动散种机构。建立了木薯种茎在阶梯式振动散种机构上运动过程的数学模型,对木薯种茎相对散种板的下滑运动和其在阶梯式调姿板上的抛掷运动进行理论分析,确定显著影响机构性能的因素分别是作业宽度、振动频率、台阶倾角以及限位挡角。基于离散元法（Discrete Element Method,EDEM）建立了木薯种茎-振动散种机构的仿真模型,单因素仿真试验明确了各因素对横向调姿成功率和散种输送成功率的影响规律。研制了阶梯式振动散种机构试验台,进行四因素五水平正交中心组合试验研究,并基于最优的因素参数组合对4个不同品种的木薯进行适应性测试,确定最佳参数组合。结果表明当阶梯式振动散种机构的供种箱作业宽度为643.41 mm、振动频率为55.58 Hz、限位挡角为145.06°、台阶倾角为80.13°时,横向调姿成功率为85.7%,散种输送成功率为88.2%;当在最优因素参数组合下进行试验,横向调姿成功率为85.6%,散种输送成功率为88.6%。研究为预切种式木薯精密播种器相关装备的研制提供指导参考。     

基于离散元法的旋耕刀三向工作阻力仿真分析与试验

为分析旋耕刀所受三向工作阻力及其变化规律,该文通过实测南方果园土壤颗粒参数,逆向重构旋耕刀三维实体,基于离散元颗粒接触理论,构建了适应南方土质环境的旋耕刀-土壤相互作用仿真模型。土槽扭矩对比试验表明,仿真值与试验值的变化趋势相同,扭矩均随转速增加而变大,最大相对误差10%;扭矩先从0增加到某个最大值,接着逐步减小到一个低值,随后又快速增加到一个高值,最后回落,该变化过程同旋耕刀与土壤之间的接触状态相关。单刀受力仿真分析表明,水平阻力方向与前进方向相同,侧向阻力方向为由刀具弯折区内侧面指向刀体,垂直阻力方向为先垂直土面向上后转为向下;水平阻力和侧向阻力在最大耕深处出现最大值,而垂直阻力在入土后转动约30°时出现最大值;水平阻力和垂直阻力的仿真波形与理论计算、土槽试验结果比照表明,对应曲线的变化趋势基本一致,且仿真结果与土槽试验结果更为接近,水平阻力相对误差为11.3%,垂直阻力相对误差为16.8%;水平阻力最大值大于侧向和垂直方向阻力最大值,水平阻力是功率消耗的主要因素;随着转速的增加,3个方向阻力最大值均增大,当转速高于250 r/min时,增速加快;侧向阻力和垂直阻力随前进速度增加而平稳增大,水平阻力却出现下滑趋势;耕深对三向阻力的影响比较显著,增加耕深会急剧增大三向阻力值。相关试验数据可为旋耕机能耗分析、机体作业振动及刀片磨损等研究提供参考。     

油菜高速免耕直播机驱动型开畦沟装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区现有油菜直播开畦沟装置高速作业（≥10 km/h）时存在沟形稳定性较差、畦沟两侧厢面质量较差而导致油菜直播作业速度无法提高的问题,该研究研制了一种主动型开畦沟并同步厢面匀土的类螺桨高速开畦沟装置。基于运动学和动力学分析确定了影响减阻性能的关键因素及参数范围,并依此设计和确定了类螺桨低阻开畦沟刀片及其刀组排列方式;为降低阻力和保证抛土效率,开展了基于刀盘-土壤离散元模型的刀片旋切特性仿真试验,结果表明：随螺距角增大,阻力扭矩先减小后增加,且后磨刃的切削阻力小于前磨刃;最佳螺距角、刀刃结构参数组合下类螺桨刀组在作业速度12 km/h、刀盘转速810 r/min时,阻力扭矩较直勺刀组减小176.6 N·m,牵引阻力减小447.7 N。基于动力学分析确定了影响匀土板匀土性能的因素及其参数范围,匀土仿真试验结果表明：左、右匀土板拱度为0.19,下倾角分别为10°、7°时匀土性较好。田间试验结果表明,在作业速度9～12 km/h时,畦沟沟深169.1～188.6 mm,沟深稳定系数92.5%～95.6%、厢面平整度22.2～23.0 mm,两侧匀土变异系数分别为14.3%、17.2%,埋茬率81.96%～87.46%,碎土率93.26～95.33%;作业速度12 km/h时的作业功耗为66.84 kW,满足油菜种植农艺要求。研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速免耕直播开畦沟及高质种床制备提供新方法。     

嫁接机钢针顶起穴盘苗过程EDEM模拟验证及参数优化

针对该课题组自主开发研制的ZGM-7自动化穴盘苗嫁接机中出现的钢针顶起穴盘苗失败现象,该文在EDEM离散元分析软件中利用ECM粘结力弹塑性接触模型作为颗粒接触模型并建立多种不同材料属性的复杂颗粒模型来模拟真实的育苗基质,进而研究钢针与育苗基质的作用关系。并以顶起过程中的穴盘苗基质底面最大顶起高度作为指标参数,分析了不同钢针长度、不同钢针径粗、不同顶起速度条件下顶起穴盘苗的工作情况。利用响应曲面法设计并执行仿真和实际试验,仿真分析结果与试验结果得到了很好地验证,变化趋势基本一致,数值结果误差在0.7%~7.2%;钢针直径和顶起速度对指标参数影响显著,且存在显著的交互作用。以育苗基质底面竖直成功顶起的理论最大顶起高度144 mm为优化目标,利用Design_expert软件得到仿真优化参数结果:钢针直径2.28 mm,钢针长度12.28 mm,顶起速度0.09 m/s。仿真优化参数下进行试验,顶起机构顶起穴盘苗成功率高达95.3%,优化效果显著。该研究结果极大地提高了钢针顶起穴盘苗的运行效果,同时为钢针顶起离散基质等类似问题提供参考。     

基于离散元法的凸圆刃式深松铲减阻效果仿真分析与试验

针对深松作业阻力大、能耗高等问题,该文在深松铲铲尖顶部设计了一种能有效减阻降耗的凸圆刃。以安装凸圆刃的凸圆刃式深松铲为研究对象,建立了土壤模型。为提高土壤模型的准确性,选用非线性粘结弹性塑形接触模型(edinburgh elasto-plastic adhesion model,EEPA),对凸圆刃式深松铲进行耕作阻力虚拟仿真。利用插件将颗粒与深松铲接触作用力导出,分析凸圆刃式深松铲应力和形变,校验其结构强度;采用EDEM软件分析不同耕深和速度对深松耕作阻力的影响,并以国标深松铲为比较对象,分析了凸圆刃式深松铲的减阻效果;通过田间试验验证了土壤模型和凸圆刃式深松铲设计的准确性和可行性。田间试验结果表明,与国标深松铲相比,凸圆刃式深松铲耕作阻力平均降低了10.24%。仿真结果与实测值较为接近,数值误差在3%～10%,证明土壤模型基本符合土壤的力学特性,能近似代替真实的土壤环境。该研究证明了采用离散元法分析深松耕作阻力可行性,可为进一步优化深松铲结构提供参考。     

秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置改进

针对秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置存在的功耗高、易堵塞的问题,设计并分析了抛送管道改进结构,在此基础上以比功耗和抛送速度为目标函数,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对洁区播种机秸秆输送装置的工作参数进行了试验研究,以抛送叶轮转速、喂入量和抛送管道截面积作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,同时,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆输送性能有较大影响,比功耗影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;抛送速度影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;最优参数组合为抛送转速2 270 r/min,喂入量1.3 kg/s,管道截面积507 cm~2,对应的比功耗和抛送速度分别为7 980 m~2/s~2、11.7 m/s,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置的结构完善设计与参数优化提供依据。     

少免耕播种机牵引阻力远程监测系统

针对少免耕播种机牵引阻力的监测,该文提出了一种能够实时采集信号、无线传输数据、现场移动监测、远程同步监测的少免耕播种机牵引阻力监测系统。该系统通过在3点悬挂杆铰接处安装2维轴销测力传感器实现对其受力情况的实时检测。采用无线传感网络技术(wireless sensor network,WSN)实现传感器信号采集和数据短距离无线传输。采用嵌入式技术开发无线数据监测移动终端,实现牵引阻力的现场监测以及数据转发。利用Visual C++开发的远程监测软件,在远程计算机上实现牵引阻力的动态监测、实时显示、在线分析和批量存储。经计量,该系统模拟量检测最大误差为4 mV,线性度为0.04%。田间试验表明:系统实现了少免耕播种机牵引阻力的现场移动监测以及远程同步监测,系统使用方便并降低了田间测试的复杂程度。