基于离散元法的多功能集成式开沟装置设计

针对牧草免耕播种机进行退化草原补播作业时存在土壤扰动明显、播种深度不均匀、种沟保墒能力差等问题,设计一款集切根、开沟、回土功能于一体的多功能集成式开沟装置。该装置采用平面圆盘破土切根,随后采用倒“T”型开沟器形成结构稳定的种沟并清理种子周围土壤内的根茎,最后由回土机构将开沟过程中被挤压至地表的土壤回填至种沟内对种子进行掩埋。采用离散元法辅助开沟装置设计,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型创建土壤离散元模型。通过离散元仿真试验确定开沟器连接柄与地面夹角为90°时作业效果最佳。通过分析回土机构工作过程受力情况,确定仿形机构弹簧劲度系数为0.6 N/mm,弹簧初始压力为60 N。开展田间试验与离散元仿真试验检验多功能集成式开沟装置作业效果,试验结果表明该装置最佳作业速度范围为0.8~1.2 m/s;作业过程土壤扰动较小,侧垄宽不超过50 mm;开沟深度稳定可控,种沟深度波动不超过5 mm;回土机构作业效果良好,有助于改善种沟保墒能力。

清种补种上提式甘蔗排种器设计与试验

针对甘蔗横向排种器因无序排种导致漏播指数高、排种合格指数低,致使出芽率低影响甘蔗总产量的问题,该研究设计了一种具有清种补种功能的上提式甘蔗排种器。首先对排种过程进行动力学分析,确定排种器的关键结构和工作参数。然后采用EDEM-RecurDyn耦合仿真分析,模拟蔗段与弹性板间的碰撞,分析蔗段的受力及运动,并通过推压试验确定弹性板的参数。为获得排种器的最佳性能参数,在单因素试验基础上,进行二次回归正交旋转组合试验。结果表明:一级清种补种区长度、二级清种补种区长度对漏播指数、重播指数、合格指数具有显著影响(P<0.01);排种带速度对漏播指数具有显著性影响(P<0.01),而对重播指数、合格指数影响不显著(P>0.05)。利用多目标优化方法确定最佳参数组合为:一级清种补种区长度13 cm、二级清种补种区长度16 cm、排种带速度97 mm/s。此时,漏播指数为1.7%,重播指数为3.5%,合格指数为94.8%;与常规上提式排种器的漏播指数6.9%相比,该排种器漏播指数降低了75%。该排种器可有效减少甘蔗播种的漏播指数、提高排种的合格指数,有利于实现甘蔗的精准种植。

机械式漏播检测与补种装置设计与试验

针对玉米播种作业过程中常出现的漏播问题,采用冗余设计方法,研究一种机械式漏播检测与补种装置。通过跨越式探种杆对主排种窝眼轮充种情况进行持续检测,并带动锁杆完成对补种装置锁定与解锁,实现漏播补种。设计一种新型探种杆结构,采用双压头结构的探种杆,提高漏播检测精度;优化检测装置结构参数,实现对补种装置的快速锁定与解锁;通过对补种装置进行运动分析,确定补种装置结构参数及同步补种条件,提高播种质量。结合理论分析,选取作业速度、探种角度和补种复位弹簧最大作用力为试验因素,以漏播指数与合格指数为性能指标进行单因素试验与正交试验。确定较优的参数组合:作业速度0.9 m/s,探种角度45°,复位弹簧最大作用力12 N。在该条件下漏播指数为3.4%,合格指数为94.5%,满足精量播种作业要求。

大豆玉米气吸式播种机补种系统的设计与试验

【目的】针对大豆玉米气吸式精量播种机在作业过程中出现的漏播现象,设计一种实时的自动补种系统,并通过台架试验验证系统工作性能、确定补种系统的最优参数组合,以减少播种作业中的漏播指数。【方法】利用对射式光电传感器对播种情况进行检测,当检测到漏播时由步进电机驱动补种装置进行补种。【结果】以玉米种子为研究对象,通过多因素试验和响应曲面法分析,补种装置在真空度为4.3 kPa,补种盘转速为27 r/min、吸种孔直径为5 mm时补种效果最优。台架试验表明,当补种系统的参数为最优时,播种合格指数为93.68%、漏播指数为2.38%,合格指数较原排种装置上升2.34%,漏播指数较原排种装置下降3.09%。【结论】研究设计的补种系统能实现实时补种、提高播种合格指数、降低漏播指数。

油菜籽漏播螺管式补种器设计与试验

针对油菜籽气力式精量排种器产生的漏播补种问题,设计了螺管式补种器并建立了补种器工作转速与漏播系数的关系模型。确定了螺管式补种器工作原理及主要结构参数,运用EDEM(discrete element method,离散元法)仿真对螺管式补种器模型和3D打印试制的螺管式补种器分别开展排种量与转速关系的试验研究。试验结果表明:螺管数量为7的螺管式补种器工作转速在25~180 r/min时,其排种量与转速线性相关系数为0.99,每个螺管当量排种量为1.7~1.9粒,当量排种稳定变异系数≤6%,排种破损率<0.5%,螺孔无堵塞。利用该螺管式补种器排种量与转速特性,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法,建立了螺管式补种器工作转速与漏播系数的关系模型,在当前时间窗口内实现了变量补种。在40型孔油菜籽气力式精量排种器漏播实时检测与自补种一体化的试验研究表明:精量排种器转速在15~30 r/min范围内不同漏播状态下,漏播自补种系统在当前时间窗口内能够实现变量补种,漏播补种率达100%,补种后粒距漏播指数为0,消除了漏播的发生。该研究可为油菜等小粒径种子精量排种器产生的漏播进行补种,为提高精量播种机的播种质量与效率提供参考。

油菜精量排种器变量补种系统设计与试验

针对油菜精量排种器的漏播问题,该文设计了油菜精量排种器变量补种系统。该补种系统由漏播检测装置、排种盘测速装置、变量补种装置及补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测装置采用压电原理感应排种种子流序列,并利用MSP430单片机时间捕获中断功能实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率并确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等参数,并根据变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至变量补种装置及补种监测显示装置。变量补种装置由螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、PWM(pulse-width modulation)电机驱动系统、无线模块和电源组成,接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种参数,便于对变量补种系统调试及监测系统运行状态。变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种装置补种量与排种器当量漏播量比值稳定在1.2~1.4,补种后无漏播存在。该变量补种系统可为油菜等小粒径种子漏播补种技术与装置提供有效支撑。

基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验

对于工厂化育秧作业的水稻、蔬菜、花卉等,尤其是超级杂交稻,其机械化秧盘育秧播种的理想目标为2~3粒/穴,且普遍存在空穴和单粒穴的情况,为了保证秧盘育秧成秧率,提高精密播种合格率就显得非常重要。该文基于机器视觉技术,提出了一种智能补种方法,设计并研制了智能补种装置,主要用于超级杂交稻钵体秧盘育秧播种质量检测与补种过程。首先利用CCD摄像头采集秧盘图像,对图像处理与分析后得到空穴和1粒穴位置坐标,再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能。应用LabVIEW图形化编程软件,针对空穴和单粒穴的补种方案,开发出秧盘播种质量在线检测与补种运动控制系统,实现了智能补种任务。由试验结果统计可知,当补种率小于2%时,双补种器能够满足450盘/h的生产需求。

马铃薯播种漏播检测自动补种装置设计与试验

针对勺式马铃薯播种机作业中排种勺空穴漏播需人工检测与补种的难题,提出了一种基于激光对射传感器的漏播检测方法,设计了一种马铃薯播种漏播检测自动补种装置,并验证了装置的漏播检测性能和自动补种性能。采用两对激光对射传感器和接触式行程开关传感器分别探测漏播空勺和准确补种位置,依靠步进电机驱动补种装置进行精确补种。试验结果表明:在工作速度为2~5km/h时,播种机原始平均播种率为91.35%,补种装置平均成功补种率达到82.17%,综合漏播率≤1.5%,总播种率达到98.5%;排种线速度>0.5m/s时,播种率和漏播率都明显下降。设计的漏播检测方法检测准确可靠,自动补种装置效果明显,适应不同播种速度和种薯大小等工作条件,可为马铃薯播种机的智能化设计提供参考。

基于气力式精量排种器的谷子吸种与排种试验

针对谷子播种机械化程度不高，出苗后间苗用工量大的生产实际，提出利用气力式精量排种器，以实现种子精少量播种，并适度重播的目的。分析确定了谷子种子的物理机械特性参数，试验研究了型孔结构、负压、转速对排种器吸种和排种性能的影响。结果表明：排种盘型孔选用直孔或锥孔，均可实现适度重吸，孔径1．2mm／、锥度30°的锥孔的适度重吸效果最佳；当正压区压力值为200Pa，负压区压力值为1800Pa，转速为20r／min时，吸种稳定性变异系数小于5．47％；当正压区压力值为200Pa，负压区压力值为2200Pa，转速为24r／min时，种子合格穴数可达95．7，重穴数低于11，种子粒数变异系数为6．98％，每穴种子粒数均在1—6粒。发芽试验表明，经排种器排出的种子发芽率在93％以上，与未处理种子发芽率无显著差异，表明气力式精量排种器可用于谷子种子的实际播种。

勺轮式排种器设计与大豆种子离散元法排种仿真

排种器作为播种机关键部件,其工作性能与可靠性直接影响播种机整体作业质量。机械式排种器具有结构简单、价格低廉、维修方便等优点,勺轮式排种器作为机械式排种器的一种,在硬度较大、较规则种子播种作业中得到广泛应用。为此,应用Solid Works软件设计了一种勺轮式排种器,应用离散元软件对排种器排种大豆种子进行了计算机数值模拟,得到了排种器工作性能较好的工作参数。由离散元软件计算机数值模拟结果得到:勺轮组合转速为10~13 r/min,排种器种子室内种子数量在1 800~2 100粒时,排种器整体工作性能较好;且适当的振动可提高本设计的排种器的工作性能。该研究为勺轮式排种器的设计与优化提供了一种方法。

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。

草地切根施肥补播开沟装置的设计与试验

为克服草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的开沟问题,在草地切根改良的基础上实现施肥补播,采用破土刀齿破茬-种沟双圆盘开沟器开沟覆土-肥沟双圆盘开沟器压土成沟并覆盖种沟的工艺构建种床与肥床,设计分层交错式覆土开沟装置,建立种沟与肥沟双圆盘开沟器需满足的参数关系。基于土壤扰动造成土壤坚实度下降理论,通过对比试验,确定种沟开沟器距切根沟缝的距离对土壤坚实度的影响,得到将种沟开沟器布置在距离切根沟20mm处,可使开沟器入土处的土壤坚实度下降62%。将分层交错式覆土开沟装置应用于9QFB-2.4型破土切根施肥补播复式作业机,田间试验结果表明:该装置能够实现稳定开沟,形成深47.3mm、宽29.1mm的肥床与深44.7mm、宽19.5mm的种床,施肥和播种深度合格率分别达到80%和83%,且对土壤的扰动程度小于14%,有利于草场植被的保护。

玉米精量排种器性能分析与对比试验

为掌握国内常见4种玉米精量排种器对速度的适应能力,采用单因素试验的方法,考察前进速度对合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数的影响。试验结果及方差分析结果表明:低速时各排种器工作均较稳定,高速时机械式排种器工作性能明显下降,气力排种器工作性能优于机械式排种器;当前进速度为12 km/h时,气吹式排种器的合格指数和漏播指数最佳,分别为89.93%和3.29%,气吸式排种器的重播率最低,为2.06%。

烤烟漂浮育苗精准补种器的设计

[目的]解决补种时直接用手捏烟种引起的烤烟包衣种子取用效率低和包衣种子易碎的问题。[方法]2021年开展烤烟漂浮育苗精准补种器的研制与应用效果研究。[结果]该装置具有操作简便、装置轻便、补种精准等优点。[结论 ]烤烟漂浮育苗精准补种器能够在一定程度上解决常规补种方式补种效率低、烟种易捏碎的问题,适于推广。

智能玉米精密播种施肥机的研制

针对现有机械式玉米精密播种施肥机播种施肥一致性差、肥管易堵塞、种子重播漏播严重、无补种机构等问题,研制基于DSP控制技术的智能玉米精密播种施肥机。实现精密播种施肥机工作过程中种肥的实时监控及故障处理,统计已播、重播、漏播种子数及施肥量等数据,当发现漏播时能即时补种;当出现肥料堵塞时能即时疏通;种箱缺种和肥箱缺肥能发出声光报警。同时,可以通过触摸屏设定播种株距及施肥量。田间试验表明,整机结构稳定,重播、漏播、缺种、缺肥、肥管堵塞报警率达100%,肥管堵塞疏通率达100%,并且安装补种系统后,总播种率达到99.4%,相比没有加补种系统前提高5.8个百分点。

玉米免耕播种漏播补偿装置研究

根据国内外的玉米免耕播种补种技术及装置的研究成果,总结自动补偿和辅助补偿两种方式的原理及特点,介绍国内具有代表性的漏播补偿装置,并分析其特点和作业性能,从而为进一步提高玉米免耕播种质量提供参考。

草地切根施肥补播复式改良机设计与试验

为改良退化草地,设计了一种多功能草地切根施肥补播复式作业机,可实现切根施肥、切根补播、切根施肥补播不同方式作业,解决了草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的切根阻力大、开沟入土难以及地表起伏不平、多坑洞石砾造成地轮滑移架空带来的播量不均问题,并进行了切根刀具刃口曲线优化和分层交错式覆土开沟装置及基于槽轮长度与转速同步控制的播量控制系统设计。优化得到,初始静态滑切角取40°,静态滑切角与极角的比例系数取—0.1时的正弦指数曲线为切根刀具最优刃口曲线;设计的分层交错式覆土开沟装置,采用破土刀齿破茬-种沟双圆盘开沟器开沟覆土-肥沟双圆盘开沟器压土成沟并覆盖种沟的工艺,实现草地低扰动开沟,田间试验结果表明,该方法能够实现稳定开沟,形成深47.3 mm、宽29.5 mm的肥床与深44.7 mm、宽19.9 mm的种床,且地表破坏率均值为14.2%,利于草地植被保护;设计的基于槽轮长度与转速同步控制的播量控制系统,通过采集机组左、右地轮转速频率信号进行比较,采用较大者控制槽轮转速与槽轮长度,实现播量与机组前进速度同步匹配与调节,Protues电路仿真结果表明,设计系统具备地轮转速频率信号比较、电机转速与地轮转速同步控制和传动比调节功能,有助于提高播量均匀性。本研究可为草地切根施肥补播复式改良机具设计提供参考与理论依据。

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。