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支持小麦精确播种的窝眼轮式排种装置设计与试验

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支持小麦精确播种的窝眼轮式排种装置设计与试验

作者：杨子豪南京农业大学

学位级别：硕士

小麦作为我国的主要粮食作物,对于国家的粮食安全具有重要意义。播种是小麦生产的重要环节,精确农业与智慧农业的迅速发展对播种机的性能及作业水平等提出了更高要求,而排种器作为小麦播种机的核心部件,其设计参数的优化以及实际排种的... 详细信息

小麦作为我国的主要粮食作物,对于国家的粮食安全具有重要意义。播种是小麦生产的重要环节,精确农业与智慧农业的迅速发展对播种机的性能及作业水平等提出了更高要求,而排种器作为小麦播种机的核心部件,其设计参数的优化以及实际排种的精确性,不但决定了排种器的性能参数,还直接影响到小麦播种与出苗的实际效果甚至收获时的产量与品质。因此,针对目前小麦排种器所存在的问题进行深入研究,研制出精确农业背景下的高性能小麦排种器,具有重要的实际意义。为了提高播量一致性与排种均匀性等小麦精量播种关键性能指标,解决窝眼轮式排种装置型孔不适、播量不足等问题,依据定量充种、稳定排种等精量播种要求,设计并建立了支持小麦精量播种的窝眼轮式排种装置及三维模型,基于EDEM离散元仿真软件与RSM响应面试验设计方法得到了窝眼轮式排种装置参数优化模型,样机台架性能试验表明新研发的窝眼轮式排种装置具有较好的排种效果。本文的主要工作与研究成果如下:(1)基于排种器性能目标、窝眼轮式排种装置设计要求和窝眼轮式排种装置播种小麦存在的问题,对窝眼轮式排种装置关键部件进行了设计,包括:窝眼轮、清种刷、护种板与推种器等,采用SolidWorks三维建模软件建立窝眼轮式排种装置三维模型。(2)开展了窝眼轮式排种装置EDEM离散元仿真试验。在EDEM离散元仿真软件,进行了导流槽功能验证试验、单因素影响试验和响应面优化试验。仿真结果表明:导流槽能够有效提高充种率;通过响应面优化试验,得到了最优参数:窝眼长度尺寸7mm,挡种清种刷安装角45°,为窝眼轮式排种装置加工与台架试验做了铺垫。(3)完成了窝眼轮式排种装置的台架试验。对窝眼轮式排种装置进行了播量一致性与排种均匀性试验,试验材料为宁麦23与扬麦20。在播量一致性试验中,对窝眼轮式排种装置进行了转速为15-35r/min的播量一致性试验,试验结果表明:扬麦20与宁麦23的播量与转速成正相关。在排种均匀性试验中,完成了宁麦23与扬麦20在2cm与3cm两个株距下三个转速的均匀性试验,试验结果表明:播种的合格率随着转速的增大而减小,播种的漏播率随着转速的增大而增大。除了在理论株距2cm,转速30r/min时,窝眼轮播种扬麦20的合格率为79.25%,其余合格率在80%以上。设计的窝眼轮式排种装置满足小麦精确播种要求。

关键词：精确播种排种器小麦窝眼轮式排种均匀性

基于PLC和组态的玉米精确播种量控制系统设计

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新疆农垦科技 2022年第2期45卷 51-54页

作者：张飞刘健孙昕沈阳工学院信息与控制学院辽宁沈阳113122 沈阳理工大学

通过对玉米精确播种量控制系统的详细分析,基于PLC和组态完成控制系统软硬件设计,实现了对玉米播种机的实时监控,达到了一块土地播种量3粒的精确播种的预期效果。其中主要包括系统的启动、自检、报警、正向排种和反向排种、排种量精确... 详细信息

通过对玉米精确播种量控制系统的详细分析,基于PLC和组态完成控制系统软硬件设计,实现了对玉米播种机的实时监控,达到了一块土地播种量3粒的精确播种的预期效果。其中主要包括系统的启动、自检、报警、正向排种和反向排种、排种量精确控制等功能的实现,并利用MCGS组态仿真软件对程序进行了调试与仿真。

关键词： PLC MCGS 精确播种播种量监测

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精确播种深施化肥组合机械化技术推广应用

新疆农机化 2003年第2期 19-19页

作者：夏国辉昌吉市农机推广站

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玉米免耕播种机精确播种关键技术的探究

时代农机 2018年第8期45卷 181-181页

作者：王修宇河北省农业机械鉴定站河北石家庄050031

为提高玉米的产量,使用了许多播种技术和播种机械,其中免耕播种技术在应用的过程中可以满足以上要求,同时,机械设备的使用还可以提高工作效率,降低劳动力的使用,免耕播种机精确播种关键技术在提高玉米的质量和产量方面有着显著效果,基于... 详细信息

为提高玉米的产量,使用了许多播种技术和播种机械,其中免耕播种技术在应用的过程中可以满足以上要求,同时,机械设备的使用还可以提高工作效率,降低劳动力的使用,免耕播种机精确播种关键技术在提高玉米的质量和产量方面有着显著效果,基于此,文章对该项技术进行了探究。

关键词：玉米免耕播种机精确播种关键技术

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东北地区玉米免耕精确播种技术分析

农机使用与维修 2018年第4期 84-84页

作者：张芳安图县农机管理总站吉林安图133600

东北地区土地肥沃,十分适合玉米的种植,再加上玉米价格相对稳定,这几年玉米在东北地区得到了广泛的种植,面积不断扩大。在玉米种植方式上,以往都是采用传统耕作方式,进行土地的深翻深耕,使土层结构受到破坏,不利于作物生长。近些年来采... 详细信息

东北地区土地肥沃,十分适合玉米的种植,再加上玉米价格相对稳定,这几年玉米在东北地区得到了广泛的种植,面积不断扩大。在玉米种植方式上,以往都是采用传统耕作方式,进行土地的深翻深耕,使土层结构受到破坏,不利于作物生长。近些年来采用免耕技术,同时进行精确播种方式进行种植,使玉米生长环境处于最佳状态,提高玉米产量,重点对东北地区玉米免耕精确播种种植技术进行分析研究,希望对玉米种植提供有益的参考和帮助。

关键词：玉米免耕精确播种

基于多维度指标的小麦种子田间分布质量评价方法研究

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江西农业大学学报 2024年第4期46卷 841-855页

作者：丁启朔付琳倩汪小旵何瑞银徐高明南京农业大学工学院/江苏省智能化农业装备重点实验室江苏南京210031

【目的】精确播种技术是创建作物合理群体、保障作物增产丰产的重要技术途径。针对精确播种质量的测试评价方法仍然十分缺乏,尤其缺少种子在田间分布质量评价以及精确播种质量与作物出苗率、产量及构成因素间响应关系的定量研究。【方... 详细信息

【目的】精确播种技术是创建作物合理群体、保障作物增产丰产的重要技术途径。针对精确播种质量的测试评价方法仍然十分缺乏,尤其缺少种子在田间分布质量评价以及精确播种质量与作物出苗率、产量及构成因素间响应关系的定量研究。【方法】以原位激光种子位测试仪、3D数字化和Python等信息技术构建一套基于多维度指标的精确播种质量评价方法,其指标包含一维评价指标(种子直线度)、二维评价指标(种子散布度)、三维评价指标(种-土均质营养利用率);后使用小区精密播种试验台架开展了为期2年的稻茬麦精确播种试验,采用播种行距20 cm,播种粒距×播种深度相组合的9种处理,即1.5 cm×2 cm(A_(1)B_(1))、1.5 cm×3 cm(A_(1)B_(2))、1.5 cm×6 cm(A_(1)B_(3))、3 cm×2 cm(A_(2)B_(1))、3 cm×3 cm(A_(2)B_(2))、3 cm×6 cm(A_(2)B_(3))、4.5 cm×2 cm(A_(3)B_(1))、4.5 cm×3 cm(A_(3)B_(2))、4.5 cm×6 cm(A_(3)B_(3)),用于该精确播种质量评价新方法的验证。【结果】2年度种子直线度在A2B3处理较优,其变异系数δ分别为28.63%、32.67%;2年度种子散布度在A_(2)B_(1)处理较优,其变异系数γ分别为28.17%、30.14%;种-土均质营养利用率在A2B1处理(2021—2022年)取得最大值,为91.33%。种-土均质营养利用率与作物出苗率、单株产量、单株总结实粒数、千粒质量之间均在0.01水平显著相关。【结论】基于种子直线度、种子散布度、种-土均质营养利用率等多维度指标构建的精确播种质量综合评价方法,可准确解析播后种子在田间的分布质量,同时种-土均质营养率与作物出苗率、单株产量及产量构成因素之间的响应关系分析方法,也有利于建立精确播种技术与作物生长之间的联系并促进农机-农艺融合发展。

关键词：小麦精确播种评价方法多维度指标种子分布作物生长

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宽幅低功耗小麦播种施肥一体机的设计与研发

宽幅低功耗小麦播种施肥一体机的设计与研发

作者：刘海龙南京农业大学

学位级别：硕士

我国是小麦种植大国,小麦种植面积为全国耕地总面积的22-30%和粮食作物总面积的20-27%。提高小麦单位面积的产量对我国农业的发展有着非常重大的意义。提高小麦产量的重要环节是播种与施肥,播种施肥作业质量的好坏直接影响小麦的生长发... 详细信息

我国是小麦种植大国,小麦种植面积为全国耕地总面积的22-30%和粮食作物总面积的20-27%。提高小麦单位面积的产量对我国农业的发展有着非常重大的意义。提高小麦产量的重要环节是播种与施肥,播种施肥作业质量的好坏直接影响小麦的生长发育和产量,所以研制出高质量的播种施肥机成为了我国农业发展的迫切要求。外槽轮式播种施肥机是我国小麦播种施肥的主流机型,目前实际使用的机型以地轮驱动为主,作业精度较低,适应性较差;基于电机为驱动的变量施肥和精量播种机型是外槽轮式播种施肥机的发展趋势,但由于电机驱动型播种施肥机功耗大、控制本质开环(控制精度容易受到作业工况变化和排料器物理特性改变的影响)等原因未能得到广泛应用。针对电机驱动型外槽轮式播种施肥机存在的主要问题,本文以临海农场实际使用的宽幅(4米)旋耕机为安装平台,将团队已有的基于播量检测的外槽轮式播种施肥机研发成果进行转化移植,通过整机机构设计、改进外槽轮排料器功能结构,优化驱动与传动机构,研发一种基于电机驱动,可实现闭环控制(融合课题组已有的播量检测装置)的宽幅、低功耗小麦播种施肥一体机,为推广应用电机驱动型小麦播种施肥机一体机开展技术实践。主要研究内容和成果如下:(1)播种施肥一体机箱体结构设计完成了箱体的设计:合理地设计了箱体结构,保证了物料在箱体排料通道口处的流动性;设计了箱体与播量检测装置之间的固定安装机构和箱体中间支撑结构,既保证了检测装置测量性能的发挥,也保证了大跨度箱体的稳定性和安装精度;通过优化设计箱体与播种施肥器的连接机构,保证了播种施肥器槽轮设计轴心与实际驱动轴心之间安装同轴度,有效减少了摩擦扭矩。(2)驱动系统安装机构的设计设计了一种高精度且拆装方便的组合式安装机构,既保证了驱动系统安装的稳定性与可靠性,又保证了传动系统各零件的安装精度。(3)外槽轮式播种施肥器优化设计针对现有外槽轮式播种施肥器存在运转阻力大,易卡种磨损种子、播种施肥不均匀等问题对其进行优化:安装了薄壁轴承,保证槽轮能够精准定位,消除了槽轮和播种施肥器主体间的摩擦,槽轮运转阻力小;槽轮定位环与轴承和槽轮之间的配合关系使得槽轮易更换。(4)仿真与分析使用有限元分析软件ANSYS对箱体、连接件、氮气弹簧安装支架等主要受力部件进行静应力分析,判断结构设计安全性与可靠性;使用离散元分析软件EDEM对播种施肥器工作过程进行仿真,分析物料在播种施肥器中的分布与运动情况,判断播种施肥器的密封性以及结构设计的可行性。(5)综合性能测试与评估播种施肥器排量一致性和排量稳定性评估试验表明:播种量变异系数最大值、平均值、标准差、非线性误差分别2.27%、1.23%、0.48%、0.66%,施肥量相应数据分别为2.65%、1.7%、0.46%、0.98%;水泥路面(少量坑洼)车载式动态播量试验表明:累积播量相对误差平均值和标准差分别为3.52%和1.14%;在播种施肥机的工作范围内,输出功率最大值为270W,最小值为82.8W。以上试验结果表明:本文设计的播种施肥一体机在机载状态下播量检测装置能有效获取测量信号,整机结构具有较好的稳定性;通过与课题组现有宽幅2.3米的播种施肥一体机作对比,本文设计的播种施肥一体机功耗较低,具有较好的排量一致性和稳定性。

关键词：精确播种变量施肥播种施肥器仿真分析性能评估

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小麦播种施肥一体机的优化设计与试验

小麦播种施肥一体机的优化设计与试验

作者：杨传雷南京农业大学

学位级别：硕士

播种、施肥是小麦产业的重要环节。精确播种、变量施肥是小麦产业实现精准农业的必然选择,成熟的变量播种施肥技术可以有效提高播种效率,降低生产成本,改善小麦品质。实现播量的实时检测是变量播种施肥的重要手段,在保证机具田间作业的... 详细信息

播种、施肥是小麦产业的重要环节。精确播种、变量施肥是小麦产业实现精准农业的必然选择,成熟的变量播种施肥技术可以有效提高播种效率,降低生产成本,改善小麦品质。实现播量的实时检测是变量播种施肥的重要手段,在保证机具田间作业的精确性、实现播种施肥工况监测方面意义深远。目前市场上的施肥播种机械由于缺乏播量实时监测装置,难以实现实质闭环控制,作业精度难以保证。播种施肥机播量控制原理是通过标定槽轮转速和流量之间的关系,再结合施肥播种机的行驶速度来调节槽轮转速从而实现对播量的控制,其控制的效果有赖于事先标定的槽轮转速-流量关系,本质上属于开环控制,无法消除各类扰动对控制精度产生的影响。同时,由于加工精度、结构设计和安装方式等因素的影响,容易造成播种施肥执行机构槽轮同轴度较低、毛刷与槽轮的间隙不均、槽轮运转卡顿等现象,导致物料损伤、驱动损耗、播量波动等不良结果,进一步降低了播种施肥机的作业精度。为了能有效克服播种施肥机存在的上述问题,本文在课题组已经研发的播种施肥一体机的基础上,重点设计基于高压氮气弹簧的播量检测装置,并以此为基础,设计了工作参数与之相对应的箱体结构及其它功能部件,完成了播种施肥一体机的搭建,并初步开展了相关性能测试。主要的研究内容和成果如下:（1）基于高压氮气弹簧的播量检测装置的设计。本文以高压氮气弹簧替代传统弹簧,对基于动态称重原理的播量检测装置结构进行了重新设计,以高压氮气弹簧和S型称重传感器为核心部件组成播量检测装置,相比原来的播量检测装置,增加了结构的稳定性,减少了振动对称重的影响,降低了系统的整体安装难度。（2）外槽轮式播种施肥器及驱动轴结构优化设计。本文对播种施肥器和播种施肥器连接轴进行了优化,对播种施肥器增加轴承结构,将播种施肥器连接轴由方轴更改为可拆卸的键槽轴和方块的可拆卸组合。优化后解决了单个播种施肥器内槽轮和播种施肥器主体外壳轴心不一致、不同播种施肥器之间同轴度较差的问题。（3）完成箱体设计并组装播种施肥一体机。结合农艺要求、播量检测装置结构及旋耕机具尺寸,对播种施肥一体机的箱体进行结构设计,确定箱体尺寸以及材料,优化箱体与播量检测装置的连接。解决了箱体易受肥料腐蚀、箱体连接方式易对播量检测装置产生侧向力影响等问题。（4）在室内台架上开展了静态和动态性能评估试验。静态试验时,播量检测装置以10kg为梯度对10-60kg的物料进行三次称重试验。测量的平均值相对于实际重量值相对误差为1.57%,绝对相对误差最大值为3.8%,相对误差标准差为1.57%。动态测试时,使播种施肥执行机构在设定的不同转速下工作3min,十个播种器的播量变异系数的平均值为2.07%、最大值为3.39%、标准差为0.59%,施肥机构六个施肥器变异系数的平均值2.48%、最大值2.77%、标准差为0.25%。各转速下播种器的相对误差的平均值、标准差、最大值分别为1.51%、0.60%以及2.78%,施肥器的相对误差的平均值、标准差、绝对相对误差最大值分别为-1.88%、0.39%以及2.64%。（5）开展了室外拖拉机机载下的机载性能评估试验。将组装好的播种施肥一体机安装在旋耕机上后一起挂接在拖拉机上匀速行驶3min,测试拖拉机行驶时播种施肥一体机的动态工作性能。分别开展了机载不播料和机载播料实验。机载不播料测试,负载5kg时,动态称重变异系数的平均值为1.74%、标准差为4.31%、最大值为1.78%;负载50kg时,变异系数的平均值为0.18%、标准差为0.67%、最大值为0.19%。试验表明,播量检测装置在动态工作条件下能够实现较为精确的测量且箱体内物料较多时相对误差较小。机载播料测试时,拖拉机匀速行驶完成一亩田的播量,播种机在150、300、450kg/hm2目标播量下,播种器实际播量误差最大为3.9%,变异系数的总平均值为1.68%,最大变异系数为2.51%;施肥机在150、450、750kg/hm2目标播量下施肥器实际播量误差最大为2.6%,变异系数的总平均值为2.57%,最大变异系数为3.63%。总体而言,播种施肥一体机在机载条件下仍然具有较高的作业性能。

关键词：精确播种变量施肥播量检测性能评估变异系数

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单株小麦生理生态控制的等距单粒线播法研究

中国农业科学 2022年第2期55卷 295-306页

作者：李佩何瑞银汪小旵丁启朔南京农业大学工学院/江苏省智能化农业装备重点实验室

【目的】拟探讨等距单粒线播技术用于定量种间距对小麦前、后生育期的影响,以此论证等距单粒线播的技术特征及优势。【方法】选用宁麦13为田间试验材料,采用免耕等距单粒线播法,分别于2017和2018年进行稻茬小麦的免耕种植试验,设置粒距... 详细信息

【目的】拟探讨等距单粒线播技术用于定量种间距对小麦前、后生育期的影响,以此论证等距单粒线播的技术特征及优势。【方法】选用宁麦13为田间试验材料,采用免耕等距单粒线播法,分别于2017和2018年进行稻茬小麦的免耕种植试验,设置粒距1.5、3.0和4.5 cm 3个处理(T1.5、T3、T4.5),行距20 cm。分别从群体、单株以及单茎穗3个尺度层次的指标对比,评价种间距在苗期和成熟期的生理生态效应。【结果】等距单粒线播法创建出稳定全生育期密度效应且该效应能够为群体、单株与器官3个尺度层次的表型所表达。较小种间距显著延长稻茬麦50%出苗率的天数。群体的成熟期籽粒总产量随种间距减小而增加,T1.5与T3处理无显著性差异,但T4.5处理显著降低。在群体生物量方面,T4.5处理的总茎秆重、总麦穗重显著低于T1.5和T3处理。而在单株尺度层面,单株穗数、结实粒数和单株产量随种间距增加而显著性增大,但单株千粒重无显著性差异,单株小麦的地上部生物量、麦穗重和茎秆重也随播种间距增加而增大,表现出明显的密度补偿效应。同时,随种间距减小,单株小麦各指标由正态分布变为L型分布。在小麦的单茎穗层面,单茎穗产量和穗千粒重均无显著性差异,仅穗粒数表现出年度间不稳定。而在器官生物量方面,地上部生物量、叶重、茎秆重和麦穗重不同处理下均无显著性差异。【结论】等距单粒线播小麦在群体、个体和器官3个不同尺度范畴的密度效应能够在小麦的苗期和成熟期得到充分表达,且不同尺度范畴内的产量因子及生物量等表型指标存在复杂的交互关系。因此,相较于传统机械化种植技术,等距单粒线播技术有利于解析群体小麦的生理生态效应。

关键词：精确播种等距单粒线播密度效应产量效应出苗率