检索结果-内蒙古大学图书馆

吉林大学学报（工学版） 2022年第1期52卷 231-241页

作者：梁方王德成尤泳王光辉王宇兵张晓明冯金奎华中农业大学工学院武汉430070 中国农业大学工学院北京100083 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 中国农业大学农业部土壤-机器-植物系统技术重点实验室北京100083

为改良退化草地,设计了一种多功能草地切根施肥补播复式作业机,可实现切根施肥、切根补播、切根施肥补播不同方式作业,解决了草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的切根阻力大、开沟入土难以及地表起伏不平、多坑洞石砾造成地轮滑移架... 详细信息

为改良退化草地,设计了一种多功能草地切根施肥补播复式作业机,可实现切根施肥、切根补播、切根施肥补播不同方式作业,解决了草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的切根阻力大、开沟入土难以及地表起伏不平、多坑洞石砾造成地轮滑移架空带来的播量不均问题,并进行了切根刀具刃口曲线优化和分层交错式覆土开沟装置及基于槽轮长度与转速同步控制的播量控制系统设计。优化得到,初始静态滑切角取40°,静态滑切角与极角的比例系数取—0.1时的正弦指数曲线为切根刀具最优刃口曲线;设计的分层交错式覆土开沟装置,采用破土刀齿破茬-种沟双圆盘开沟器开沟覆土-肥沟双圆盘开沟器压土成沟并覆盖种沟的工艺,实现草地低扰动开沟,田间试验结果表明,该方法能够实现稳定开沟,形成深47.3 mm、宽29.5 mm的肥床与深44.7 mm、宽19.9 mm的种床,且地表破坏率均值为14.2%,利于草地植被保护;设计的基于槽轮长度与转速同步控制的播量控制系统,通过采集机组左、右地轮转速频率信号进行比较,采用较大者控制槽轮转速与槽轮长度,实现播量与机组前进速度同步匹配与调节,Protues电路仿真结果表明,设计系统具备地轮转速频率信号比较、电机转速与地轮转速同步控制和传动比调节功能,有助于提高播量均匀性。本研究可为草地切根施肥补播复式改良机具设计提供参考与理论依据。

关键词：农业工程草地改良切根施肥补播刀具开沟装置播量控制系统性能试验

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水稻直播机播量控制与播种监测系统设计与试验

水稻直播机播量控制与播种监测系统设计与试验

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作者：赵天才南京农业大学

学位级别：硕士

水稻直播是近年来迅速发展扩大的一种轻便的栽培技术,具有省工、节约成本、减少劳动量、便于大规模机械化作业等优点,在当前农村劳动力紧缺,泡田插秧季节水资源匮乏,劳动力成本不断提高的形势下,水稻直播可以解决农村劳动力资源不足的... 详细信息

水稻直播是近年来迅速发展扩大的一种轻便的栽培技术,具有省工、节约成本、减少劳动量、便于大规模机械化作业等优点,在当前农村劳动力紧缺,泡田插秧季节水资源匮乏,劳动力成本不断提高的形势下,水稻直播可以解决农村劳动力资源不足的问题并促进水稻可持续生产,对促进农业增效、农民增收,具有重要意义。但现有的水稻直播机功能结构较为简单,自动化程度较低,播种作业较为粗放,普遍采用地轮驱动排种方式,播量调节复杂,同步性较差,地轮打滑易导致播种不均匀,播种过程缺乏实时监测手段,如遇排种堵塞、漏播易于造成损失,影响了水稻直播机械的播种质量。针对以上问题本研究设计了水稻直播机配套的播量控制系统与播种监测系统,以提高了水稻直播机的智能化水平,具体研究内容如下:(1)对现有的水稻直播机进行自动化改造,改变传统的地轮驱动排种方式,采用直流电机驱动排种轴;通过五种测速方式对比分析,设计仿形测速轮,选取编码器测速方式采集排种轴和测速轮转速,设计安装播量控制系统机械部件。(2)播量控制系统设计。播量控制系统构建采用模块化设计概念,硬件系统以STC12C5A60S2单片机为主控制器、IRLS3036型MOS管构建直流电机驱动、400线编码器构成速度采集模块、按键开关和数码管显示构建人机交互模块、10A插拔式保险丝构建过流保护电路;软件系统主要依据同步排种控制原理构建目标播种量、排种电机转速和机具车速之间函数关系,实现播种转速随机具车速同步响应。引入PID控制算法,建立直流电机排种转速PID控制模型并设计相应PID控制器,实现排种转速闭环控制,优化和提高排种转速控制精度,提高控制系统应对负载变化调节能力。(3)播种监测系统设计。依据电容极板物理属性,设计电容式播种监测系统,以STM32F103C8T6单片机为主控制器,设计电容极板式监测传感器,以PCAP01芯片构建极板电容检测电路,选取4pF参考电容,实现10-13F微弱电容值采集,通过拟合试验建立排种流量和电容值数学模型,构建目标播量和实测流量检测报警策略,系统工作时可显示实时播种量,并依据检测报警策略,判断播种状况,实现故障报警。(4)播量控制系统试验设计。通过台架试验,开展不同排种转速控制试验,测定排种电机转速超调量、峰值时间、调整时间参数;开展变驱动负载响应试验,通过施加不同负载模拟播种实际排种轴扭力,试验记录播量控制系统不同负载回调时间和负载电流参数;通过田间试验,开展播量控制精度试验,测试不同播量在不同转速下的控制效果,试验时记录转速误差、播量误差参数;开展播种同步响应试验,探究播量控制系统同步响应效果,试验时以采集卡记录排种轴和测速轮转速,绘制排种转速同步跟随响应曲线。(5)播种监测系统试验设计。开展种子流量与极板电容差值标定试验,测定不同种子流量和电容差值数据并通过MATLAB拟合数学函数;开展不同转速下播量监测精度试验,测定20s电容差值和实际播种量数据,计算目标播量和实际播量误差;开展监测报警试验,采用人为模拟排种堵塞和漏播故障的方法,测试监测系统报警准确性,分别记录20次报警数据。试验结果表明:播量控制系统在不同转速下的调整峰值时间差距较小,整体调整时间低于0.63s,响应及时;当排种电机负载增大时,电机瞬时转速回落逐渐增大,调整时间延长,测试最大负载12.5N·m时,系统转速回调时间为0.32s,负载电流为6.5A,控制系统迅速响应,大负载作业条件下控制系统工作稳定,性能可靠;田间试验结果表明,目标播量下转速控制误差最大为7.21%,最大播量误差3.96%,播种转速和播量控制精准,田间排种转速响应及时,排种同步性能良好,能满足实际需求。播量监测系统电容极板差值和种子流量拟合函数线性回归决定系数R2=0.9723,两者具有较高的线性度;理论种子流量和实际种子流量最大平均误差为4.51%,当排种量增大时的监测误差有下降趋势,监测控制系统监测精度较为稳定准确,人为模拟故障测试下,监测报警成功率100%,可以用于实际的播种监测。播量控制系统和播种监测系统对传统的水稻直播机具有较高的适用性,提高了现有机具的智能化程度,改善了播种质量,可为水稻直播机自动化改造提供参考。

关键词：水稻直播机播量控制系统播种监测系统电容监测传感器

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