機械式漏播檢測與補種裝置設計與試驗*

王宗源，明家銳，王其歡，張策，岳棟，耿端陽

(山東理工大學農業工程與食品科學學院,山東淄博,255000)

0 引言

隨著我國玉米播種機械化技術的快速發展,玉米精密播種已經達到了很高的水平[1]。但由于排種器結構限制,現有玉米、大豆等大籽粒作物精量播種機,平均漏播率仍在11.7%左右,玉米漏播損失達到100 kg/hm2以上[2-5]。排種器作為播種機的核心部件,排種器形成種子流的穩定性和均勻性成為排種器性能優劣的關鍵,也成為影響播種機作業質量的關鍵參數。以玉米排種器為例,先后出現了外槽輪式、水平圓盤式、勺輪式、指夾式以及氣吸/吹式排種器等多種結構形式[6],這些結構形式都是為了提高玉米播種過程的穩定性和均勻性。

為了減少播種機作業過程的漏播問題,國內外學者對排種檢測與補償技術進行了大量研究。20世紀90年代末Garcia等[7]采用計算機視覺處理技術,實現了玉米播種過程的在線監測。Al-Yamani等[8]采用編碼與監控相結合的方式,實現了播種過程漏種位置監測與補種,降低了玉米播種機作業的漏播率。

國內在提高排種器均勻分種研究的基礎上,也對漏播檢測與補種技術也進行了大量研究。如孫偉等[9]針對馬鈴薯種植過程中存在的漏種問題,開發了由漏播檢測系統與播種系統組成的自動補種技術,解決了馬鈴薯排種器作業過程的漏種問題。朱瑞祥等[10]激光光電傳感器和霍爾傳感器檢測方法,實現了漏播位置的無偏差補種,保證了播種過程種子流的穩定性和均勻性。

針對上述玉米漏播導致玉米產量損失的問題,本文采用冗余設計的方式,研究一種機械式漏播檢測與補種裝置。通過對漏播檢測裝置以及補種裝置的結構設計與運動分析,確定影響播種質量的關鍵參數。應用正交試驗對機械式漏播檢測與補種裝置進行試驗研究,獲得最佳作業參數組合,以期提高播種質量。

1 排種器精準播種策略與工作原理

1.1 排種器精準播種策略

減少排種器漏播問題的策略有兩種,一種是采用新原理和新方法提高排種精度,減少漏播問題;另一種是采用可靠性設計中的冗余設計方法,即采用冗余系統防止漏種問題的發生。然而,新原理、新方法需要較長時間的技術積累和積極的探索,一般具有周期長、成本高的特點,所以本研究選擇冗余設計方法降低排種器的漏播率。假設所選排種器的播種率為q,則漏播率為1-q,其可靠性模型如圖1所示。

圖1 補種減漏排種器可靠性模型

假設冗余系統有n個結構一致的排種器,則有系統的播種率

Q0=1-(1-q)n

(1)

式中:Q0——排種系統播種率,%。

根據國家播種機質量評價技術規范,玉米精量播種機漏播率為10%的標準,則冗余2個排種器,其系統漏播率由原來的10%降到1%,大幅提高了排種器的排種穩定性。所以本研究采用以價格低廉的窩眼輪式排種器為基礎,以冗余設計為手段的機械結構的漏播補種排種器,其原理如圖2所示。

圖2 冗余排種系統原理

排種系統采用兩套排種器。工作時主排種窩眼輪在排種器軸的帶動下,實現種子的單粒穩定分種。同時,由于窩眼有種子存在,則探種桿被窩眼中的種子頂起,并帶動鎖桿鎖定補種裝置,使補種裝置與動力分離,補種窩眼輪處于停轉狀態;而一旦主排種窩眼輪出現了未充種的情況,探種桿下壓并帶動鎖桿抬起,使補種裝置與動力接合,補種窩眼輪進行工作,在該模式下主排種窩眼輪與補種窩眼輪同時運轉,實現補種功能。

1.2 排種器結構與工作原理

在上述設計策略指導下,研究了一種配套滾筒式播種單體的漏播檢測與補種裝置,如圖3所示。

圖3 配套機械檢測與補種裝置的滾筒式播種單體結構圖

該裝置由主排種裝置、檢測裝置和補種裝置等構成。其中主排種裝置包括主排種窩眼輪、清種毛刷和護種板;檢測裝置包括探種桿、探種預緊彈簧以及鎖桿;補種裝置包括補種窩眼輪、補種固定盤、補種軸、轉臂、撥桿、補種復位彈簧、超越離合器及其端蓋。主排種窩眼輪通過殼體內的傳動機構帶動工作;補種裝置通過補種固定盤偏心安裝于殼體端蓋上,并由沿殼體圓周分布的數個撥桿轉動時推動轉臂進行工作。

工作時,主排種窩眼輪與清種毛刷隨著機具的前進轉動,同時漏播檢測裝置對主排種窩眼輪的充種狀況進行檢測。當檢測裝置的探種桿檢測到主排種窩眼輪出現未充種狀況時,主排種窩眼輪繼續轉動,同時探種桿在探種預緊彈簧的作用下壓入主排種窩眼輪導槽底部,帶動與探種桿固接的鎖桿轉動并解除對補種裝置的鎖定。解鎖后的補種裝置轉臂在補種復位彈簧的作用下轉動直至被補種固定盤卡住,后由隨殼體轉動的撥桿推動復位后的轉臂進行轉動。由于轉臂與補種窩眼輪通過超越離合器連接,使撥桿推動轉臂時的動力能夠傳遞至補種窩眼輪,而在補種復位彈簧作用下發生的轉動不會帶動補種窩眼輪。又因轉臂與機具中心呈偏心布置,使撥桿推動轉臂轉動一定角度后會與轉臂脫離,即可使補種窩眼輪完成一次補種。若主排種窩眼輪下一窩眼依舊未充種,則探種桿繼續壓入主排種窩眼輪導槽底部,鎖桿不對補種裝置進行鎖定,補種裝置繼續在補種復位彈簧以及撥桿的作用下帶動補種窩眼輪工作;若主排種窩眼輪下一窩眼中充有種子,則種子克服探種預緊彈簧作用力將探種桿頂起,帶動鎖桿轉動鎖定補種裝置,阻止補種裝置在補種復位彈簧的作用下轉動,此時補種裝置處于靜止狀態,撥桿無法推動補種裝置,只有主排種窩眼輪工作。

2 關鍵部件設計

2.1 機械式漏播檢測裝置設計

2.1.1 漏播檢測方案

為了實現漏播的及時、可靠補種,需要對主排種窩眼輪充種狀態進行連續、可靠的檢測,在主排種窩眼輪圓周設有探種桿,并通過探種預緊彈簧使其緊壓窩眼,所以在主排種窩眼輪圓周設有保證探種桿位置穩定的導向槽;為避免因為種子尺寸、位置偏斜導致的探種桿漏檢問題,該導向槽采用了雙槽結構,最終形成如圖4所示的雙導向槽主排種窩眼輪檢測結構。

由上述可知,為減少漏播應盡量減少主排種窩眼輪的漏播率,見式(1),所以為了保證主排種窩眼輪的播種合格率,應該選擇合適的窩眼形狀和大小。

以黃淮海地區廣泛種植的鄭單958種子為研究對象,其結構為棱臺結構,測得種子長、上寬、下寬、厚,其均值分別為11.5 mm、9.3 mm、7.1 mm、4.9 mm,借鑒劉娜等研究成果,設計窩眼孔直徑d0為13 mm,孔深h0為8.5 mm[11-12]。

為了提高檢測準確性,采用雙導向槽—雙壓頭探種桿的檢測方式進行檢測,窩眼孔由雙導向槽分為三部分。為了保證窩眼孔中所有籽粒都能被及時檢測到,應使探種桿與窩眼孔邊緣之間、探種桿雙壓頭之間的距離都小于種子厚度(保守考慮使其小于測得的種子最小厚度,3.8 mm),因此雙壓頭探種桿的雙壓頭外邊沿寬度與雙壓頭內邊沿寬度應滿足式(2)。

(2)

式中:L——探種桿檢測范圍,mm;

L′——雙壓頭內邊沿寬度,mm;

bmin——玉米種子最小厚度,mm。

為滿足式(2),可得L為5.4～13 mm,L′為0～3.9 mm。綜合考慮窩眼孔與種子尺寸要求,確定探種桿雙壓頭外沿距離L為6 mm,雙壓頭內沿距離L′為2 mm。

2.1.2 探種角度分析

根據前文所述的檢測方案,補種裝置是在漏播檢測裝置發現主排種窩眼輪未充種后才進行工作;為了保證補種作業時機的準確性,應使漏種窩眼在經過檢測位置到達投種點的時間內,補種裝置能夠完成補種作業。本研究采用盡量提早發現的檢測方式,即以投種口A之前的窩眼孔B為檢測點,假設檢測點B與投種點A相對于主排種裝置回轉中心的相位角為γ,稱探種角,如圖5所示。

圖5 探種桿與主排種窩眼輪的位置關系

同時,為保證在正常工況下,即主排種窩眼輪無漏播的情況下,鎖桿一直將補種裝置鎖定,避免連續作業時補種裝置工作造成重播,為此探種桿的檢測壓頭為以B點為起點跨越探種角γ到投種點A點的跨越式結構,使窩眼中前一個種子滑過探種桿后,后續窩眼中的種子可以繼續將探種桿頂起,從而使鎖桿與補種裝置保持鎖定。因此,探種角度γ應大于兩窩眼的夾角,即γ滿足式(3)。

(3)

式中:γ——探種角,(°);

Z——窩眼數,個。

當窩眼中出現漏種時,鎖桿需及時與補種裝置分離,實現補種。考慮種子尺寸以及在型孔中充種姿態可能影響鎖桿與補種裝置的鎖定狀態,即極限情況下,種子位于窩眼孔的側邊,從而形成最大影響范圍為半側型孔相對于排種器的相位角±σ,以及探種桿帶動鎖桿轉至與補種裝置解鎖與鎖定存在滯后時間Δt。因此增大探種角γ來提前該運動的時間,以消除漏播檢測裝置時機上的滯后,γ可表示為

(4)

式中:σ——充種姿態的影響范圍,(°);

ω——窩眼輪角速度,rad/s;

Δt——鎖桿結合補種裝置所需時間,s。

又窩眼輪角速度可用機具前進速度、株距等表示,如式(5)所示。

(5)

式中:vm——作業速度,m/s;

S——株距,取0.22 m。

根據如圖5所示的窩眼與窩眼輪的幾何關系,σ可表示為

(6)

式中:R——主排種窩眼輪直徑,mm。

為保證排種器結構的緊湊,同時降低種子在隨排種器轉動時所受的離心力,窩眼輪的尺寸不宜過大,設定窩眼輪的半徑R為45 mm;同時在保證充種時間同時避免清種毛刷對相鄰窩眼充種的影響[13-14],設計窩眼個數Z為9個。

將式(5)、式(6)代入式(4),可得式(7)。

(7)

顯然在窩眼排種器結構一定的情況下探種角受到作業速度以及充種姿態的影響。隨作業速度增大,鎖桿轉動鎖定補種裝置所需的時間越小;種子姿態越靠近投種點,所需的探種角越小。因在種子隨窩眼轉動的過程中,種子的充種姿態具有不確定性,故在40°～50°范圍內采用了臺架試驗的方式確定探種角γ的最優值。

2.1.3 探種桿結構設計

為了實現鎖桿與補種裝置的快速結合與分離,探種桿應能在窩眼孔中受到種子支持力的作用下繞其回轉中心旋轉一定角度,帶動與探種桿固連的鎖桿轉動,進而鎖定與解鎖補種裝置。在保證能夠鎖定與解鎖補種裝置的前提下,消耗時間最短,探種桿與主排種窩眼輪位置關系如圖6所示。

設探種桿長度為lAP,探測過程轉動的角度為θ可表示為

(8)

式中:θ——探種桿轉動角度,(°);

R′——導槽半徑,mm;

lAP——探種桿長度,mm。

由式(8)可知,探種桿長度lAP越長,導槽半徑R′越大,則探種桿的旋轉角度θ越小。考慮到排種器傳動機構空間位置,在保證窩眼輪材料強度的前提下,設計導槽半徑R′為35 mm。

為確定探種桿的長度lAP,設主排種窩眼輪旋轉中心C為原點,以機器前進方向為X軸,投種方向為Y軸,建立圖6所示直角坐標系。

根據幾何關系可知,探種桿回轉中心P位于圓C(以C為圓心,銷塊外圓r為半徑)在D點的切線與圓A(以A為圓心,lAP為半徑)的交點處。并使探種桿AP與主排種窩眼輪外徑相切,以保證最小轉角[15],則點P需滿足式(9)。

xP2+yP2=lAP2+R2

(9)

式中:xP——P點橫坐標,mm;

yP——P點縱坐標,mm。

為使鎖桿牢固得將補種裝置鎖定,正常工況下鎖桿需與鎖塊外圓相切。

(xP-xD)2+(yP-yD)2+r2=xP2+yP2

(10)

式中:xD——D點橫坐標,mm;

yD——D點縱坐標,mm ;

r——鎖塊外圓半徑,mm。

其中鎖桿將補種裝置鎖止的位置D可表示為

(11)

式中:α——窩眼輪投種角;

β——投種點A與回轉中心C、鎖止點D與回轉中心C連線的夾角,(°)。

合并式(9)～式(11)得式(12)。

(12)

由式(12)可知,探種桿lAP的長度隨β的增大而增大,探測過程轉動的角度θ隨β的增大而減小。參照《農業機械設計手冊》,設計窩眼輪的投種角α為15°。綜合考慮機具結構的緊湊性與探種桿旋轉角度,設計θ為12°。此時夾角β為120°,探種桿lAP長為70 mm,回轉中心P點坐標為(67.6 mm,30.2 mm)。

2.2 補種裝置設計

2.2.1 補種裝置運動分析

根據所述補種方案,補種窩眼輪的轉動是靠補種裝置轉臂帶動的,由窩眼輪式排種器的工作原理可知,為使補種窩眼輪排出一粒種子,撥桿帶動補種裝置轉臂轉動的角度應等于2π/Z。

考慮到采用補種裝置進行補種時受其安裝位置的影響[16]。為了提高補種質量,以機具回轉中心O為圓心,豎直向下為Y軸,機具前進的反方向為X軸,建立如圖7所示直角坐標系,對補種裝置轉臂被撥桿推動的運動過程進行分析。

圖7 補種裝置運動分析

根據幾何關系可知,撥桿帶動轉臂轉動的角度ξ5可表示為

ξ5=π+ξ2-ξ4-∠OCF

(13)

式中:ξ5——撥桿帶動轉臂轉動的角度,(°);

ξ2——OC與縱軸Y的夾角,(°);

ξ4——CF′與豎直方向的夾角,(°)。

為保證補種裝置復位到初始位置時,撥桿能夠推動轉臂,在△OCF′中CF′的長度應小于轉臂長度l,則

lCF′=cos(π-ξ2+ξ4)lOC+

(14)

式中:lOC——補種裝置回轉中心C與O點距離,mm;

lCF′——撥桿轉至F′時與C點距離,mm;

lOF——撥桿與O點距離,mm;

l——轉臂長度,mm。

同時由于補種裝置的偏心布置,轉臂在被撥桿推動旋轉一定角度后將與撥桿分離。在轉臂在轉過ξ5后,處于與撥桿即將分離的臨界狀態,即在△OCF中CF的長度應等于轉臂長度l,則

(15)

式中:lCF——撥桿轉至F時與C點距離,mm;

ξ3——撥桿由F″轉至F的角度,(°)。

此時在△OCF中的∠OCF可以表示為

(16)

針對主排種窩眼輪出現的連續未充種現象,為保證補種裝置作業連續性,撥桿在從一個行程的起點F″轉動到終點F的角度ξ3應滿足式(17)。

(17)

式中:N——播種單體轉動一周排出種子數量,個。

合并式(13)～式(17)得式(18)。

(18)

由式(18)可知,當ξ5確定時,轉臂l的長度隨lOC的增大以及ξ2的增大而減小。根據選擇的播種單體型號,N為6。綜合考慮機具的尺寸要求,確定lOC的長度為82.5 mm、撥桿與機具回轉中心的距離lOF為140 mm。當ξ1取45°時,回轉中心C點坐標為(53.3,53.3),可在結構緊湊的同時滿足補種裝置運動要求,此時轉臂長度l為64 mm,ξ4為39.5°。

2.2.2 同步補種條件

為保證補種的準確性,對補種裝置復位過程以及主排種窩眼輪與補種窩眼輪的排種過程進行分析。并根據撥桿運動過程中是否帶動補種裝置轉動,可將撥桿的行程分為兩部分,如圖7所示,其一為由F″轉至F′的空行程,其角度為ξ1;其二為由F′轉至F的撥桿推動補種裝置轉動的工作行程,其角度為ξ3-ξ1。在撥桿空行程過程中,補種裝置在解鎖后被補種復位彈簧拉回復位,在撥桿工作行程中帶動補種裝置工作。

1) 補種裝置復位行程分析。為實現補種裝置在鎖桿解除鎖定后能及時復位,使撥桿在F′處可以推動轉臂,因此撥桿轉過空行程角ξ1的時間內,補種裝置應從鎖止狀態在補種復位彈簧的作用下回到初始位置CF′。此時補種裝置復位所需的時間應小于撥桿由F″轉到F′位置的時間,即

(19)

式中:t——補種裝置復位時間,s;

ξ1——撥桿轉動的空行程角,(°)。

由△OCF′的幾何關系可知撥桿的空行程角ξ1可以表示為式(20)。

(20)

合并式(13)～式(17)與式(20)可得撥桿空行程角ξ1為42.8°。

為使補種復位彈簧更好地帶動補種裝置復位的同時滿足結構的緊湊性,設計補種固定盤上的彈簧固定點M與初始位置CF′時轉臂上的彈簧固定點E′垂直,且lCE的長度為35 mm、lME′為40 mm。當補種復位彈簧彈力越大時,補種裝置復位時間越短,根據播種單體的作業速度一般在0.4～1.4 m/s。選取彈力系數為2.5 N/cm的彈簧,進行預試驗。以彈簧被拉長至ME時彈簧的最大拉力與補種裝置復位時間進行試驗,其結果如圖8所示。

圖8 彈簧最大作用力與補種裝置復位時間關系圖

根據試驗結果選擇補種復位彈簧的最大作用力Fkmax為8～15 N進行后續試驗。

2) 補種裝置排種時序分析。為實現同步補種,當主排種窩眼輪出現未充種狀況時,主排種窩眼輪的待排種窩眼轉至投種點時,補種裝置應帶動補種窩眼輪中的種子同時到達投種點,對其排種行程進行分析,如圖9所示。

(a) 待排種角位置

在排種系統完成一個工作行程后,主排種窩眼輪待排種的窩眼與投種點A相對于回轉中心C的角度為ε1,稱為待排種角;補種窩眼輪待補種窩眼與投種口相對于回轉中心C的角度為ε2,稱為待補種角。設當撥桿轉至F?時,可使補種窩眼輪轉過ε2將種子排出。對一個工作行程中撥桿從F″位置轉至F?位置經過的時間t′進行分析,此時t′可以表示為式(21)。

(21)

式中:t′——補種裝置排種時間,s;

Ψ——撥桿由F″轉至F?經過的角度,(°)。

由△OCF?的幾何關系可知當撥桿帶動轉臂轉過ε2時,撥桿轉過的角度Ψ可表示為式(22)。

(22)

顯然,為實現同步補種,在補種裝置排出種子的同時主排種窩眼輪未充種的窩眼也應轉過角度ε1到達投種點,即ε1應滿足式(23)。

(23)

結合式(21)～式(23)可得,當補種窩眼輪待補種角ε2大于0°,即主排種窩眼輪待排種角度ε1大于28.5°時可滿足待補種裝置隨主排種裝置同步補種的條件。為避免窩眼過于靠近投種口,出現種子脫離窩眼落入投種裝置的情況造成重播,因此ε2不宜過小,結合型孔的大小確定待補種角ε2為10°,待排種角ε1為31.3°,滿足同步補種需求。

3 臺架性能試驗

3.1 試驗條件

試驗材料為在黃淮海地區廣泛種植的鄭單958包衣種子,并通過JPS-12型排種器性能檢測試驗臺對排種器性能進行試驗。

3.2 試驗方法

根據對檢測裝置與補種裝置的原理分析以及預試驗確定了影響播種質量的主要因素為機具前進速度、補種裝置復位彈簧拉力以及探種角度。試驗中通過調整電機轉速進而改變機具前進速度;更換不同規格彈簧以調節彈簧拉力;更換探種桿以調節探種角度。試驗過程中對三個因素開展單因素試驗與正交試驗,對播種裝置參數進行優化。

按照GB/T 6973—2005《單粒(精密)播種機試驗方法》[17],選取漏播指數與合格指數為試驗評價指標,其計算公式如式(24)～式(25)所示。

(24)

(25)

式中:S1——漏播指數,%;

S2——合格指數,%;

N0——播種數量,個;

n1——漏播個數,個;

n2——合格個數,個。

3.3 單因素試驗

為分析各因素對播種機作業性能的影響,綜合考慮作業速度及其他各因素的控制范圍,采用單因素試驗,選擇作業速度為0.4～1.4 m/s;探種角度40°～50°;彈簧最大作用力8～15 N。每組試驗重復3次取平均值。

在探種角度為45°、補種復位彈簧最大作用力為12 N的情況下,對作業速度進行單因素試驗。由圖10(a)可知,隨作業速度的增大,漏播指數呈持續上升的趨勢,并在1.1 m/s處上升變化增大,合格指數呈持續下降的趨勢。這是因為,當前進速度較低時,排種器的充種性能較好,且補種裝置的性能較優,而隨著前進速度的增大,排種器充種的時間變短,導致充種效果較差,且隨前進速度增大,補種裝置難以及時復位,導致補種質量差,造成漏播指數上升以及合格指數的下降。其中作業速度0.7～1.1 m/s為正交試驗的范圍。

(a) 探種角度45°,彈簧最大作用力12 N

在前進速度為0.8 m/s,補種復位彈簧最大作用力為12 N的情況下,對探種角度進行單因素試驗。由圖10(b)可知,隨探種角度的增大,漏播指數呈先下降后升高的趨勢,合格指數呈先上升后下降的趨勢。當探種角度增大時,漏播檢測裝置對種子的尺寸及充種姿態適應性更好,能夠帶動鎖桿及時可靠的完成補種裝置的結合與分離,降低漏播指數,提高合格指數。隨著探種角度的繼續增大鎖桿過早地去對補種裝置進行鎖定,導致補種效果變差,漏播指數升高,合格指數下降。因此選取探種角度43°～47°為正交試驗的范圍。

在前進速度為0.8 m/s,探種角度為45°的情況下,對復位彈簧最大作用力進行單因素試驗。如圖10(c)可知,隨彈簧最大作用力的增加,漏播指數先下降后呈緩慢上升趨勢,合格指數先上升后呈緩慢下降趨勢。這是由于在該探種角度及作業速度的條件下,隨復位彈簧最大作用力的增大,補種裝置復位的時間縮短,使補種裝置可以及時復位進行補種,降低了漏播指數并提高合格指數。而隨著復位彈簧最大作用力的繼續增大,補種裝置的復位時間已經滿足了對時序的需求,過大的彈簧作用力使機具的震動及負載增大,導致漏播指數上升及合格指數呈下降的趨勢。因此選取復位彈簧最大作用力為10～14 N為正交試驗的試驗范圍。

3.4 正交試驗

由前述分析可知,播種質量受作業速度、探種角度和彈簧最大作用力綜合影響,得到補種裝置的最佳參數組合,根據正交試驗設計原理以作業速度、探種角度、彈簧最大作用力為試驗指標探究對漏播指數(Y1)及播種合格指數(Y2)的影響規律,因此設作業速度為U、探種角度為V、彈簧最大作用力為W,對其進行三因素三水平正交試驗,試驗因素編碼表如表1所示。

表1 試驗因素與水平

通過SPSS26.0軟件在顯著性水平α=0.05下,對各因素進行F檢驗并對其進行方差分析,試驗結果如表2所示,方差分析如表3所示。

表2 試驗方案和結果

表3 方差分析

結果表明對于漏播指數,作業速度與彈簧最大作用力對其存在顯著影響,而探種角度對其并無顯著影響,其較優參數組合為U2V1W2。對于合格指數來說,三個因素均對其存在顯著性關系,較優的參數組合為U2V2W3。剔除不顯著因素對試驗指標的影響,確定最優的參數組合為U2V2W2。即作業速度為0.9 m/s、探種角度為45°、彈簧最大作用力為12 N。在該組合下進行試驗,播種機的漏播指數為3.4%,合格指數為94.5%。

3.5 對比試驗

為驗證該漏播檢測與補種裝置的性能,在最優參數組合下,與傳統滾筒式播種裝置開展對比試驗,在相同作業速度下,測得兩者漏播指數與合格指數,重復三次試驗取平均值。傳統滾筒式播種裝置的漏播指數與合格指數分別為7.3%與89.7%,配有補種裝置的滾筒式播種裝置的漏播指數與合格指數分別為3.4%與94.5%。試驗結果表明,該工況下配有漏播檢測與補種裝置的播種裝置較傳統滾筒式播種裝置漏播指數降低了3.9%,合格指數提高了4.8%,具有良好的作業效果。

4 結論

1) 針對玉米播種過程中的漏播現象,確定了基于冗余設計原理的排種器漏播補種策略,研究了一種機械式漏播檢測補種裝置,并根據實際作業條件對其關鍵部件進行設計,確定了雙壓頭探種桿的結構參數L為6 mm、L′為2 mm;補種裝置轉臂的長度為64 mm;探種裝置及補種裝置回轉中心的位置坐標分別為(67.6 mm,30.2 mm)、(53.3 mm,53.3 mm)以及實現同步補種的條件。

2) 通過對檢測裝置的漏播監測過程以及補種裝置補種過程進行分析,確定影響播種質量的主要因素。并以作業速度、探種角度、彈簧最大作用力為試驗因素,以漏播指數、合格指數為試驗指標,采用單因素試驗確定了各因素的取值范圍。

3) 在單因素試驗研究的基礎上,開展了三因素三水平的正交試驗,確定了所選主要參數的最佳組合,即作業速度0.9 m/s,探種角度45°、彈簧最大作用力12 N,此時漏播指數為3.4%,合格指數為94.5%,達到國家標準。在該最優參數組合下與傳統滾筒式播種裝置進行對比試驗,結果表明配有該裝置的滾筒式播種裝置,漏播指數降低了3.9%,合格指數提高了4.8%,對降低漏播提高播種質量具有較大意義。