基于EDEM的链勺式平贝母排种器仿真试验研究

针对现有平贝母播种技术播种不均匀问题,设计了一种播种均匀性良好的链勺式平贝母排种器,利用离散元仿真软件(EDEM)并采用三因素五水平正交法进行排种器工作过程模拟,分析了不同机车行走速度、排种链转速、勺的直径对10 cm内种贝数量的合格率的影响。仿真结果表明当机车行走速度为1.99 km/h、排种器转速为33.31 r/min、勺的直径为40 mm时排种性能较好。为验证排种器的工作性能,进行了田间试验,10 cm内种贝数量的平均合格率为92.71%,结果表明链勺式平贝母排种器的播种均匀性好,满足平贝母播种要求,为平贝母播种器的研制提供理论参考。

基于DEM-MBD耦合的链勺式人参精密排种器研究

人参播种中存在因人参种子形状不规则、流动性差,种子在播种前需进行催芽处理,催芽的种子易损伤,造成充种困难、易伤种等问题,为此设计一种链勺式人参精密排种器。通过对充种过程中种子受力情况和运动状态的分析,阐明倾斜充种可提高充种性能的机理;通过对携种过程的理论计算和力学分析,并基于DEM-MBD耦合的单因素仿真试验,分析了不同排种链条的张紧力、不同排种器结构参数和工作参数对其工作性能的影响,确定了链勺式排种器的结构参数;以主动链轮转速、充种倾角和种层高度为试验因素,以充种的单粒率(1粒/勺)、复充率(≥2粒/勺)、漏充率(0粒/勺)为试验指标,基于DEM-MBD耦合进行了二次回归正交旋转组合仿真试验。结果表明:影响单粒率的主次顺序为充种倾角、主动链轮转速、种层高度;当充种倾角为71.73°、主动链轮转速为79.10 r/min、种层高度为84.28 mm时,充种性能最佳,单粒率为95.68%、复充率为3.57%、漏充率为0.75%;为验证排种器的工作性能,进行了台架试验,结果表明链勺式人参精密排种器的工作性能较好,满足我国非林地人参种植的播种要求。

勺链式马铃薯排种器自补种系统设计与试验

针对勺链式马铃薯排种器普遍存在的漏种问题,提出了一种基于电容值精确测量技术的漏种检测方法,设计了电容式漏种检测传感器,以及以PLC为核心的自补种系统,实现了该系统在马铃薯种植机上的应用,并试验研究了该系统的补种性能。试验结果表明:排种速度为0.3~0.7 m/s时,原始漏种率为7%~11.3%,排种株距误差率为3.3%~9.1%;经自补种系统补偿后,最终漏种率为1.1%~1.75%,补种株距误差率为7.6%~16.9%;在试验范围内,随排种速度增大,补种成功率变化不大,平均为84.6%。设计的电容式漏种检测传感器检测可靠,自补种系统补偿效果显著,补种株距精度满足马铃薯种植要求。

勺链式马铃薯排种器漏播检测与补种系统的设计与试验

针对勺链式马铃薯排种器作业过程中普遍存在的漏种问题,该研究以高性能ATmega16单片机为核心,设计了由定位和测薯模块组成的漏播检测系统以及由固态继电器和电磁铁组成的速动补薯装置。定位模块主要由小磁钢和霍尔传感器构成,当携带小磁钢的种勺到达霍尔传感器所在位置时,系统会立即启动由红外检测电路组成的测薯模块工作,如发生漏播,控制系统将迅速发出补薯指令,速动补薯装置将待补薯种击打至预定位置,从而实现自动补种。试验表明:排种器线速度在0.3至0.8 m/s间变化时,最终漏播率和补种率变化较小,最终漏播率<2%,补种成功率在85%以上;设计的马铃薯漏播检测及自动补种系统工作稳定,可以解决勺链式马铃薯排种器作业过程中的漏种问题。

预切种甘蔗勺链式排种器设计与试验

针对目前预切种式甘蔗排种器普遍存在充种效果差、合格指数低等问题,设计了一种预切种甘蔗勺链式排种器。基于最速降线理论分析和待充蔗种的充种状态分析,阐明了最速降线可提高充种性能的原理;利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同种勺倾角和种勺数量对充种性能的影响。仿真结果表明,当种勺倾角为30°、种勺数量为15个时,充种性能较好;通过台架单因素试验,对种层高度调节装置和隔离板倾角进行了分析,为充种过程提供了有利条件。以作业速度、排种器倾角、种层高度为试验因素,以合格指数、漏充指数、重充指数为试验指标,进行二次回归旋转正交组合试验,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响。结果表明,当种层高度为360 mm、作业速度为1.45~2.37 km/h、排种器倾角为9.53°~15.15°时,排种器平均合格指数为95.33%,平均漏充指数和平均重充指数分别为3.11%、1.56%,满足甘蔗种植要求。

勺链式大蒜播种机漏取种检测与补种装置设计及试验

针对勺链式大蒜播种机在取种过程中的漏取问题,该研究设计了一种以激光传感器、转勺式补种器、补种箱为核心的大蒜漏取种检测与补种装置,并搭建了试验台。利用漫反射激光传感器对取种情况进行检测,根据输出脉冲判断取种勺是否漏取种,设计了以STM32处理器、电磁离合器为核心的漏取种检测与补种控制系统。为得到取种勺漏取蒜种时的临界脉冲宽度,进行了取种勺遮挡脉冲获取试验,得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级金乡蒜种在正常提种速度范围内以不同姿态被取起时的脉冲范围。在0.09~0.15 m/s提种速度区间内,蒜种与种勺的最大脉冲宽度为440.6 ms、最小为121.6 ms;空勺时的脉冲宽度最大为87.9 ms、最小为53.3 ms,判断取种勺是否漏取蒜种的临界脉冲宽度定义为100 ms。为确定最佳补种时刻与控制脉冲宽度,实现精准投种,对取种与投种过程进行分析,在提种速度为0.12 m/s时,传感器检测到漏取种后延时625 ms电磁离合器通电工作,持续363 ms后电磁离合器断电停止工作,此时可保证蒜种正好落入导种筒内,完成补种。为验证系统整体性能,进行取补种试验。结果表明:针对不同提种速度,系统对漏取种检测的成功率均为100%,其中在0.12 m/s的提种速度下,经补种后金乡Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级蒜种播种成功率分别从90.13%、93.13%、95.88%提高至99.25%、99.75%、100%。研究结果为研制具有补种功能的勺链式大蒜播种机提供了理论依据及技术支撑。

勺链式马铃薯播种机排种器性能试验

中小型马铃薯播种机普遍采用勺链式排种器。链传动的多边形效应导致勺链式马铃薯播种机排种器的漏播现象随着机具作业速度的提高更加明显;切块薯种尺寸跨度较大,小尺寸薯种较多时重播率增大。针对上述问题,在实验室搭建了勺链式排种器试验台,以机具前进速度和薯种大小为试验因素、漏播率和重播率为试验指标,进行旋转正交试验回归分析,利用软件Design-Expert8.0.6对回归模型优化求解。结果表明,机具前进速度为2.44 km/h、薯种大小为41.34 mm时,漏播率和重播率的最优解分别为3.54%和5.52%。该研究为勺链式马铃薯播种机田间作业参数的确定提供了参考。

三角链半杯勺式丘陵山区马铃薯精密播种机设计与试验

针对中国丘陵山区地形复杂、马铃薯机械化水平偏低、种植规模较小等问题,设计了一种可实现施肥、播种、开沟起垄、整形镇压一体化作业的三角链半杯勺式马铃薯精密播种机。将传统的链勺式马铃薯播种机的"上下"2个链轮的传动改为3个链轮的"三角形排列"的传动模式,增加了水平清种区,依靠重力清种,减少种薯的损伤,以及实现单粒精播的要求;将勺式取种装置改为半杯状取种装置,有效增加了取种数量,提高了取种的可靠性;通过分析计算确定了排肥系统、靴式开沟器、排种系统的工作参数,对于丘陵山区土地粘性大造成的起垄高度低、起垄不平整等问题,设计了一套开沟起垄、整形镇压装置。田间试验结果表明,当作业速度1. 9～2. 0 km/h时,粒距合格指数83. 26%,重播指数8. 36%,漏播指数8. 38%,变异系数22. 31%,垄高、垄底宽、垄面宽和垄距的稳定系数均在97%以上,性能指标符合国家标准要求。

链勺翻转清种式蚕豆精密排种器设计与试验

针对蚕豆种子三轴尺寸差异大、清种难、易重播的问题,设计了一种链勺翻转清种式蚕豆精密排种器。对排种器关键部件参数进行设计,通过理论分析建立了种子在清种区的动力学模型;利用DEM-MBD耦合方法进一步分析了弹簧张紧力、种层高度、作业速度、清种区排种链倾角和充种区排种链倾角对排种性能的影响,校核了弹簧刚度,确定了弹簧张紧力为50 N,种层高度为75 mm。以充种区排种链倾角、清种区排种链倾角和作业速度为试验因素,合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,采用二次回归正交旋转组合试验方法进行台架试验;试验结果表明,最优参数组合为:作业速度4.25 km/h、清种区排种链倾角-2.9°、充种区排种链倾角74°;对上述组合参数进行排种性能试验验证,得到此时合格指数为93.83%,重播指数为5.67%,漏播指数为0.50%,满足蚕豆播种要求。

勺链式大蒜取种器的优化设计与试验

排种器是播种机的重要部件,很大程度上决定着播种质量。为此,以勺链式排种器为研究对象,基于金乡紫皮大蒜,对取种勺(取种器)的结构尺寸参数进行了优化。样机试验表明:当v=0.25m/s、B=40mm、L1=1 1 mm、L2=2 3 mm、H=1 0、β=5°时,单粒取种成功率为9 5%,漏取率为1.2%,重取率为3.8%,满足大蒜播种需求。该研究为不同品种、级别大蒜取种勺优化设计提供了参考。

勺链式马铃薯播种机漏播报警系统设计与试验

马铃薯是我国五大主粮作物之一。由于马铃薯在播种过程中经常发生漏播、重播和株距变异等问题,严重影响马铃薯产量,进而导致马铃薯产业发展进度减缓。为了对马铃薯播种机在播种过程中进行实时的播种质量监测,更清楚地记录播种效果,针对勺链式马铃薯排种器播种过程中发生的漏播现象,基于单片机STC89C52设计了一套马铃薯漏播报警系统,并进行了系统试验测试。试验结果表明:系统在人为设定的漏播情况下,排种器速度在0.25~0.6m/s时,对链勺式马铃薯排种器的漏播报警稳定,可为马铃薯产业向智能化的方向发展提供参考。

链式玉米精量播种机的设计与试验

针对播种过程中出现的投种点高、种子与排种器和开沟器碰撞致使种子下落位置随机、播种均匀性差的问题,设计了一种链式玉米精量播种机。该播种机主要由外槽轮式排种装置、链式送种装置、传动装置及镇压装置等组成,窝眼轮式排种器精量取种与勺链式穴播器定点投种联合完成播种作业。为研究播种机前进速度、投种包角及投种高度对投种装置性能的影响,以播种株距合格率为指标进行了正交试验。结果表明:投种高度对株距合格率的影响显著,播种机前进速度对株距合格率有一定影响,投种包角对株距合格率的影响不显著;当播种机前进速度为1.5~2m/s、投种包角为30°~45°、投种高度为25~30mm时,株距合格率为96.79%~99.6 7%。田间试验表明,该玉米精量播种机的株距合格率大于9 5%,单粒率≥9 0,空穴率小于5,满足玉米精量播种的要求。

双层种箱式马铃薯排种装置设计与试验

为了提高链勺式马铃薯排种装置排种性能,该研究基于离散单元法理论,使用EDEM软件建立了排种装置数值模型,在对排种过程中种薯运动规律仿真分析的基础上,设计了具有双层种箱结构的排种装置,以空种率和重种率为性能指标,试验研究了排种速度、种勺直径和充种高度对充种性能的影响规律,利用回归方程和多目标优化方法对双层种箱式排种装置进行了参数的优化设计,结果为:1)排种速度0.67 m/s、种勺直径48.6 mm、充种高度0.28 m时,空种率和重种率分别是3.8%和8.8%;2)排种速度0.36 m/s≤v≤0.96 m/s、种勺直径44 mm≤d≤56 mm、充种高度0.15 m≤h≤0.28 m时,空种率小于10%,重种率小于20%。种薯运动规律表明:增大高效充种区、增强种薯流动性可以有效提高充种成功率。试验结果表明:与单层种箱式排种装置相比,双层种箱式排种装置空种率降低50%,重种率降低24.5%;排种速度提高92%时,仍可保证排种性能。该研究为链勺式马铃薯排种装置的优化设计提供指导。

开沟-排种单体式人参精密播种机设计与试验

针对人参播种机械化率低的现状,本文设计了一种开沟-排种单体式人参精密播种机。通过对链勺式人参精密排种器落种点、双圆盘开沟器工作性能和结构参数的分析,确定了开沟-排种单体的关键参数,设计了整机传动系统,可实现株距调整。利用土槽试验台架,选取作业速度、开沟深度、开沟器与排种器相对水平距离为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,设计了二次回归正交旋转组合试验。结果表明:当作业速度为0.42 m/s、开沟深度为45 mm、开沟器与排种器相对水平距离为95 mm时,合格指数为94.53%,重播指数为4.308%,漏播指数为1.165%。为验证播种机的工作性能,加工2BS-10型开沟-排种单体式人参精密播种机,并进行了田间试验,结果表明:当株距为4 cm时,播种机的合格指数为92.7%,重播指数为5.0%,漏播指数为2.3%,播深合格率为95.1%,未发现伤种情况,满足我国非林地人参种植的播种要求。

基于电驱动的智能播补一体化马铃薯播种机设计研究

马铃薯是我国重要的粮食和经济作物,在西南丘陵山区受限于地势条件,现有马铃薯播种机在作业时均不同程度的存在株距误差大、漏播及重播率高、土壤条件适应性差的问题。为此,设计了以AT89S51单片机为运算核心的播补薯一体机,主要由漏播监测、播补薯、株距控制模块组成。其中,漏播监测模块主要由红外线发生和接收装置组成,播补薯模块主要由步进电机驱动的取种勺根据系统命令执行指定作业,株距控制模块则通过设定的株距指令控制电机的转速及修正;同时,以步进电机作为动力取代了传统的地轮驱动以减小株距误差,步进电机驱动的单链取种勺集成播补薯功能于一体。试验表明:机具作业行走速度在0.6~1m/s时,补薯成功率为73%~81%,总播种成功率为97%~98%,播种株距误差为2.52%~4.83%,整体播种性能完全满足马铃薯播种农艺要求。

马铃薯播种机漏播监测与补种系统设计研究

针对现有马铃薯播种机存在的适应性差、株距变异大、漏播率及伤薯率高的问题,设计了以AT89S51为控制核心的马铃薯播种机漏播监测系统。系统由触发和红外监测模块组成,触发模块由小磁钢和霍尔传感器组成,当小磁钢靠近霍尔传感器时,系统就会触发启动由红外发射和接收模块组成的马铃薯漏播监测系统。系统安装在主播种勺链和补薯勺链监测点上,如果红外线监测系统发现主勺链和补薯勺链任意一个未有种薯时,便会立即驱动步进电机实现快速补薯。补薯机构由单行双链的勺链式取种机构组成,取种勺链分为主播种勺链和补薯勺链,主播种勺链用地轮驱动,补薯勺链用步进电机驱动,两个播种链共用一个下薯口,以保证播种的株距一致;当漏播监测系统监测主播种勺链没有种薯时,便立即驱动步进电机带动补薯勺链作业,实现精准补薯。试验结果表明:勺链的工作线速度在0.4~0.7m/s时,补薯成功率为85%~87%,总播种成功率为99%,提高了马铃薯播种机的作业性能,且此勺链式取种机构工作线速度较前人研究的勺链工作线速度有所提高。

双充种室大蒜单粒取种装置设计与试验

针对当前大蒜机械化播种单粒合格率低、漏充率高的问题,该研究设计了一种双充种室大蒜单粒取种装置。通过分析与计算,确定了取种装置关键部件参数,阐述了双充种室结构可降低蒜种漏充的作业机理。采用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了一级取种勺速度、种层厚度对充种性能及种群规律的影响,得到第二充种室内充入蒜种与被清掉蒜种的速度变化关系,证明了装置设计合理性。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以一级取种勺速度、取种速比、种层厚度作为试验因素,以单粒合格率和漏充率作为评价指标,开展了三因素三水平正交试验。利用Design-Export 8.0.6数据分析软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,并对试验因素进行了参数优化。圆整后一级取种勺速度为0.12 m/s、取种速比为0.75的条件下,种层厚度范围为360~390 mm开展室内验证试验,单粒合格率、漏充率、重播率均值分别为95.38%、1.18%、3.44%,变异系数分别为0.32%、6.11%和4.15%,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。品种适应性试验试验结果表明取种装置对3类供试大蒜Ⅱ级蒜种适应性较优,蒜种机械损伤率为0.52%,符合标准要求。田间试验结果与优化结果一致,作业效果优于现有爪式循环、勺链式、轮勺式大蒜单粒取种装置,该研究可为解决大蒜播种机取种漏充问题提供指导参考。

一种播补一体化新型马铃薯播种机漏播检测与补偿控制系统的开发

由于目前马铃薯漏播补偿系统机构复杂、补偿落点偏差会出现失控等问题,故提出一种利用红外对射式漏播检测系统来实现单向离合器与电机相配合的马铃薯漏播检测与补偿控制系统。该系统正常播种时勺链被地轮带动,而当红外辐射漏种检测系统判定发生漏种事故时,通过补偿电机取代单向离合器使其在更高的速度运行,电机加速带动后一取种勺上的种薯追赶前一缺种位置,补偿结束后电机停止,勺链再次被地轮带动。该方案中种薯补偿时也在原排种通道内运动,无须附加单独的补偿种薯通道,系统体积缩小,结构和可靠性得到了大幅度的优化。经田间试验数据表明,该红外对射式漏播检测系统误判率小于1‰,全速度域范围内,排种器性能达到设计要求,其补种精度符合马铃薯种植工艺参数要求。

一种马铃薯漏播检测及补偿装置的研制

针对现有的链勺式排种器马铃薯播种机作业过程中普遍存在的漏播现象,以PIC16F877单片机为核心,提出了一种由漏播检测启动信号生成电路、红外漏播检测电路和窝眼轮式排种系统构成的漏播检测补偿新方案。漏播检测启动信号生成电路主要由永磁铁和干簧继电器电路构成,每当固定于取种勺底板上的永磁铁略过干簧继电器时,都会触发系统进行一次基于红外信号发射、接收的漏播检测工作,系统软件基于PIC16F877特定引脚上一定时间段内发生电平变化的次数做出是否漏播的判断;如果确定漏播事件发生,PIC16F877将迅速发出补种指令,窝眼轮式排种器在步进电机带动下迅速旋转90°将待补薯种排入导种槽,从而实现漏播补偿。试验结果表明,该系统漏播检测的准确率>99.8%,补种成功率>75%,总播种成功率>96.5%,链勺式排种器马铃薯播种机的漏播被有效抑制。

马铃薯播种机漏播检测与补种系统的设计与试验

针对勺链式马铃薯播种机作业过程漏播率较高的问题,提出“错位定位法”马铃薯漏播检测方法,并设计马铃薯漏播检测与补种系统。以ATmega2560单片机为核心,设计由永磁铁阵列、霍尔传感器、漫反射光电开关传感器组成的漏播检测系统;提出V型补种轨道导向与电磁铁击打结合的补种装置,试验测试马铃薯漏播检测与补种系统的性能。结果表明:马铃薯漏播检测系统的检测精度为96.54%;勺链运动速度为0.20~0.40m/s和mos管通断时间为250ms时,补种合格率>89.0%;击打棒形状为圆柱形、直径为30mm、长度50mm时,击打成功率为97.4%;当V型补种轨道张角和倾角分别为90°和30°时,补种合格率为95.33%,漏补率和堵塞率分别为1.0%和0.67%。该马铃薯漏播检测与补种系统可有效降低漏播率。