气吸式大豆排种器吸种性能检测与改进

发布时间：2020-03-30 03:20

【摘要】：气吸式大豆播种机作业时,需要保证合格的粒距、合格的播种率等,因此,漏播率和重播率都需控制在一定的范围内,保证播种合格率达到要求的数值。目前,大豆播种机在作业过程中尚不能对漏播及重播进行实时处理,需要后期进行人工操作,一旦出现大面积漏播重播不仅浪费人力物力,会影响大豆产量。而气吸式大豆排种器作为完成大豆播种机械作业最重要的部件之一,主要完成吸种和排种的任务。因此,需要保证气吸式大豆排种器具有良好的吸种性能。本文针对现有气吸式排种器的吸种状况采集困难、不能完全满足监测需求等问题,设计了一种气吸式排种器吸种性能监测系统(SMSPS);针对传统气吸式排种器吸种性能不稳定、易受动力输出轴影响,导致播种机出现漏播和重播现象的问题,提出了一种通过将气吸式排种器排种盘的吸孔进行单独设计,改变其原有的结构形状及材料的方法。(1)设计了一种气吸式排种器吸种性能监测系统(SMSPS)。通过将光电传感器以及光电旋转编码器获取的信号结合,定义了正常吸种、漏吸种以及多吸种三种情况下信号的状态,以此判定和获取排种盘各吸孔吸种情况,与排种器试验台常用的图像处理监测系统(SMSIP)在6组作业条件下进行了试验台对比试验。精度分析结果表明SMSPS相比于SMSIP的最大相对误差为0.31%,监测稳定性分析结果表明SMSPS与SMSIP的波动幅值比较接近,两者最大相对偏差不超过1%。通过将SMSPS获取的单个吸孔吸种情况的数据与高速摄像获取数据进行对比,试验结果显示,SMSPS监测单个吸孔吸种量的最大相对误差为16.67%(绝对误差为2粒种子),最小相对误差为0,该结果表明SMSPS可以实现排种盘单个吸孔吸种量监测。(2)提出了一种通过将气吸式排种器排种盘的吸孔进行单独设计,改变其原有的结构形状及材料的方法。通过提取拟合随机放置的大豆的轮廓曲线,将截取曲线一段围绕中心轴,保证吸孔底面半径进行旋转,得到吸孔的弧面。选取柔性材料硅橡胶作为吸孔制作材料。将拟合的不同曲线、硅橡胶材料的硬度以及排种器吸室负压力值作为因素,将排种器漏吸种率、多吸种率以及吸种合格率作为考察指标进行了试验。试验结果表明了当选用曲线方程y=0.0004x~5+0.0187x~4-0.0068x~3-0.0019x~2+0.0368x+0.8112、并采用硬度为30HA的硅橡胶制作吸孔,在吸室负压力为2.32kPa时工作性能最优。(3)通过试验台试验将具有柔性吸孔的排种盘与气吸式排种器传统排种盘进行对比,在6组试验条件下相对于传统排种盘具有柔性吸孔的排种盘在漏吸种率、多吸种率都较低,吸种合格率则对应较高。试验表明,具有柔性吸孔的排种盘能一定程度上提升气吸式排种器的吸种性能。基于理论分析和试验台试验,进行了田间综合试验:1)将气吸式排种器吸种性能监测系统监测结果与人工计数的结果进行对比,分析其田间工作时的精度,对于漏吸种量和多吸种量,其相对误差平均值分别为3.87%和8.42%,其相对误差最大值分别为10.34%和20.00%。2)利用气吸式排种器吸种性能监测系统对气吸式排种器进行吸种性能田间试验,对两种类型的排种盘进行了吸种性能对比分析,具有柔性吸孔的排种盘对于种子的吸附具有一定的提升效果。试验台及田间综合试验的结果表明,设计的吸种性能监测系统能够完成对气吸式排种器吸种性能监测的要求,而具有柔性吸孔的排种盘也能够提升气吸式排种器的吸种性能。
【图文】：

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(d)(e)(f)图 1.2 国外常见的气吸式排种器目前国外比较常见且运用于大田作业的气吸式排种器都是垂直圆盘式的，垂直圆盘式气吸排种器主要运用于中大籽粒如大豆、玉米等种子的播种作业。如美国Precision Planting 的 vSet 气吸式排种器（图 1.2a），法国 KUHN 的 MAXIMA 系列气吸式排种器（图 1.2b），美国 Gaspardo 的 MTR 精密播种机所使用的气吸式排种器（图 1.2c），法国 Monosem 的 NGPlus 气吸式排种器（图 1.2d），美国 JOHNDEER的 MaxEmerge5 系列气吸式排种器（图 1.2e）以及德国 AMAZON 生产的 ED 系列（图 1.2f）气吸式单粒精密播种机所运用的气吸式排种器都是垂直圆盘式气吸排种器。滚筒式气吸排种器在国外运用较少，较成熟的有英国 Hamilton 公司生产滚筒式播种机上所使用气吸式滚筒排种器，适用于绝大部分的花卉、蔬菜等种子。

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(d) (e) (f)图 1.3 国内常见的气吸式排种器国内的气吸式排种器也是以垂直圆盘式的较为常见，如常州怀玉电子有限公司生产的气吸式排种器（图 1.3a），，山东大华宝来的气吸式排种器（图 1.3b），黑龙江双福机械有限公司生产的五档气吸式排种器（图 1.3c）以及黑龙江八一农垦大学设计的 2QXP-1/2 型气吸式排种器（图 1.3d）等都是商品化比较成熟的气吸式排种器产品。滚筒式的气吸式排种器多用于中小籽粒种子的播种作业，由于其性能不够稳定，国内研究生产较少，如黑龙江八一农垦大学自主研制的气吸滚筒式玉米排种器（图 1.3e）和新疆石河子大学研制的气吸滚筒阵列式棉花精密排种器（图 1.3f等。本文以垂直圆盘式的气吸式大豆排种器为主要研究对象，垂直圆盘式气吸排种器的排种性能和通用性较好，主要由排种器体、吸室壳体、排种盘、搅种轮和刮种器等组成。排种器的工作原理是：驱动轮通过传动系统带动排种盘转动，由风机产生的气流通过气吸管使排种器吸室产生负压。当排种盘的吸孔转入气吸道时，吸孔孔一侧为负压，另一侧则处于种子室，种子即在压力差作用下被吸附在排种盘的
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S223.2

【参考文献】