免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化

针对中国东北地区玉米秸秆粗壮量大、不易腐烂,造成免耕播种机破茬防堵装置秸秆根茬切断率低和作业所需切割扭矩大的技术难题,以蝗虫口器多段阶梯锯齿状结构和双上颚异向等速咬合运动方式为仿生原型,设计一种可在东北地区实现高效破茬防堵作业的动态仿生破茬装置。通过仿生构建、机构设计、理论分析和参数优化等方法设计了行星齿轮变速机构和仿生破茬刀;运用Arduino系统和智能控制方法设计了智能驱动系统,实现了运动方式-结构耦合仿生;通过参数优化试验和回归分析等方法,研究了结构和作业参数对秸秆切断率和切割扭矩的影响规律,并得出最佳参数组合:作业速度为10 km/h,回转半径为250 mm,正转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为9,反转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为18;最终通过对比试验得出动态仿生破茬装置相较于被动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率22.6%~27.4%;相较于驱动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率8.6%~13.5%,降低扭矩输出19.5%~21.8%;作业后使用共聚焦激光扫描仪进行耐摩擦磨损对比试验,其平均表面粗糙度和最大磨痕深度相较于驱动缺口圆盘破茬刀分别下降14.5%和15.9%。     

无管式小麦播种机电控排肥装置设计与试验

为实现变量施肥和提高施肥的均匀性、准确性,设计一种电控排肥装置.该装置可根据机组的作业速度、输入的目标施肥量和外槽轮有效工作长度自动调整外槽轮转速.搭建电控排肥装置试验平台,完成对系统参数的标定,通过试验得出外槽轮排肥器有效工作长度和平均每转排肥量的函数关系,在20～40 r/min转速区间内,排肥稳定性较好.田间试验...     

免耕播种机浅旋清茬斜置式防堵装置设计与试验

针对黄淮海地区玉米免耕播种作业时,过量小麦秸秆残茬堵塞开沟器的问题,提出一种以拨离残茬和浅旋根茬形式实现苗床清整的斜置式防堵装置。通过理论分析对防堵装置结构参数进行设计,确定了各参数的范围和相互关系,并根据装置结构对耕刀拨茬入土和脱茬离土的过程进行受力分析,确定了影响工作性能的因素。运用离散元方法模拟防堵装置在田间作业过程,以秸秆清除率、土壤扰动系数和功耗为评价指标,对装置倾角、转速和前进速度进行回归分析和显著性检验,确定了各因素对评价指标的影响及主次顺序。通过对回归模型进行多目标函数优化求解,得到最优参数组合为：转速400r/min、前进速度6km/h、倾角18.5°,此时秸秆清除率为74.5%、土壤扰动系数为34.7%、功耗为1.36kW。以优化得到的参数对装置进行土槽试验,试验结果表明：转速为400r/min、前进速度6km/h、倾角18.5°时,秸秆清除率为92.5%、土壤扰动系数为29.6%、功耗为1.51kW,试验结果与仿真试验优化结果相吻合,满足设计要求。     

斜口螺旋精控排肥器优化设计与试验

为解决螺旋排肥器排肥流量不均匀影响精控施肥的问题,在通过排肥过程肥料运动状态仿真分析确定其排肥不均原因的基础上,采用倾斜排肥口的结构设计以提升排肥均匀性。利用EDEM建立斜口螺旋排肥器仿真模型,以斜口长度x1、斜口角度x2、开口宽度x3试验因素,排肥流量变异系数为试验指标,进行二次通用旋转组合设计试验研究。试验结果表明：试验因素对试验指标的影响主次顺序为x3、x2、x1,且当x1为105mm、x2在30°~44°范围内、x3在40.05~55.00mm范围内时,排肥流量变异系数σ小于15%,排肥均匀性较佳。采用台架试验对传统及斜口螺旋排肥器进行对比试验,结果证明：转速60r/min时斜口螺旋排肥器排肥流量变异系数σ为13.59%,与理论优化值相吻合,且斜口螺旋排肥器均优于传统螺旋排肥器。同时基于实测的排肥器排肥转速流量曲线,设计一种排肥控制器并进行台架试验,结果表明其可实现精控施肥。     

舵轮式破茬免耕玉米播种机研究

保护性耕作是指通过提高自然降水的利用率和土壤肥力,减少水分的蒸发和流失,从而达到提高作物产量的目的.保护性耕作可以起到节水保墒、提高土壤肥力、保护环境等效果,是今后农业发展的重点.其中,免耕播种作为保护性耕作的核心内容之一,其配套机具免耕播种机的研究成为保护性耕作发展的关键.本文介绍了一种舵轮式破茬免耕玉米播种机,采用...     

圆盘破茬免耕播种机设计与试验

针对我国北方一年两熟地秸秆覆盖量大、易缠绕机具等问题,研制了圆盘破茬免耕播种机,主要对机具的破茬装置、排种装置、传动方案等关键部分进行了设计,并做了田间试验。结果表明,该机拥有良好的破茬性能,能够一次完成破茬、开沟、施肥、播种、镇压等多道工序,未出现过开沟器堵塞现象,对肥料和种子的施放效果能够满足农艺要求,保证种子出苗率。     

垄作玉米免耕播种机破茬装置设计与试验

针对东北一年一熟垄作区玉米根茬地免耕播种时存在根茬不易破除且易挂茬等问题.设计了一种驱动破茬装置,该装置在3个平面内安装破茬刀具,其中心与开沟器前后对齐.为确定破茬装置的合理结构.设计了3种轴套,同时设计了3种刀具组合方式.在土槽上进行了三因素三水平的正交试验,通过分析各因素对功率消耗和根茬切断率2个指标的影响,得出较好的参考组合:机具前进速度为0.75km/h,刀轴旋转速度为150 r/min,刀具组合方式为ZH2.对轴套进行选择的试验表明,当产生相同切土节距S=2 Cm时,轴套2的功率消耗较低,根茬切断率达到92%.     

2BMF-5型免耕施肥播种机排种（肥）箱的设计

通过对排种箱、排肥箱的计算、分析,设计出具体尺寸,使排种箱、排肥箱作业性能稳定。排种、排肥由地轮与地面之间的摩擦力提供动力,通过链轮和链条传递动力。本机改变了传统的排肥方式。肥料由固定在机架前部的排肥器定向条形撒到地表,调整排肥管的高度,可以改变撒到地表肥料条形的宽度,经条旋开沟器在开沟的同时,将肥料与开沟后的土壤搅拌,使肥料集中均匀地与土壤搅在一起,能充分利用肥效。     

免耕播种机防堵装置的设计

针对在留有秸秆和根茬的地上进行免耕播种时,播种作业过程中开沟器容易遇到缠草堵塞问题,设计了一种新型防堵装置.该装置将防堵圆盘布置在开沟器的侧面,不仅能够切断秸秆和有效清理开沟器的秸秆,而且在开沟器铲柄上挂有秸秆杂草时,通过圆盘刀的转动可以将其打落.试验表明,该装置防堵效果好,动力要求低.同时,确定了防堵装置的主要工作部件-缺口圆盘刀的主要参数.     

2BQMF-5型气吸式施肥免耕播种机的设计与试验

研究设计了一种2BQMF-5型气吸式施肥免耕播种机.该播种机主要由气吸式排种装置、五圆盘破茬开沟施肥装置和镇压传动装置等组成.田间试验证实该播种机破茬防堵性能好,施肥平均深度为78mm,播种平均深度为43mm,种肥垂直间距平均为35mm,侧向间距平均为30mm.机具一次进地即可完成破茬、开沟施肥、播种、覆土、镇压等作业工序,土壤扰动小,作业质量满足农艺要求.     

垄作免耕播种机被动式防缠绕破茬清垄装置设计与试验

为了解决东北玉米垄作免耕播种机作业时缠绕堵塞工作部件,减小对土壤扰动,提高破茬开沟质量等问题,优化设计了防缠绕破茬清垄装置,主要包括阿基米德螺线锯齿型缺口圆盘破茬刀和星型清垄轮。通过理论分析确定了影响破茬清垄装置作业性能的主要参数为机具前进速度V_m、破茬刀入土深度h以及清垄轮安装偏置角α。利用离散元软件EDEM进行二次回归正交旋转组合仿真试验,确定了该装置的最优工作参数组合为：机具前进速度V_m为7 km/h、破茬刀入土深度h为75 mm、清垄轮安装偏置角α为30°。通过田间验证试验,得出破茬清垄装置在最优工作参数组合下的破茬率为92.21%,清秸率为93.49%,验证了仿真理论研究结果,机具通过性显著提高,达到了东北玉米垄作免耕播种农艺和农机的技术要求。     

玉米茬地免耕播种机具导向系统设计与试验

设计了一种由机具导向架、液压系统和以DSP为核心的控制单元组成的机具导向系统.根据与该系统配套的拖拉机确定了机具导向架的基本参数,并通过对机具导向架外框不同位置的受力分析得出该系统可以推动的最大负载满足机具田间作业的要求.以JDT654L型拖拉机为试验平台,进行了系统性能试验.结果表明,机具导向架的调节范围为-10.8°～10.7°;该系统换向平稳,换向时间短,对输入信号有较好的响应和控制精度,跟踪信号的最大误差角度不超过1.5°,能够实时地调整机具前进方向.     

滴灌区宽窄行玉米免耕播种带秸秆清理装置设计与试验

针对在滴灌区进行玉米免耕播种作业时,窄行内铺设的滴灌带与秸秆残茬易缠绕形成壅堵、影响播种机具通过性和作业质量等问题,提出适用于滴灌区宽窄行玉米免耕播种带的秸秆清理方法。设计了播种带秸秆残茬分区清理装置,该装置通过纵向错位布置拨草机构对播种带秸秆进行清理,对清理装置作业过程和秸秆抛撒轨迹进行了分析,确定了关键影响因素及参数取值范围;运用EDEM离散元仿真技术,以机具作业速度、入土深度和纵向间距为试验因素,以播种带秸秆清理率为评价指标进行了回归正交仿真试验,建立了响应面数学模型,并进行了参数优化和田间验证试验。结果表明,影响播种带秸秆清理率因素显著性由大到小依次为机具作业速度、纵向间距和入土深度;当作业速度为9km/h、纵向间距为1100mm、入土深度为45mm时,装置作业通过性良好,播种带秸秆残茬清理率均值为87.61%,比模型优化理论值低1.8个百分点,播种带清理宽度为508.0~540.4mm,满足滴灌区玉米免耕播种的农艺要求。     

倾斜梯形孔式穴施肥排肥器设计与试验

为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥,设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理,分析了影响其成穴性能的主要因素,构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型;应用离散元软件EDEM和流体分析软件Fluent对穴排肥器的成穴性能进行了仿真分析,研究了作业速度、充肥孔长度和气流速度对穴长、穴排肥量误差的影响,通过全因子试验得到作业速度为3~7km/h时的较优参数组合为充肥孔长度27.0mm、气流速度15.0m/s,对应的穴长和穴排肥量误差分别为62.7~87.5mm和7.4%~8.9%。台架试验表明,在作业速度为3~7km/h、充肥孔长度为27.0mm和气流速度为15.0m/s条件下,穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为98.5~175.5mm、7.42%~14.18%、7.60%~15.17%、2.3%~4.7%;田间试验表明,作业速度为3~7km/h时,穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为104.2~178.4mm、7.55%~14.56%、7.69%~13.80%、2.1%~4.3%,成穴性能较好。     

粉末状有机肥条施排肥器设计与试验

针对粉末状有机肥湿度大、流动性差、条施困难等问题,设计了一种粉末状有机肥排肥器。该装置主要由肥箱、排肥拨轮、防自流挡板和排肥轴组成。为了提高排肥器的适用性,以不同含水率（（28±1）%、（32±1）%、（36±1）%）的粉末状有机肥为研究对象进行排肥器设计。对拨轮推动过程中的有机肥进行力学分析,将排肥拨轮设计成摆线型。为了防止有机肥直接通过肥箱底板的排肥口产生自流现象,以及破碎结块的有机肥,设计了防自流挡板。以排肥指数和排肥口宽度为试验因素,排肥稳定性变异系数为性能指标,进行二次正交旋转组合试验,建立排肥器离散元仿真模型,得到排肥指数为6个、排肥口宽度36.36mm时排肥稳定性最好;以断条率、各行排肥量一致性变异系数、排肥稳定性变异系数与排肥均匀性变异系数为评价指标对设计的排肥器进行性能测试试验,试验结果表明：排肥器对不同含水率有机肥以5~8km/h的速度施用时各性能指标均在规定范围内,工作性能稳定,满足技术要求。     

弹齿式清秸装置防止残茬回带机构设计与试验优化

为解决2BMFJ系列玉米免耕播种机清秸装置侧向抛撒残茬时,清秸工作部件残茬回带和动土量较大问题,设计了一种弹齿式清秸装置防止残茬回带机构,通过理论分析确定关键部件主要结构参数,应用三因素三水平正交试验法,以机具作业速度、清秸弹齿与带轮圆周外法线方向后偏角和主动带轮转速为试验因素,以残茬清除率和残茬回带率为评价指标,对影响清秸装置性能的结构与作业参数进行试验与优化研究,试验结果表明:在机具作业速度2. 0 m/s,弹齿与带轮圆周外法线方向后偏角30°,主动带轮转速450 r/min时,残茬清除率95. 5%、残茬回带率1. 38%。该机构在保证作业幅内残茬清除质量的同时,可有效减少残茬回带,为2BMFJ系列原茬地免耕播种机高质量种床准备、提高防堵性能提供了技术支撑。     

液肥深施机差动式双向供肥分配装置设计与试验

针对深施型液态施肥机分配器工作效率低及液肥能量损失大问题,设计了与斜置式扎穴机构相配套的差动式双向供肥分配装置。为了避免差动式双向供肥分配装置与斜置式扎穴机构之间连接的软管发生缠绕,采用双行星轮-内齿圈组合机构的传动原理,并根据斜置式扎穴机构喷肥针肥路接口的运动特性,确定差动式双向供肥分配装置各组件的传动比;为满足喷肥针入出土即刻喷肥特性,进行了差动式双向供肥分配装置空间凸轮的设计,得到相应的结构参数:推程运动角31.8°、回程运动角25.6°、平均圆柱半径100 mm、行程最大值6 mm。对行星轮进行运动学分析,得到行星轮的运动轨迹方程。进行差动式双向供肥分配装置性能试验,记录在一个工作周期内差动式双向供肥分配装置与斜置式扎穴机构每次间隔旋转45°时的输肥软管运动状态,验证软管会否发生缠绕;以液压泵压力为影响因子,分别测得不同水平下每5 s内的施肥量,求得喷肥针与液压泵出口处的流速,并得到差动式双向供肥分配装置液肥能量损失值及节能损失规律,分配装置具有高效率的喷肥性能。     

免耕播种机侧向清秸覆秸秸秆比例回收装置设计与试验

为解决中国麦玉豆主产区在利用秸秆促进作物绿色增产增效、保护耕地的同时,轻简化回收多余秸秆促进其资源化利用等问题,基于原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,设计了一种秸秆比例回收装置,借助秸秆被免耕播种机播前清理具有的机械能使其沿导流板滑移至机械能耗尽,弹齿“顺势”将其抛送至挤压装置进行回收。应用高速摄像技术探明了秸秆侧向抛撒运动规律,通过理论分析确定了影响装置工作性能的关键结构与作业参数及其取值范围,并采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、滚筒转速和弹齿偏角为试验因素,以秸秆回收比率和含杂率为评价指标,实施参数组合优化试验,结果表明：在参数组合为作业速度5.4～7.2 km/h、滚筒转速95 r/min、弹齿偏角49°时,秸秆回收比率大于94%、含杂率小于5%。研究结果为研制原茬地免耕播种秸秆覆盖还田同步比例回收复式作业机提供了理论和技术支持。