精密排种器研究论文

精密排种器研究论文（精选7篇）

精密排种器研究论文 篇1

0 前言

播种是农业生产中的关键性作业环节, 受到播种的季节性影响, 必须在较短的时间将种子播到地里, 播种的质量将直接影响到作物的生长。精密播种是为了适应现代农业发展需要提出的综合性现代化技术, 从发展上看可分为两个阶段, 最初阶段为玉米、棉花等中耕作物的穴播或方形穴播, 它比条播节省种子和间苗工时。而后又发展到高级阶段—单粒精播, 并由中耕作物的精播扩大到传统条播作物的精播。精密播种不仅能大大节约种子, 同时能按照农艺要求均匀地将种子播于土壤中, 达到出苗早、苗齐、苗全、苗壮, 减免人工间苗或其他作业, 获得高产和较高的经济效益[1]。精密播种机是实现精密播种的主要手段, 而排种器是播种机得以实现精密播种的核心部件, 是决定播种机特性和工作性能的主要因素。排种器的工作机理和结构是否合理将直接影响到播种机的播种精度、播种速度、制造成本以及对种子的适应性等各个方面[2], 因此有必要对精密排种器进行研究与改进, 以进一步提高精密播种质量。

1 精密排种器的分类及其优缺点

1.1 分类

在播种过程中, 精密排种器将种子从种箱中分离出来, 按粒 (单粒或多粒) 彼此以一定的可调的间距排到种沟内。按其排种原理可分为两大类, 如图1。一类是机械式精密排种器, 依种子粒型, 用排种器的型孔将种子从种箱中分离出来, 充种、清种和卸种等环节靠种子自重或机械装置来完成, 如窝眼轮式和环带孔式精密排种器;另一类是气力式精密排种器, 通常是通过拖拉机动力输出带动风机, 产生真空吸力或空气压力, 使种子按粒 (单粒或多粒) 贴附在型孔上, 充种或清种环节靠气力来完成[3], 如气吹式、气吸式和气压式精密排种器。

1.1.1 机械式精密排种器

机械式精密排种器结构简单, 造价低, 在实际应用中占有一定比例;但其对种子尺寸要求严, 无法适应高速作业。美国John·Deere 7000型精播机上采用的指夹式排种器虽然能以11.3 km/h的速度播玉米, 但其通用性差, 不能精播大豆等小粒距作物。北京农业工程大学研制的振动式排种器及双辊动静式排种器精播小麦机速高于4 km/h时, 作业性能明显恶化[4]。黑龙江八一农垦大学新研制的XGJP多用型孔式精密排种器精播大豆等小粒距作物速度可达11 km/h, 但仍需严格精选种子才能工作。中国农机院主持对比试验了4种外国机型, 其中原西德Aeromat-I型气吹式排种器性能较好, 但以5 cm粒距播大豆时, 机速限制在6 km/h以内。

1.1.2 气力式精密排种器

气力式排种器是一种先进的排种装置, 由于其适应性强, 通用性好, 不伤种子和对种子外形尺寸要求不严等优越性, 并可大大提高排种频率, 在国内外现已广泛应用于各种精播机上。如新疆兵团农垦科学研究院设计的ZBJQD-I型气吹式排种器, 播甜菜5 cm粒距, 机速在6.4 km/h时, 粒距合格率仍为96%[5]。中国农机院研制的ZBJ-16气力式精密排种器采用气吹原理, 也具有较高的排种频率[6], 近年来, 我国还引进一些国外先进排种器, 如哈尔滨农机厂1989年从原西德引进了贝克公司和克莱因公司的两种排种器。贝克公司气吹式排种器精播大豆作业速度超过6 km/h以后, 漏播严重, 有长距离断条。克莱因公司的气吸式排种器播小粒距作物作业速度可达8 km/h, 但吸种室负压要求较高[7]。

机械式精密排种器和气力式精密排种器各有其优缺点。

1) 机械式精密排种器结构简单紧凑, 使用方便可靠, 造价低, 能完成多种作物的精密条播、穴播及混播, 在一般的作业速度和工作条件下能地满足农艺要求, 但其存在问题主要是对种子外形尺寸要求较严, 需对种子进行加工分级, 同时配套不同的排种盘或种带, 且有伤种现象。

2) 气力式排种器通用性较好, 能播各种大小不同的种子, 且无伤种现象, 可适应高速作业要求, 但整机需配备气力装置, 结构复杂, 造价昂贵, 噪声大, 气路易出故障。

2 精密排种器的发展方向

2.1 研究高速作业的精密排种器

提高播种机作业效率是播种机发展的方向。为保证作业效率、降低油耗和机组配套的合理性, 大面积播种要求播种机作业速度不低于8 km/h。20世纪80年代初, 国外在精播玉米等大粒距作物的作业机速就已达到8~10 km/h, 而我国播种机的作业速度仍维持在5~7 km/h。以谷物播种机的作业速度为例, 目前国外同类机型的作业速度可达到15km/h, 有的甚至可达到20 km/h[8], 而国内仅为8~9 km/h。精密排种器提高作业速度时, 其工作性能就会随着下降, 同时排种频率较高, 用肉眼等一般手段难以检测其排种质量, 为此, 研究适应高速作业要求的精密排种器具有非常重要的意义。

2.2 提高精密播种机的整体性能

精密播种技术具有省种、高产, 高效的优点。随着农业现代化的发展和农业产业结构的调整, 精密播种机越来越受到广大农民的欢迎。但是目前国内绝大多数机械式和气力式播种机, 其播种过程是全封闭, 播种质量无法直接获知, 需要人工进行检查。在作业时发生种箱排空、输种管杂物堵塞或排种传送失灵等工艺性故障现象, 均会导致排种管不能够正常播种, 造成漏播现象。因此, 将光机电一体化技术应用到精密播种机上, 使其越来越智能化是迫切的需求。如利用光敏传感器监控播种机的故障判断和种子积累;用单片机来监控播种密度和播种速度, 能够最大限度的避免漏种现象。因此, 应用性能稳定的新型传感器、单片机等新成果, 将会大大提高精密播种机的整机性能。

3 总结

随着精密播种技术的迅速发展, 与此相适应的精密播种机械的研制和生产更加迫切, 特别是精密排种器的研制和开发势在必行。本文通过对精密排种器研究现状及其存在问题的分析, 探讨了精密排种器的发展方向。现有的精密排种器对种子适应性差, 且作业速度不高, 今后应加强高速作业通用排种器的研制。

参考文献

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精密排种器研究论文 篇2

精密排种器是精密播种机的核心工作部件，排种器的排种性能决定了播种机的作业质量。20世纪40年代，国外就开始了对精量播种技术的研究，经过多年的发展，已经达到相当完善的程度，特别是在工业化发达的国家[1]。我国对精量播种技术的研究起步较晚，约始于20世纪70年代初。为了满足播种不同作物的需要，国内外学者对精密排种器进行了不断的试验探索与研究，使精密排种器的种类呈现多样化发展趋势。对于精密排种器的研究，由于受季节、环境等因素的影响，在进行田间播种试验时往往具有一定的时间性和局限性，从而限制了人们对精密排种器排种性能进行快速、反复的研究工作。采用排种器试验台在室内对排种器进行排种性能试验研究，可以不受田间复杂环境和时间季节的限制，通过人为地制造各种工况，对排种器的性能及主要技术参数进行深入、广泛的试验研究，探索排种器的内在规律，得出其排种性能的最佳工作参数，为快捷地设计新型的、符合实际需要的排种器和改进现有产品的性能创造良好条件，并提供可靠的依据。

机械窝眼式排种器结构简单、性能可靠，既适用于垄状点播作业，又适合于密植、宽幅、床式点播作业，是一种较为常用的结构形式;而可调窝眼式排种器的窝眼大小可调，能够适应播种不同类型、不同品种、不同大小的种子，损伤率低[2,3,4,5,6,7,8]。为了了解和掌握可调窝眼式排种器的排种性能，本文对其进行了性能试验测试，并对影响其排种性能的各因素进行单因素试验和正交试验分析，确定因素的主次及最优参数组合，为农业生产以及排种器的结构改进和性能优化提供参考依据。

1 排种器的工作原理

可调窝眼式排种器主要由排种器壳体、窝眼轮、清种毛刷轮、调节螺栓、护种毛刷、刮种片及传动链轮等部件组成，如图1所示。

工作过程为:充种室内的种子靠自重充填入旋转的窝眼轮窝眼内，当窝眼轮经过反向旋转的清种毛刷轮时，将多余的种子排除掉，使窝眼内只留下1粒种子，并随窝眼轮继续旋转进入护种区;至排种器下方卸种位置时，种子靠自身的重力或刮种器离开型孔，经导种管落入种沟内，从而实现单粒精密播种。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料与设备

试验所用的材料为内单4号玉米种子。测量100粒种子的长、宽、厚3个方向上的尺寸，取其平均值，得到该种子的三轴尺寸为:长10.2mm，宽9.8mm，厚5.6mm;含水率为14.0%;千粒质量为380g。试验所选用的排种器为可调窝眼式排种器。

本试验在JPS-12排种器性能检测试验台上进行。试验台主要由种床带装置、台架、排种器安装架、黏种油液压系统、摄像装置、刮油板、油种分离过滤装置和气力式排种器驱动风机装置等组成，如图2所示。试验台基于计算机视觉技术，可实现排种性能的实时检测，适用于各种机械式和气力式排种器的精播、穴播及条播性能的试验和检定。精播的统计和评价依据《GB/T6973-2005单粒(精密)播种机试验方法》[10]，提供精确的种子粒距(粒距测量平均误差±2mm)、合格指数、重播指数、漏播指数等检测指标，并输出符合国家标准要求的试验数据和图表;可存储播种录像，用于反复观察分析。

2.2 试验方法

排种器试验台是用输送带作种床，并模拟播种机的田间作业速度进行运动。排种器在试验时固定不动，输送带(种床)相对于排种器运动。试验时，排种器在固定位置把玉米种子排在喷有油层的种床输送带上，种子被油层黏住随带一起运动，机器视觉系统对种床带上的排种情况进行实时摄录和处理，从而测得种子粒距，并达到检测排种均匀性等各项指标的目的。试验数据统一由排种器试验台的识别系统采集并处理，同时人工对比以减少人为误差的影响。试验过程中，取排种盘和种床带运转平稳时的中间段作为统计样本，每一工况试验测量250个粒距，重复3次，取其平均值。对试验结果的统计和评价标准依据《GB/T 6973-2005单粒(精密)播种机试验方法》:若测得的粒距小于或等于0.5Xr(Xr为设定的理论粒距)为重播，在(0.5～1.5)Xr之间为合格，大于1.5Xr为漏播。

2.3 单因素试验

影响可调窝眼式排种器排种性能的因素很多，有种床带速度、排种盘转速、窝眼长度、投种高度、排种器倾斜角度等，本文主要研究对其影响比较显著的两个因素:排种盘转速和窝眼长度。通过对种床带速度做单因素试验的结果可以看出:随着种床带速度的改变，排种器的排种性能指标并未发生明显的变化。零速投种是指种子落入种床的瞬间相对地面速度接近于零。实现零速投种有两种方式:一是“二次投种”，即将排种器排种口排出的种子通过机械作用同播种机前进相反方向加速，使种子与地面间的水平分速度接近于零;另一种是“重力投种”，即靠种子受到的重力下降，途经曲形导种筒，使种子获得与机车前进速度大小相等、方向相反的水平分速度。针对精密排种器，根据排种盘孔数N、当前种床带速度v(m/s)和理论粒距x(mm)3者的关系，计算排种盘的转速r(r/min)为

已知v=1.5m/s,N=12，根据农业机械设计手册中对玉米点播的农业技术要求，株(粒)距为150～400mm。经计算得:r=18.8～50r/min。根据排种盘转速r(r/min)和直径l=130mm，得排种盘的线速度(km/h)公式为

国产精密播种机的工作速度一般为5～7km/h，为了使播种机尽量达到零速投种，以下试验中种床带速度均选择为5.4km/h。

2.3.1 排种盘转速对排种性能的影响

在种床带速度为5.4km/h、窝眼长度为9mm时，排种盘转速选取20,35,50,65,80r/min等5个水平进行单因素试验，每组试验重复3次，取平均值，分别分析排种盘转速的变化对排种器排种性能的影响。试验数据拟合曲线如图3所示。由曲线可拟合出排种性能指标的回归方程。

合格指数回归方程为

重播指数回归方程为

漏播指数回归方程为

式中x—排种盘转速(r/min);

y1—合格指数(%);

y2—重播指数(%);

y3—漏播指数(%);

R2—相关系数。

由拟合曲线可以看出:随着排种盘转速的增大，排种器播玉米时的单粒合格指数呈下降趋势，重播指数和漏播指数升高;排种盘转速在20～60 r/min时，排种性能指标较好。排种盘速度太慢时，种子有充分的时间充填入排种器窝眼内，而且清种毛刷轮会将多余的种子剔除掉，从而保证较高的单粒合格指数，但是工作效率太低，影响正常生产;排种盘转速太快时，种子无法顺利进入窝眼内，造成严重漏播现象。

2.3.2 窝眼长度对排种性能的影响

在种床带速度为5.4km/h、排种轮转速为40r/min，窝眼长度选取8,10,12,14,16mm等5个水平进行单因素试验，每组试验重复3次，取平均值。试验数据拟合曲线如图4所示。由曲线可拟合出排种性能指标的回归方程。

合格指数回归方程为

重播指数回归方程为

漏播指数回归方程为

式中x—窝眼长度(mm);

y1—合格指数(%);

y2—重播指数(%);

y3—漏播指数(%);

R2—相关系数。

由拟合曲线可以看出:随着窝眼长度的增大，排种器播玉米时的单粒合格指数先升高再降低，在中间某一位置时达到最大值(极大值);而重播指数和漏播指数呈现的趋势正好相反，即先降低后升高，在某一位置时达到最小值(极小值);窝眼长度在7～11mm时，排种性能指标较好。窝眼太小时，种子无法顺利充入窝眼，从而造成漏播现象比较严重;窝眼太大时，种子充填入窝眼的机会增多，可能出现两粒种子同时进入窝眼内，而此时清种毛刷轮无法将其剔除，从而增加了种子的重播数，使单粒合格数降低。

2.3.3 种子破碎率试验

试验时，种床带速度为0，在窝眼长度为9mm时，排种盘转速选取20,35,50,65,80r/min等5个水平进行试验，每组试验选取250粒种子为统计样本，每组试验重复3次检测所播种子的破损数目(两半粒算作一个)，取平均值，分析排种盘转速的变化对种子破损率(破损种子数目与种子总数目之比)的影响。试验表明，可调窝眼式排种器对种子的破损率影响并不明显，破损率均不足1%。试验所用排种器的清种装置采用的是毛刷轮，毛刷具有一定的柔韧性，大大降低了排种时与种子的机械冲击，从而减小对种子的损伤，提高了植株的出苗率。

2.4 正交实验设计

由单因素试验和试验数据处理分析可知:当排种盘转速为20～60r/min、窝眼长度为9～12mm时，试验指标较优。为了确定试验因素的主次顺序和参数的最优因素组合，正交试验时选取排种盘转速和窝眼长度设计两因素三水平的正交试验，正交试验的因素和水平如表1所示。考虑两者的交互左右，使用L9(34)正交表，试验方案结果和极差分析[10]如表2所示。

试验的目标是玉米单粒合格指数越高越好，漏播指数与重播指数越低越好。从表2可以看出，对于单粒合格指数，因素对实验指标影响的主次顺序为A,B,A×B，最优组合是A2B1;对于试验指标重播指数，因素影响的主次顺序为B,A×B,A，最优组合是B1A2;对于漏播指数，因素影响的主次顺序为A,B,A×B，最优组合为A2B3。根据以上分析并经综合平衡，最后得本试验的最优因素组合为A2B3。试验结果为:当排种盘转速为50r/min、窝眼长度为11mm时，试验结果最优(即玉米单粒合格指数为88%，漏播指数为4%)，符合农业技术单粒合格指数大于85%、漏播指数小于5%的要求。

为区分由各因素水平不同和试验误差引起的某因素各水平所对应的试验指标平均值间的差异究竟有多少，对以上正交试验结果进行了方差分析。方差计算结果如表3所示。

*代表显著和比较显著;**代表非常显著。

试验结果的方差分析表明:对于单粒合格指数，排种盘转速A的影响非常显著，窝眼长度B对试验指标的影响比较显著，因素的主次顺序为排种盘转速A、窝眼长度B，可见排种盘转速是影响玉米单粒合格指数的主要因素;对于重播指数，排种盘转速A的影响不显著，窝眼长度B对试验指标影响比较显著，可见窝眼长度是影响重播指数的主要因素;对于漏播指数，排种盘转速A对试验指标的影响比较显著，窝眼长度B的影响不显著，可见排种盘转速是影响漏播指数的主要因素。试验结果的方差分析所得因素的主次顺序与直观分析所得结论是一致的，说明极差分析是准确的。通过直观分析和方差分析得出，因素水平的最佳组合为A2B3，即排种盘转速为50r/min、窝眼长度为11mm时，试验指标最优。

3 结论

1)随着排种盘转速的增大，排种器播玉米时的单粒合格指数呈下降趋势，重播指数和漏播指数升高;排种盘转速为20～60 r/min时，排种性能指标较好。

2)随着窝眼长度的增大，排种器播玉米时的单粒合格指数先升高再降低，在中间某一位置时达到最大值(极大值);而重播指数和漏播指数呈现的趋势正好相反，窝眼长度在9～12mm时，排种性能指标较好。

3)通过正交试验极差与方差分析得出，排种盘转速是影响可调窝眼式排种器排种质量的主要因素，满足排种器最佳排种条件的最优组合为:排种盘转速50r/min，窝眼长度11mm。此时，玉米单粒合格指数达到88%，漏播指数为4%。

摘要：精密排种器是精密播种机的核心工作部件,其排种性能直接决定了精密播种机的作业质量。为了研究可调窝眼式排种器的机理及性能,确定最佳工作参数,对其进行了台架性能试验测试。同时,通过单因素试验和正交试验的极差与方差分析,得出排种盘转速是影响其排种性能的主要因素;当排种盘转速为50r/min、窝眼长度为11mm时,排种器的排种性能最优,合格指数为88%。

关键词：可调窝眼式排种器,玉米,正交试验,最优参数

参考文献

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精密排种器研究论文 篇3

小麦精密播种技术是一种先进的农作物种植方法,是播种机械化的发展方向。目前,大多数的小麦播种方式还是撒播和条播,单位产量较低,生产成本较高。要想增加小麦产量、降低粮食生产成本和增加农民收入,实行精密播种是最有效的途径之一[1]。气吸式精密播种技术与机械式精密播种器相比,它对种子尺寸形状要求不高,伤种率低,作业速度高,易达到精密播种的要求。因此,研究气吸式小麦精密排种器将大大改善小麦精播的性能和质量。本文以垂直圆盘气吸式排种器为研究对象,对其各部件进行优化设计及排种器性能试验研究。

1 排种器的结构分析及参数设计

气吸式排种器的结构如图1所示。吸种盘将排种器隔成两个空间,一侧是吸室,另一侧是种子室。当风机工作时,吸室内产生一定的真空度,造成吸种盘两侧存在压力差。在压力差作用下,吸种盘上的吸种孔形成气流通道产生吸力,种子室内种子被吸种孔的吸力吸住,并随吸种盘一起转动。当吸种盘转到清种器的部位时,清种器将多余的种子清掉;当种子随吸种孔旋转至投种点时,采用投种装置进行投种。

1.排种盘 2.种子室 3.吸室

1.1 排种盘的直径

吸种盘的直径大小要选择适当,如果直径过小,会使排种盘吸孔处速度过大或者孔的分布过密,影响吸种性能和作业效率;反之,排种吸室也增大,风机功率消耗也相应增加。一般排种盘的直径D在140～260mm[2]范围内。从播种速度精度、排种盘转速以及小麦播种株距等方面综合考虑,本试验设计的排种盘直径为D=227mm,而吸种孔中心处的圆盘直径为D1=200mm,孔数为36个。

1.2 吸种型孔

由于小麦种子属于不规则形状种子,如果种子在被吸附过程中不能完全堵住吸种孔,一个吸种孔可能吸1粒或2粒种子,所以型孔形状尺寸对吸排种性能的影响非常大。吸孔直径应根据所播作物种子尺寸大小决定,一般不大于种子宽度的0.75倍,可按照下式确定[2],即

d=(0.64～0.66)b (1)

式中 d—排种盘吸孔直径;

b—种子的平均宽度。

根据青丰一号小麦种子的尺寸,推导出排种盘吸孔直径d为1.8～2.8mm,吸种孔的大小直接影响播种的性能,因此在满足式(1)的前提下,需要通过试验进一步确定最佳的型孔直径。

1.3 吸室压力

通过对种子在吸孔气流作用下的受力分析,得出吸室能吸住种子的最小受力,从而得出吸室所需要的最小压力为

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根据吸孔处种子受力及运动过程的特点,计算出吸室所需真空度最大值Hcmax为

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式中 d—排种盘吸孔直径(cm),取d=0.22cm;

C—种子重心到排种盘的距离(cm),取C=0.25cm;

m一粒种子的质量(kg),m=4.2×10-5kg[1];

v—吸孔中心处的线速度(m/s),v=0.35m/s;

r—排种盘吸孔处的转动半径(m),r=0.1m;

λ—种子的摩擦阻力综合系数,λ=(6～10)tgθ,θ为种子自然休止角,λ=8×tg28°[1];

K1—吸种可靠性系数,通常取值为1.8～2,本文取K1=2;

K2—外界条件系数,取值范围为1.6～2,本文取K2=1.8;

由式(2)和式(3),根据所需要的数据,计算出吸室的真空度范围为:0.773≤ Hc ≤ 5.24 kPa。

2 试验设计

均匀设计法试验数据的回归分析主要目的有两方面:一是揭示因变量(Y)与各因素之间的定性关系;二是寻求最优的试验条件。本试验采用均匀试验设计对影响排种器性能的因素进行试验研究。对试验的数据进行回归分析,通过回归模型的建立,找出排种器的性能指标和各主要因素之间的关系,并对各因素进行显著性检验,确定影响排种器性能的主次因素,最后实现因素水平的寻优。根据初步试验研究,确定了影响排种器的主要因素有3个,即吸孔直径、排种盘转速和风机压力。选取了孔径、转速和压力这3个主要因素进行试验,每个因素都有6个水平,因素水平表如表1所示。

由于因变量常常有交互作用,一次型线性回归模型不足以反映实际情况,所以选用二次型回归模型 。

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回归方程中的项数为m(m+3)/2。若使回归系数的估计成为可能,一般应选择n较大的均匀设计表,使得误差有足够的自由度。通常n选为因素数的3倍左右为宜。因此,本设计在选择均匀设计表示时,选择U*12(1210)及其使用表来安排试验[4],其试验方案及试验结果如表2所示。表2中数据为同一条件下进行5次重复试验得到的平均值。

3 结果与分析

采用自后淘汰变量法(backward selection)进行回归分析和变量筛选,Sig.F>0.10的变量被淘汰,最后得到指标与相关组成的回归方程[5]。

3.1 粒距合格率回归模型

3.1.1 回归方程的建立与分析

y=161.336+33.357x1-59.36x2-19.783x12-3.556x32+17.849x1x2+5.504x2x3

式中 x1—孔径;

x2—转速的自然对数;

x3—真空度。

选择F值大的合格率回归模型,回归模型显著性检验结果如表3所示。由表3可知:回归方程的F=47.082>F0.1(6,5)=3.4,回归方程高度显著。

3.1.2 回归方程的优化处理

用求条件极值的强约束优化法对回归方程进行优化,用Matlab语言编程,最小二乘法寻优[6,7]。试验找到的最优解为:x1=2.3,x2=3.22,x3=2.49。也就是在孔径为2.3mm、转速为25r/min和压力为2.49kPa的情况下,合格率达到了最大值。

对得到的最优解组合进行试验研究,得出其合格率平均值达到97%以上。试验证明,该组合优于表中的其他组合,并且满足小麦精密播种的要求,大大提高了小麦精密播种的精度。

3.2 各因素对排种器合格率的影响分析

从回归模型可以看出,孔径、转速、孔径的平方、真空度的平方、孔径与转速的交互以及转速与真空度的交互项对粒距合格指数影响较大。回归方程中,各因素项对指标影响的大小可以从回归模型系数项的F值看出。孔径平方的F=46.526对合格指数影响最大,其次为转速F=36.096、孔径与转速的交互项F=23.126、转速与压力的交互项F=9.462、压力平方F=6.406,最后为孔径F=2.298。

4 结论

1) 以垂直圆盘气吸式排种器为研究对象,针对小麦种子的特性,实现了小麦气吸式精密排种器的设计研究,并采用均匀试验设计方法对影响排种器性能的3个因素进行试验。

2) 通过选用的设计表和使用表来安排试验,采用自后淘汰变量法进行回归分析,建立合格率的回归模型。通过对模型的分析及优化处理得到模型最优值,最后对最优值组合进行试验验证。

3) 试验证明:该组合优于表中的其他组合,并且满足小麦精密播种的要求合格率达到97%以上。

4) 通过气吸式小麦精密排种器的设计研究,实现了小麦的精密播种,使小麦精密播种机结构更加简单,并且大大提高了小麦精密播种的精度。

参考文献

[1]余松烈.中国小麦栽培理论与实践[M].上海:上海科学技术出版社,2006.

[2]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京:中国农业科学技术出版社,2007:355-363.

[3]袁月明.气吸式水稻芽种直播排种器的理论及试验研究[D].长春:吉林大学,2005.

[4]方开泰.均匀设计及其应用(Ⅲ)[J].数理统计与管理,1994,13(3):52-55.

[5]曾昭钧.均匀设计及其应用[M].北京:中国医药科技出版社,2005:43-49.

[6]飞思科技产品研发中心.MATLAB辅助优化计算与设计[M].北京:电子工业出版社,2003:109-113.

带有补偿装置的精密排种器 篇4

关键词：精密排种器,补偿装置,漏播补偿,TA89C51

0 引言

在播种机的设计和试验过程中, 对排种器性能进行充分的试验和检测是保证播种机质量的重要一环。单粒精密播种技术是今后播种技术的一个重要的发展方向, 其不仅可以节约种子、节省工时, 有利于田间管理, 而且能使种植作物时所需的资源 (如种、肥和水等) 得到充分的利用, 从而能大大提高作物的产量。现有的精密播种机性能还不能完全满足农艺上的需要, 要不断地研制新型的精密播种机。

由于目前生产中应用的各类机械式排种器都存在不同程度的漏排问题, 不能满足精密播种的要求, 所以解决机械式精密排种器的漏排问题是技术难点。本设计方案是在某种机械式排种器上增加具有补偿功能的副排种器, 结合机电一体化的测控装置, 当主排种器出现漏排种现象时, 由测控系统的传感器测出, 并向单片机发送信号, 再由单片机发送执行信号来驱动副排种器工作, 自动补种, 由此解决漏排问题。

1 国内外监控系统的研究现状

早在20世纪80年代初, 西方国家就已开始将电子技术用于农业机械的转速测量、联合收获机的损失监测与速度控制、喷灌流速的测量与高度控制、播种与镇压的电子监视播深控制等方面, 并不断致力于降低产品成本、改进工作性能及改善对农业环境影响的研究。在国外, 电子仪器式监控系统是目前精密播种机上使用较多的监控系统, 具有代表性的美国cyclo-500型播种机上配置的电子监控系统是由传感器、光电转换线路、报警控制和信号显示装置构成。

国内从80年代后期也开始了微机检测系统的研究。黑龙江矿业学院针对气吸式精密播种机漏种问题, 研究了以MCS -51单片机为核心的智能化高精度漏种检测仪, 对播种的全过程进行实时检测, 并同步反馈漏种信息给操作手[1]。直到2005年, 山西农业大学的董亚峰研究了一种基于机器视觉检测的模式识别方法并进行了试验验证。以种子自身的截面积为参数, 消除了从图像上看因种子重叠而造成的漏计[2]。从以上的研究成果可看出, 现代的检测方法已经达到一定水平, 精密播种检测系统可实现精播机田间播种检测自动化和智能化, 大大提高了精密播种机的播种质量。2002年, 中国农业大学的金衡模进行了精密播种机自动监测及漏播补偿装置设计[3], 对漏播及时报警, 并能开启自动补偿系统。该装置能够进一步提高播种质量, 减少劳动强度, 提高劳动生产率, 解决了由于堵塞而带来的长期漏种现象。

2 新型精密排种器的结构及工作原理

本文设计的新型精密排种器是在原内充种式排种器的结构上改制而成的。内充式垂直圆盘式排种器具有良好的充种性能, 清种定量准确, 对种子损伤小[3]等特点, 因此主排种器选用了内充种式排种器, 在此基础上增加一排副排种结构及测控装置, 其结构与工作原理如图1所示。

新型精密排种器主要由排种盘、壳体、护种板、电磁铁及传感器等组成。在排种器的出种口位置安装电磁铁和护种挡板。排种器的排种盘上带有两排窝眼, 靠近排种器转轴的一排为主排种窝眼, 另一排为副排种窝眼。当排种轮正常排种时, 种子就从主排种窝眼排出, 副排种窝眼里的种子被电磁铁上的挡板挡住而不能排种, 以实现单粒精播。如果排种器窝眼出现漏充种, 则传感器检测到缺种信号, 这时经过控制系统驱动电磁铁打开副排种窝眼进行补种, 实现漏播补偿。补偿系统工序流程如图2所示。

内充种式排种器的型孔位于排种盘的内侧, 进行播种时, 随着排种盘的转动, 在重力和离心力的作用下, 种子在排种盘的侧壁与排种器壳体构成的充种室内进入长圆孔的窝眼中 (其有效窝眼内只能盛放定量种子) , 窝眼中多余的种子在落种区靠重力自由落下, 返回充种室继续使用。进入窝眼内的定量种子被稳定可靠地被送到护种区, 沿护种板转到投种区, 并在重力和离心力的作用下排出。

排种器出现漏排种是由于排种盘上的窝眼在充种区没有充上种子造成, 如果转过充种区, 则该窝眼不能再充种, 因此在充种区结束位置就能判断出窝眼是否有种。如果能在出种口之前及时地检测出缺种, 这样从检测到漏播到投种口出种有一段延时时间, 补种装置可以在这段时间内可以进行准备补种。该时间越长, 越有利于补种的进行。本设计中传感器开在落种区, 能提前检测到窝眼是否缺种, 从检测位置到出种口有较长的延时时间提供给补种装置进行补种。如果传感器设在出种口位置进行检测, 即使检测到漏播信号, 也不能及时补种, 即使补种也会错过缺种位置, 造成粒距不均匀和重播。

3 自动补偿装置的设计

本补偿系统由光电传感器、电磁铁、排种器和输种管等组成。在排种盘的每一个窝眼底部贴上反射涂层, 并且在排种器的种子进入落种区位置的外壳上开直径约10mm的通孔, 构成一个观察孔, 然后调节光电传感器使其光轴通过观察孔对准反射涂层, 这时光电传感器恰好能接收到自己发出经反射涂层反射回来的红外光线。

由于排种器上的传感器位置处于落种区位置, 因此不能再进行充种。如果排种盘某一转中传感器位置处的窝眼上没有种子, 那么在该转内窝眼上由此往后都将不会有种子。此时反射涂层把红外线反射给传感器, 传感器接收到红外线信号, 输出高电平。该信号送至处理器, 处理器便会判断出该窝眼上没有种子。当窝眼上有种子时, 由于反射涂层面积略小于种子, 种子盖住了反射涂层, 于是光电传感器接收不到自己发出的红外线, 传感器输出的是低电平, 同样送给处理器, 处理器便判断出该窝眼上有种子。

在整个播种过程中, 仅仅判断出窝眼上没有种子是不够的, 还需要补偿该窝眼上缺少的种子, 所以应外加补偿装置。本补偿装置是在排种器的出种口安装电磁铁和护种挡板。由于要进行单粒补种, 当排种轮正常转动时, 种子有主排种窝眼排出, 电磁铁没有动作, 护种挡板恰好挡住排种轮的副排种窝眼。如果主排种窝眼缺种, 则传感器检测到自己发出的红外线, 输出高电平到单片机, 单片机发出低电平, 经非门后给电磁铁, 此时电磁铁执行吸拉动作打开另一排窝眼进行补种。本补偿系统的主副排种器合二为一, 利用电磁铁来控制补种, 结构简单, 动作可靠, 可以节省大量的材料和空间。

4 补偿驱动的设计

本补偿系统中, 采用直流电磁铁来进行补种。由于步进电机造价较高, 控制结构复杂, 另需电源, 所以没有采用步进电机。电磁铁体积小, 结构简单, 电源可用拖拉机的电瓶电源, 无需另配电源。本系统采用的MQ402电磁铁。

一般的微型直流电磁铁的工作电流都在几百毫安以上, 甚至几安培。电磁铁的工作电流越大, 则拉力越大, 工作位置也越可靠, 而一般的控制系统主板上的电源不能满足大电流要求, 故只能靠拖拉机的电瓶电源来提供大电流。补偿系统要求电磁铁按特定的时间段内开启和闭合, 因此必须由单片机来发送信号来驱动电磁铁, 这就要求添加电流放大电路或者继电器。考虑到添加电流放大电路比较复杂, 更进一步增添了系统的不稳定因素, 因此选用简单的小功率继电器来控制电磁铁的开闭。

本系统选用SRD系列中的SRD-12VDC型号小功率继电器, 其吸合时间短, 最大为8ms, 释放时间最大为5ms, 认证负载为7A, 28VDC, 最大切换电流达15A。该型号继电器体积小, 寿命长, 在180次/min的频率下, 额定使用次数为1×107, 其额定功率仅为0.36W。由于该继电器的线圈额定电流仅为30mA, 所以单片机输出信号经三极管放大后即可驱动。

5 补偿系统工作流程

在播种作业过程中, 排种器上的红外线光电传感器始终检测排种轮的窝眼是否缺种。如果缺种, 则发送高电平送至单片机, 单片机根据设定的作业速度, 进行适当延时, 这段时间等于缺种的窝眼转到出种口的所需时间;当缺种窝眼转到出种口时, 单片机发送高电平信号送至电磁铁驱动电路, 打开继电器, 电磁铁吸和拉开, 这时排种轮的第2排窝眼便打开, 落下种子。单片机在发送高电平后再进行延时, 取消高电平, 这段的延时时间等于一个窝眼的长度转过出种口的时间, 能保证补种时单粒种子落下。由于传感器检测位置开在排种器上, 这样可以提前检测排种轮的窝眼里是否有种子, 从而有充分的时间来准备补种。在开沟器上部附近的排种管上装有另一组光电传感器, 它可以检测种子的流动情况, 判断开沟器是否出现堵塞, 并记录了播种过程的种子数量, 工作流程如图2所示。当排种正常时, 传感器检测到的是有规律且均匀的信号;如果输种管上的传感器长时间没有脉冲信号, 且第1组排种轮上的传感器没有检测到缺种, 则说明排种器堵塞;如果排种器上的传感器检测到各窝眼上始终没有种子, 则是排种箱内缺种。当开沟器堵塞时, 种子向上积累遮住传感器, 会出现持续和不间断性电平, 此时传感器向中央处理器发送开沟器堵塞的信号。

6 结语

通过设计带有补偿装置的精密排种器, 大大提高了机械式精播机的精播质量和作业效率。

参考文献

[1]宋虎, 杨庆江.气吸式精密播种机漏种智能监测仪的研究[J].现代化农业, 1999 (6) :31-32.

[2]董亚峰.精密排种器视觉检测的排种模式及识别[D].太原:山西农业大学, 2005.

气压组合勺式玉米精密排种器 篇5

世界玉米播种面积达20亿hm2,玉米总产量达6 000亿kg。我国玉 米产量占 全世界玉 米产量的22. 4% 以上,居世界第二位。玉米是中国人民最重要的口粮之一,同时也是非常重要的商品粮和贸易粮。中国玉米的产量关系到我国粮食安全和国际玉米价格,玉米在我国粮食生产安全上的地位越来越重要,所以提高玉米产量意义重大。而要想提高玉米的产量,必须要重视农机与农艺的结合。玉米机械化精密播种技术就是农艺与农机现代科学技术的有机结合。

玉米精密机械化播种技术是改传统条播为穴播或点播的一项先进的综合性技术,其基本含义是用精密播种机将一定数量的种子,按照农艺要求的行距、穴距和深度精确地播入土壤的技术。常用的玉米精播技术有3种:

1) 全株距精密播种。其特点是可以做到单粒点播、出苗整齐、一致性好、无需间苗,适于土壤条件好、种子纯度高、发芽率高及病虫害防治措施有保证的玉米地块。

2) 半株距或缩距精密播种。其特点是保苗率高、耗用间苗工少、苗势齐整,虽多用一些种子,但可使农民打消怕苗不全的担心。

3) 半精密播种。其特点是可让绝大部分的穴里有种苗1株以上,因而存在小苗争肥争水现象,在间苗时费工且易伤害留下的种苗。

玉米精密播种机械化不仅可以省工、省种,而且可以保证株距与播深的一致,达到苗壮、苗齐,从而增加作物的产量的目的。玉米精密播种机械化是玉米播种技术的发展方向; 而精密排种器是播种机的核心部件,其排种性能的好坏是玉米播种技术的关键所在[1]。

玉米精密排种器按照其工作原理可以分为机械式和气力式。机械式排种器主要有圆盘式、勺轮式及窝眼式等。机械式的特点是结构简单、成本低等,但工作中存在种子破损率高、重播漏播率高等问题[2]。气力式排种器按照排种原理可分为气吸式、气吹式和气压式。气吸式的特点是对种子的形状适应性较差,在对扁形种子播种时重播、漏播率较高。气吹式排种器单粒留种性能高,对种子形状适应性较强; 但在高速作业的情况下易造成充种效果差[3]。气压式排种器单粒留种效果好,工作可靠,均匀性好。

本文根据上述不同类型排种器的特点将机械勺轮式和气压式结合,设计出了一种新型气压组合勺式玉米精密排种器。

1 结构与工作原理

1. 1 排种器的整体结构

气压组合勺式玉米精密排种器主要由上壳体、隔离毛刷、护种刷、出种口、清种毛刷、进种口、进气口及排种盘等部件组成,结构如图1所示。

1. 出种口 2. 护种刷 3. 隔离毛刷 4. 上壳体 5. 清种毛刷 6. 进气口 7. 进种口 8. 排种盘卡座 9. 排种盘 10. 勺式型孔11. 排种盘固定座 12. 下壳体

1. 2 排种器的工作原理

气压组合勺式玉米精密排种器的工作区域分成4个区域,分别为充种区、清种区、护种区和投种区。排种器的工作原理如图2所示。

排种器在工作时,排种盘与壳体周向贴合,使得由进气口进入腔室的气只能由勺式槽底端的小孔排出。这样可在隔离毛刷分成的左腔室内形成正压,种子进入充种区域I中在自重、离心力和气压的作用下充入下方的勺型槽中,大角度的充种区也使充种效果更好。

勺型槽内的玉米种子随排种盘的转动进入到清种区Ⅱ。此时,勺型槽随着转动开始倾斜,种子在自重的作用下会向下滑落回到充种区I中,而占据底端出气小孔大部分面积的1粒种子会在压力的作用下压附在勺槽内; 如果有两粒种子压附在勺槽内会在经过清种毛刷时受到外力的干扰打破这种平衡,而占据更多优势的那粒种子会趁机完全占据出气口,另外1粒种子因为缺少压附力落下。随着排种盘的转动重力清种的作用越来越大,自重大于压附力的种子都会落下,使种子在进入护种区Ⅲ前达到很高的单粒率。

种子经过清种区Ⅱ后进入护种区Ⅲ。护种区Ⅲ和投种区Ⅳ是被隔离毛刷分离开的区域,隔离毛刷和排种盘紧密贴合,使护种区Ⅲ和投种区Ⅳ没有压力,所以需要护种毛刷护送种子到投种区Ⅳ。护种毛刷与排种盘留有1 ~ 2mm的间隙,以保证种子顺利进入护种区Ⅲ。

在投种区Ⅳ中,壳体上该区域是被切空的,排种盘上的勺型槽在该区域成为开放的弧面,种子在经过护种区Ⅲ后从开放的弧面中脱落完成投种。

2 关键部件设计

2. 1 孔型的设计

为了使排种盘具有良好的充种性、清种性和排种性,孔型设计为底部有小孔的勺型,如图3所示。

其它主要结构参数有勺型孔深度h,勺型孔底边直径D及型孔长度L。为了确定这些参数,选取1 000粒玉米种子测量其长、宽、高尺寸得到了玉米种子的三围尺寸数据,如表1所示。

型孔设计时勺型孔深度h应该保证最大长度的玉米种子立于底端出气孔时种子能都完全进入到型孔中,勺型孔底端直径D也要保证最大长度的玉米种子可以完全进入型孔内,而型孔的长度L要保证两粒种子都以最大长度的面排列进入型孔。所以由表1最终确定h为10mm,D为12mm,L为20mm。

2. 2 排种盘直径和结构

排种盘直径是排种器的主要参数之一,在结构允许范围内采用直径较大的排种盘可以增加充种的行程及充种的时间,提高充种系数[4]。通过考察对比和分析计算,把排种盘直径设计为270mm,充种槽数根据对播种粒距要求和作业速度而定,取充种槽数为40个。

mm

3 试验

3. 1 试验材料与设备

试验种子为北京市农林科学院研究中心研制的京单28,穗轴红色,籽粒黄色,半马齿型,千粒质量360g。所选用试验台适用于各种机械式和气力式排种器的精播( GB /T 6973 - - 2005单粒( 精密) 播种机试验方法) ,对于精密排种器,可提供精确的种子粒距( 粒距测量平均误差±2mm) 、合格指数、重播指数及漏播指数等检测指标。

3. 2 试验方法

本试验为气压单因素的试验,目的是为了找出气压的工作范围以及气压对合格率A =n/N×100% 、重播率M =n'/N×100% 、漏播率D =n″/N×100% 的影响。其中,n为单粒排种数,n' 为2粒以上的排种数,n″为漏播排种数,N为理论排种数[5]。

台架试验设定 理论的株 距230mm,排种器在10km / h前进速度下工作,在这个参数下改变风机压力进行试验,压力范围选择在0. 4 ~ 1. 5k Pa,每个压力进行试验3次,每次检测200粒种子,取平均值作为试验结果。

3. 3 试验结果与分析

试验结果如表2所示。

%

由表2可知: 气压过小时难以使种子附着在型孔内,造成严重的漏播,排种器无法正常工作; 随着气压的升高,合格率也随着升高,漏播率逐渐减小。在气压达到0. 8k Pa时合格率达到最高,播种效果达到最佳;随着气压继续升高合格率下降,重播、漏播率增高。因此,播种机在田间工作时,拖拉机动力输出必须提前达到额定转速,使风机处于额定工作压力下才能前进,否则会造成严重的地头漏播[6]。

4 结论

1) 气压组合勺式排种器的勺式型孔能够达到很好的充种效果,尺寸的设计也能够使种子完全进入,并且对种子尺寸、外形要求不高,适应性强。

2) 本排种盘利用自重和气压具有很好的单粒留种性,工作时所需的压力大大小于其他气力式排种器,降低了能源成本的消耗。

3) 通过气压对比试验表明: 气压在达到0. 8k Pa时,合格率达到98% ,漏播率为0% ,性能达到最好。

4) 此排种器结构简单,操作方便,可用于精密播种玉米种子,能够保持较高的工作质量及高速作业,具有良好的稳定性。

摘要：结合勺式型孔排种器的特点和气吹式排种器单粒留种的原理,设计出一种气压组合勺式玉米精密排种器,并阐述了其基本结构以及工作原理,确定出关键部件的结构参数。根据重播率、漏播率等性能指标在不同的气压下进行了台架试验,试验结果表明:该排种器最佳工作压力低,单粒率高,工作性能稳定,能够适应高速作业的要求。

精密排种器研究论文 篇6

中国蔬菜生产持续稳定发展, 种植面积由2007年的0.17亿hm2增加到2013年的0.21亿hm2, 产量由2007年的5.47亿t增加到2013年的7.06亿t[1]。其中, 叶菜类种植约占蔬菜生产总量的1/3[2]。华南农业大学研制的气力滚筒式蔬菜穴盘播种机[3,4,5]已应用于蔬菜穴盘育苗的生产, 取得了良好的效果。但穴盘育苗后, 还需要进行移栽, 劳动力需求大且劳动力成本高, 而叶菜田间直播生产可降低生产成本。气力式精密排种器具有适应性强的特点, 通用性好、不伤种子, 对种子外形尺寸要求不严, 可以大大提高播种速度, 应用日益广泛[6]。本文根据气力滚筒式蔬菜播种的端面换气技术原理, 设计出适合大田小粒圆形种子的精密排种器并进行了排种器试验台架性能试验。

1 气力滚筒式排种器工作原理

排种器主要包括固定配气盘、排种盘、清种装置、种箱、导种管、碟形弹簧、轴及轴固定架等, 结构如图1所示。

1.固定配气盘2.种箱3.轴固定架4.蝶形弹簧5.键6.轴7.排种盘8.导种管9.清种装置10.正压气室快速接头11.负压气室快速接头

如图2所示, 固定配气盘上设一负压气室和一正压气室, 分别与负压气源和正压气源相连, 在作业过程中为排种盘提供正负压转换。如图3所示, 排种盘上设有若干组通气槽和吸种孔, 通气槽与吸种孔相连。排种盘在碟形弹簧弹簧力的作用下与固定配气盘紧密贴在一起。清种装置由清种喷嘴、固定架和气管组成, 气管与正压气源相连。动力经转轴传递到排种盘上, 带动排种盘转动。当吸种孔经过种箱时, 通气槽与负压气室相连, 1粒或多粒种子在吸种孔气压差的作用下被吸附在吸种孔上, 并随吸种孔一起转动;当种子转到与清种喷嘴相切的位置时, 在清种装置的作用下, 吸附力小的种子被吹回种箱, 没有被清除的种子继续随排种盘转动。当通气槽转到水平排种位置时, 通气槽与正压气室相连, 实现正负压切换, 负压消失, 种子在自重和正压的作用下脱离排种盘, 经导种管落入到土壤中。设计出的排种器可根据农艺要求通过联轴器连接安装若干个播种单体, 实现多行同时播种, 行距最小为135mm。

1.负压气室2.正压气室

1.通气槽2.吸种孔

2 吸排种试验

2.1 试验材料

试验采用大种80天的油青菜心, 该种子纯度≥95%, 净度≥98%, 含水率≤7%, 平均粒径1.2~1.8mm, 千粒质量2.0g。

2.2 试验设备和方法

试验设备包括:海尔ZW1200真空吸尘器, CZQ型单向风机, 标智差压计GM511, 广州迪川仪器MF5706-N-25气体质量流量计。

为了模拟大田直播, 搭建试验台架, 试验装置如图4所示。排种装置在实际作业转速下运转, 用传送带带动粘有粘胶带的穴盘在排种器下方移动, 以模拟播种机与地面的相对移动。吸种负压由吸尘器提供, 排种正压和吹种正压由单向风机提供, 压力大小通过节流阀调节, 压差计和流量计分别测量吸种负压真空度、排种正压和清种流量。排种器和输送带动力由步进电机提供, 排种器转速及传送带速度由控制系统中PLC调节, 并保证两者速度相匹配。利用SPSS16.0与Excel软件进行试验数据的分析。

1.真空吸尘器2.试验台机架3.压差表4.排种器5.流量计6.传送带7.U型压力计8.风机9.控制系统10.步进电机

2.3 试验设计

试验设计参考GB/T6973-2005《单粒 (精密) 播种机试验方法》[7], 确定试验指标为合格系数、重播指数、漏播指数和变异系数[8,9]。试验指标通过随机放置粘有粘带的穴盘进行抽样统计得出。按照菜心种植的农艺要求, 早熟、中熟和晚熟品种的行距株距略有差异, 在10~20cm之间[10], 本试验选择株距12cm进行设计。根据前期试验, 确定了试验因素为:吸种负压、吹种流量、排种正压和播种机作业速度4个因素。排种器转速和输送带速度根据播种机作业速度而定。试验分为单因素试验和正交试验进行, 研究各试验因素对排种器性能指标的影响规律。

3 试验结果与分析

3.1 单因素试验

3.1.1 吸种负压

根据前期试验, 选择播种机作业速度为1km/h, 清种流量为8L/min, 排种正压为0.1k Pa, 选择吸种负压分别为-2、-4、-6、-8k Pa 4个水平, 进行试验, 得出吸种负压对试验指标的影响如图5所示。

由图5可知:随着吸种负压的增加, 合格指数先上升后下降, 漏播指数降低, 重播指数上升, 变异系数基本不变;吸种负压为-2k Pa时, 吸附力不足, 种子漏播严重, 重播指数为0, 合格指数低;随着吸种负压增大, 对种子的吸附力增加, 吸附能力增强, 漏播指数迅速降低, 合格指数迅速增加, 吸种负压为-4k Pa时, 合格指数达到峰值;吸种负压继续增加, 漏播指数继续降低, 重播指数也随之增加, 增速大于漏播指数降低的速度, 合格指数降低;在吸种负压增加过程中, 变异系数保持平稳。方差分析表明:吸种负压对合格指数、漏播指数影响极显著, 对重播指数影响显著, 对变异系数影响不显著。

3.1.2 清种流量

设定播种机作业速度为1km/h, 吸种负压为-4k Pa, 排种正压为0.1k Pa, 清种流量分别为2、4、6、8、10L/min4个水平, 进行试验, 得出清种流量对试验指标的影响如图6所示。

由图6可知:随着清种流量的增大, 重播指数呈下降趋势, 漏播指数上升, 合格指数先上升后下降;清种流量为2L/min时, 吹力不足, 未能将多余的种子吹回种箱, 重播指数较高, 合格指数较低;吸种孔吸附的多粒种子由于所受吸力各异, 部分种子吸附不稳定, 引起提前排种, 导致变异系数较大;随着流量增大, 吹力增大, 重播指数下降, 变异系数也随之降低, 当流量为8L/min时, 合格指数最高;清种流量继续增大, 吹力过大, 部分种子被吹落, 漏播系数增大, 合格指数降低。方差分析表明, 清种流量对合格指数、重播指数影响极显著, 对漏播指数和变异系数影响显著。

3.1.3 作业速度

设定吸种负压为-4k Pa, 排种正压为0.1k Pa, 清种流量为8L/min, 播种机作业速度分别为1、1.25、1.5、2、2.25、2.5、2.75、3km/h 9个水平, 进行试验, 得出播种机作业速度对试验指标的影响如图7所示。

由图7可知:随着播种机作业速度增加, 即排种盘转速增加, 合格指数下降, 漏播指数上升, 变异系数呈上升趋势;播种作业速度不高于2km/h时, 重播系数为零, 高于2km/h时, 重播系数呈上升趋势;作业速度低时, 种子与气流场接触时间充分, 吸种能力强, 漏播指数小;随着播种作业速度的增加, 吸种孔与种箱中种子接触时间变短, 气流场稳定性降低, 吸种不充分, 漏播指数急剧增加, 合格指数下降。方差分析表明:播种机作业速度对合格指数、漏播指数和重播指数影响极显著, 对变异系数影响显著。

3.1.4 排种正压

设定播种机作业速度为1km/h, 吸种负压为-4k Pa, 清种流量分别为8L/min, 排种正压分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4k Pa 5个水平, 进行试验, 得出排种正压对试验指标的影响如图8所示。

由图8可知:排种正压由0k Pa增加到0.4k Pa的过程中, 合格指数、漏播指数和重播指数基本保持稳定, 变异系数先下降后上升;排种正压对吸种过程影响不大, 因此合格指数、漏播指数和重播指数基本稳定;当排种正压为0k Pa时, 排种吹力为0, 排种孔残余负压会影响到排种的精确度, 导致出现延迟排种;随着排种正压的增大, 排种吹力增大, 变异系数下降;当排种正压增加到0.3k Pa以上时, 排种吹力过大, 由于种子形状大小各异, 种子平抛运动的水平速度不一致, 与导种管碰撞次数不同, 导致变异系数上升。方差分析表明, 排种正压对合格指数、漏播指数和重播指数影响不显著, 对变异系数影响极显著。

3.2 正交试验

依据以上分析, 选择对试验指标有显著影响的吸种负压、排种正压、清种流量和作业速度4个因素作正交试验。选择L16 (45) 正交表来安排正交试验。其中, 第5列为空列, 因素水平如表1所示。对结果进行极差分析, 结果如图9~图12所示。

合格指数试验指标结果如图9所示。根据生产要求, 需要提高合格系数, 可得A4B2C3D1为最佳组合。

漏播指数试验指标结果如图10所示。根据生产要求, 需要降低漏播指数, 可得A4B3C2D1为最佳组合。

重播指数试验指标结果如图11所示。根据生产要求, 需要降低重播指数, 可得A1B4C3D1为最佳组合。

结果如图12所示。根据生产要求, 需要降低变异系数, 可得A4B2C3D1为最佳组合。

通过综合平衡法考虑合格指数、漏播指数、重播指数和变异系数4个指标的最佳组合, 最佳组合为A4B2C3D1, 即吸种负压为-7k Pa, 清种流量为8L/min, 排种正压为0.15k Pa, 播种机作业速度为1km/h。

4 结论

单因素试验结果显示, 在台架试验中, 合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数等指标受吸种负压、清种流量、排种正压和播种机作业速度的影响。正交试验结果显示, 排种器的最佳性能条件为:吸种负压为-7k Pa, 清种流量为8L/min, 排种正压为0.15k Pa, 播种机作业速度为1km/h;此时气力滚筒式精密排种器排种合格指数达到99.52%, 重播指数为0.24%, 漏播指数为0.24%, 变异系数为2.44%。设计出的排种器可根据农艺要求通过联轴器连接安装若干个播种单体, 实现多行同时播种。

摘要：为解决目前蔬菜田间有序直播生产过程劳动强度大的问题, 以排种器的合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数作为评价指标, 设计出一种气力滚筒式精密排种器。排种器结构采用固定配气盘与排种盘配合的侧面换气方法实行负压吸种和正压排种, 每个排种器排种1行, 排种位置为水平方向。为探讨精量排种器性能参数的最佳匹配, 对吸种负压、排种正压、吹种流量和作业速度在实验室台架进行了单因素和正交试验。试验结果表明:当蔬菜种子直径为1.2~1.8mm时, 最佳播种参数为吸种真空度为-7k Pa, 清种流量为8L/min, 排种气压为0.15k Pa, 作业速度为1km/h;此时, 合格指数为99.52%, 漏播指数0.24%, 重播指数为0.24%, 变异系数为2.4 4%。设计出的排种器可根据农艺要求通过联轴器连接安装若干个播种单体, 实现多行同时播种, 行距最小为135mm。

关键词：排种器,气力,蔬菜,播种

参考文献

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精密排种器研究论文 篇7

近年来,精密播种已经成为现代化农业技术发展的重要方向之一,精密排种器则是实现精密播种的核心部件。排种精度及均匀性是衡量排种器工作性能的重要指标,提高排种精度及均匀性可以抑制杂草、 减少种内竞争、增加产量。玉米种子的结构尺寸较小,对播种机的排种器精度要求较高,其关键因素在于倾斜角度的设计。据此,通过力学分析和种子结构尺寸结合,对倾斜角度进行优化设计。为了准确地提取玉米图像种子的信号,利用EEMD中对信号加白噪声和EMD中的筛选思想来进行,降低了玉米种子图像采集和筛选的误差。最后,对装置进行了测试,得到了比较理想的播种效果。

1玉米精密排种器总体设计

当播种机的速度和播种的粒距确定后,排种器圆盘上的孔数和转速成一定的比例,孔数越少,要求圆盘的转速越高,因此孔数的多少是排种器设计的关键因素之一。除了孔数的设计之外,另外一个比较重要的设计关键是倾斜角度的设计,倾斜角度会影响清种和排种的质量,只有优化好倾斜角度,才能提高玉米精密排种器的播种精度。圆盘式玉米排种器的结构如图1所示; 总体设计框图如图2所示。

排种器的结构设计主要包括孔数设计和倾斜角度设计。其主要过程分为3部分: 首先是排种器结构的力学分析,通过力学分析得到理论的倾斜角度; 然后利用白噪声方法对玉米种子图像信号进行处理,将得到的数据和理论计算数值对比,优化圆盘倾斜角度; 最后对排种器结构性能参数进行测试,得到排种器优化效果,完成排种器的优化设计。

2精密玉米排种器结构设计和优化

2. 1排种器结构受力分析

本文以玉米播种机圆盘式播种器为例,对播种器的结构进行优化设计。圆盘式精密排种器主要包括动盘、定盘、推刮种器、主轴、锥齿轮、底座和输种管等,结构如图3所示。

玉米排种器在排种的过程中型孔会发生堵塞,为了防止这种情况的发生,在投种器上需要增设护种器。在投种的过程中,为了使种子能够顺利的脱离投种器,降低种子的损失,将投种器的形状优化成半圆形,其结构如图4所示。

为了使排种器便于清种,在设计的过程中,将排种器和水平面呈现一定的角度。但是,倾斜角度不能过大,过大会造成种子的堆积和伤种; 倾角过小会造成清种效果不好。因此,首先要对种子的受力进行分析,种子在投种器中的受力如图5所示。

考虑到种子充入型孔的极限情况,根据力学平衡原理,可以得到

其中,N表示种子获得的支持力; ω 表示排种器的角速度; R表示排种器圆盘的直径; α 表示排种器的倾斜角度; f表示种子与排种器壁的摩擦因数。根据这些参数可以对清种过程的受力进行剖析,如图6所示。

为了优化结构的设计,在孔的两侧增设了导种槽,提高了充种和清种的效果,降低了清种器对种子的冲击。对其进行力学分析,可以得到

其中,N1为种子1对种子2的力; N2为导种槽斜面对种子2的力; f1为种子之间的摩擦因数; f2为种子与动盘间的摩擦因数; β 导种槽斜面与动盘底面的夹角; F为清种力; r为种子半径; h为清种力F与种子圆心垂直距离。

考虑到种子被清出的极限情况以及尺寸关系,有

由式( 3) 、式( 4) 、式( 5) 联立,得

其中,f1可以通过实验测得,通过计算可以得到倾角 β 的理论值; 但是,还需要和实际种子的结构和尺寸相结合,才能设计出排种器圆盘最佳的清晰角度。

2. 2基于玉米种子图像的倾角优化设计

为了优化排种器圆盘的倾斜角度,需要根据玉米种子的实际结构和尺寸,对排种器的倾角进行优化设计。但是,由于种子数量比较大,在对种子图像采集的过程中,会存在较大的误差,本文采用将图像信号加入白噪声的方法,对信号进行增强提取。当在信号中加入白噪声后,将使信号在不同尺度上具有联系性,以减小EMD分解过程中遇到的模态混叠。

为了准确地提取玉米图像种子的信号,利用EE- MD中对信号加白噪声和EMD中的筛选思想来进行, 步骤如下:

1) 确定信号xi( t) 所有的局部极值点;

2) 在所有的局部极值点中选择满足频率确知信号极值点间隔且幅度较大的极值点;

3) 用插值的方法构造xi( t) 的上下包络,并利用上下包络求出平均包络mi( t) ;

4 ) 加入具有均值为0,方差为常数的白噪声ni( t) ,重复步骤1) 、2) 、3) ,将每次得到的mi( t) 加起来,平均后得到频率确知信号。同样,把上述方法用于提取x( t) ,结果如图7所示。

由图7可以看出: 利用噪声下频率确知信号提取方法提取出来的信号更接近频率确知玉米种子图像信号,其最终结构形式如图8所示。

在提取玉米种子图像信号对引入辅助白噪声能较好地定位图像信号的极值点,通过对图像的处理可以对排种器的倾角进行优化,如图9所示。

3精密玉米排种器性能测试

目前,播种机的性能测试主要使用田间测量的方法,但对于小颗粒种子不适用。这是因为小颗粒落到田地间不容易被发现和定位,严重地影响测试的精度; 同时还受到各种因素的影响,测试的精确度不高。 本文将排种器的性能测试放在实验室内进行,该实验平台主要使用光电检测方法和人工检测方法,通过两种方法的综合使用,提高测试的精确度。实验平台如图10所示。

试验台主要由粘带、供油系统、精密排种器及高速摄像系统等组成。试验所用玉米种子为农大108、 登海1568、莘州158,所用填充剂为膨润土,首先对传统的装置进行测试,得到了如图11所示的测试结果。

由图11可知: 在排种盘转速为8 r /min时,排种器的合格率最高87. 5% ,重播率7. 5% ,漏播率5% 。 改进前的装置存在较大的播种误差,通过信号白噪声方法对结构进行优化后,通过测试得到了表1所示的测试结果。

%

由测试结果可以看出: 与传统的玉米排种器相比, 该排种器从单粒指数、漏播指数、重播指数3重指标都有不同程度的降低,从而验证了本文设计的精密排种器的可靠性。

4结论

对玉米播种机的圆盘式玉米排种器进行了结构和力学分析,通过分析发现: 影响排种精度的主要因素是圆盘倾斜角度,并通过理论计算,得到了倾斜角度的初始值。为了进一步优化排种器尺寸和结构,将力学分析和种子结构尺寸相结合,对倾斜角度进行了优化设计。为了准确地提取玉米图像种子的信号,利用EEMD中对信号加白噪声和EMD中的筛选思想来进行,降低了玉米种子图像采集和筛选的误差。对装置进行了测试表明: 改进后的排种器在单粒率、重播率和和漏播率性能上都比普通方法设计的排种器精度高,得到了理想的播种效果。

摘要：为了提高玉米播种的合格率,降低单粒率、重播率和和漏播率,对玉米播种机的排种器结构进行了优化设计,并采用图像白噪声处理,提出了圆盘精密排种器的结构优化方法。在排种器圆盘倾斜角度的设计优化过程中,为了提高玉米种子尺寸结构图像信号采集的准确度,引入了一种白噪声信号处理的倾斜角度和理论计算值进行结合,优化了排种器的结构。为了测试该方法的有效性和可靠性,对排种器的播种性能进行了测试,通过测试发现,改进后的排种器在单粒率、重播率和漏播率性能上都优于普通方法设计的排种器,提高了玉米播种机的播种效果。