玉米精准施水播种机控制系统及关键部件的研制

发布时间：2020-05-12 04:45

【摘要】：我国是一个缺水严重的国家。河北省又属于极度缺水地区,而我省农业用水量占总用水量的64.1%,缺水和水资源利用率低严重影响农业生产。华北地区玉米播种后为保证出苗率通常在播后一周内进行浇水作业,但有些地区仍采用传统地表漫灌方式,严重浪费水资源,同时存在农民浇水排队耽误农时的问题。针对这一问题,本课题研究的目的是研制一台玉米精准施水播种机,在播种同时进行施水作业,依据作业速度自主调节施水量以保证施水均匀性。玉米精准施水播种机符合现代农业环保集约型理念,并有利于提高农业用水利用率,节省农时。施水播种机以机械式居多,在查阅了相关文献并分析了多种施水播种机结构后,确定了采用电控式施水方案。电控式施水相比机械式施水优点在于播种速度变化时,通过改变舵机开闭角度就能改变施水量,不会出现由于速度变大导致泵腔蓄水不充分的情况,若要改变基础施水量只需要在程序中更改相应数值即可,不需要更换不同尺寸的棘轮、泵腔等机械结构。玉米精准施水播种机机械部分主要对播种单体进行了改进,使出水结构更为合理,将出水口设计在落种口前,有利于避免水对种子的冲击。设计了水箱支架并对支架强度进行了仿真分析,结果表明支架可承受压强远大于其最大形变时的压强。为避免地轮打滑导致计数不准确设计了一款测速轮,并使用EDEM软件对不同角度的防滑齿进行仿真,结果表明防滑齿角度为45度时,测速轮受力更为平衡,扬尘更少。在多次试验中,测速轮均未出现滑移现象,后又应用于小麦播种机上。控制系统主要包括单片机、编码器、大扭矩舵机、水位监测和报警模块。旋转编码器是主要测速器件,与测速轮同轴安装。单片机根据编码器发送的脉冲频率,计算出作业速度,并进一步控制舵机打开角度,从而改变出水量。除对播种机机械部分及控制系统设计外,还对水箱容积、安装位置及整机横向、纵向稳定性进行了理论计算。确定了水箱容积为1立方米,采用背负式安装方式,背负式相比拖车承载式,作业效率更高,在田间试验中,实测作业速度达到5.4km/h。通过SPSS数据统计软件对出水量与舵机打开角度关系曲线进行拟合,找出了最佳拟合关系表达式为三次项形式。通过对田间试验数据的测量与统计,施水作业的种子发芽率较无施水作业的大大提高,出芽更快,且播深一致性有所提高。施水前土壤含水率为9.8%,施水播种作业23天后土壤含水率降为15.6%,此时仍处于适合苗期生长的含水率阶段。当施水量分别为670ml/m、300ml/m和240ml/m时,播后6天发芽率分别达到95.00%、88.77%、85.91%,而传统无施水播种的种子发芽率仅为63.38%。电控式玉米精准施水播种机一定程度上实现了自动化施水作业,提高了农业用水利用率,缓解了浇水排队耽误农时的问题,对于节约水资源意义重大。
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大水漫灌

用水占用水总量的 62.3%。据《2017 年河北省水资源公报》显示，2017 源总量 138.34 亿 m3，全省总用水量为 181.56 亿 m3，其中农业灌溉用水量3，占总用水量的 63.0%。由此可以看出我国本就是缺水国家，而河北省度缺水地区，在河北省全年总用水量中农业用水又占据一半以上，远远超和生活用水量。若能在农业用水现状中有所改进，在一定程度上减少水资源农业用水率。对于节约水资源意义重大，才能更好地服务于绿色农业，有康可持续发展。玉米生长对于各类气候和土壤的要求不高[21]，广泛分布于世界各地，但玉22]，全生育期每公顷需水量为 3000--5400m3，，但播种出苗期需水量很少即芽，这一时期需水量占玉米生长期总需水量的约 3.1%。播种后若土壤干芽率低，出苗缓慢，而在播种后施少量水对加快种子发芽有极大帮助。玉对水分和温度因素较为敏感。华北地区夏玉米播种后为保证高发芽率和缩往在播后一周内进行浇水作业，但有些地区仍采用传统地表漫灌方式，在需要如此大量水的情况下，造成了严重的水资源浪费，若玉米地经过深松耗更大量的水资源。同时存在农民浇水排队耽误农时的问题。施水播种机时进行施水作业，在一定程度上可以缓解耽误农时的问题。有较大现实意

播种机,免耕,穴施,地轮

图 1-2 2BQMS-2 型坐水免耕气吸播种机图 1-3 2BGM-2 覆膜施水播种机Fig. 1-2 BQMS-2 no-tillage air-suction seeder Fig. 1-3 2BGM-2 mulching water seeder1.5.2 国内穴灌坐水播种机械研究现状近年来虽然穴灌坐水播种机在我国已得到一定的研究，但其目前机型较少还未得到大规模推广仍处于发展与试验阶段，主要机型有一下几种：地轮泵式坐水播种机，2006 年由南京农业机械化研究所研制，如图 1-4 所示。工作原理是，在拖拉机前进中通过凸轮与链条的转动周期性打开泵腔，泵腔每打开一次，完成一次施水作业。该机理论穴施水量为 100mL/穴，作业行数为 4 行。中国农业大学(2010)研制的水种同穴同施坐水播种机，如图 1-5 所示。其采用鸭嘴式成穴钉齿进行打穴，排种器类型为气吸式排种器，地轮轮芯内侧装有取种器，地轮钉齿数量与取种器数量相等且位置相符，输水管与螺杆泵相连，为其提供压力水，且螺杆泵的出水量与其转速成正比以保证穴施水量的稳定，可以实现定量穴施水，种水同时播施，机组可实现无级变速。西北农林科技大学研制的 2BSSF-3 型浅松间歇施水播种机，该播种机的施水机构主要由棘轮、推杆、水阀和水阀推杆构成，主要通过更换不同尺寸的棘轮来改变出水量。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;S223.2

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