高速玉米精密排种器的研究
玉米精量播种机排种性能检测系统研究——基于光电法
玉米精量播种机排种性能检测系统研究基于光电法郑雯璐ꎬ衣淑娟ꎬ李抒昊ꎬ刘㊀坤ꎬ戈天剑(黑龙江八一农垦大学信息技术学院ꎬ黑龙江大庆㊀１６３３１９)摘㊀要:为了确保玉米精播机的播种质量ꎬ在结合了过去排种监测方法优缺点的基础上ꎬ设计了一种以３对红外发光二极管和光敏三极管交叉摆放为监测传感器的排种性能监测系统ꎮ该系统能够实现种粒信号拾取㊁种箱状态监测㊁漏播和重播警报等功能ꎮ工作时ꎬ光电传感器检测到的光电信号通过调理电路把数据传给单片机ꎬ如果检测到的数据满足种箱排空㊁种管阻塞或多粒重播ꎬ单片机就会给报警电路传输指令使其发生警报ꎮ试验结果表明:系统性能可靠且监测无盲区ꎬ检测误差率可控制在９７.５％以内ꎬ能对玉米精密排种器排种性能进行精确监测ꎬ有助于提升播种机作业性能ꎮ关键词:玉米精播机ꎻ排种监测系统ꎻ光电传感器ꎻ精确检测中图分类号:Ｓ２２３.２＋５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０１９)０４－０２００－０４０㊀引言在农业高度机械化的今天ꎬ精密播种机作为主要的农器具被广泛应用ꎻ但因为其构造的封闭性使得人们无法在机器运行过程中直观并及时监测播种状态ꎬ一旦发生漏播㊁重播等排种故障将会对作物产量造成极大损失[１]ꎮ因此ꎬ为播种机配备排种质量监测系统已成为精量播种技术研究的重中之重[２]ꎮ排种器是精密播种机的核心部件ꎬ高精度的播种过程是确保玉米高产量的重要保障ꎮ目前ꎬ播种机排种性能检测常用方法有电容信号㊁压电信号㊁激光信号及光电信号几大类ꎮ就实际应用来看ꎬ因光电传感器具有成本低㊁响应速度快等诸多优点ꎬ以往研究人员多利用光电法对排种器排种性能进行检测[３]ꎮ以排种过程中下落的种粒为监测对象ꎬ当种子下落时ꎬ种粒受管壁的碰撞㊁摩擦等因素的影响出现漏播或多粒重播ꎬ若传感器只能产生１个脉冲ꎬ检测重播的误差较大ꎮ因此ꎬ本文设计了一套基于光电法的玉米精量播种机排种性能监测系统ꎬ传感器安放在排种管中部ꎬ将３对射光电传感器交叉摆放在排种管两端ꎬ目的在于提高排种性能检测的稳定性和可靠性ꎬ实现排种管收稿日期:２０１７－１１－２５基金项目: 十二五 国家科技支撑计划项目(２０１４ＢＡＤ０６Ｂ０４－０３)作者简介:郑雯璐(１９９３－)ꎬ女ꎬ陕西黄陵人ꎬ硕士研究生ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)１７５００１９６７２ｑｑ.ｃｏｍꎮ通讯作者:衣淑娟(１９６５－)ꎬ女ꎬ山东栖霞人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｙｉｓｈｕｊｕａｎ＿２００５＠１２６.ｃｏｍꎮ内排种监测无盲区ꎬ对重播㊁漏播和堵塞等排种性能进行监测ꎬ并与常规监测装置进行数据对比ꎬ得出结论ꎮ１㊀主要功能及原理１.１㊀种子排种量监测单片机的定时/计数器Ｔ０设置为计数器模式ꎬ可实现播种机排种量计数ꎬ定时/计数器Ｔ１设置为定时器模式ꎬ用来实现报警定时ꎮ当种子从排种管落下经过种管上安装的光电传感器ꎬ光敏三极管产生高低电平的变化ꎬ接收端每返回一次高电平ꎬ计数器加１ꎬ在显示屏显示排种数量ꎻ利用高低电平持续时间进行逻辑判断来监测播种机是否出现故障ꎮ１.２㊀漏播和重播警报排种器正常工作时ꎬ种子从种箱内有序码入种盘后下落至排种管内ꎬ在播种现场由于工况很差ꎬ导致出现重播和漏播现象[４]ꎬ安装在排种管中部的传感器对种子经过时产生的脉冲变化情况判断是否发生漏播和重播[５]ꎮ因此ꎬ本文利用蜂鸣器对播种过程中出现的故障进行报警ꎬ其受外界影响因素较小ꎬ可以在恶劣的环境中使用ꎬ声光报警电路如图１所示ꎮ１.３㊀作业工况监测播种机上安装ＧＰＳ定位系统ꎬ按照播种机的行进距离和作业幅宽ꎬ来计算播种机的作业面积ꎮ８~１０ｋｍ/ｈ为播种机的限定速度ꎬ根据ＧＰＳ发出的指令可测出播种机的作业速度是否超速ꎮ１.４㊀种箱状态监测装置设计种箱排空如果不能及时发现ꎬ则会导致种子漏播的情况发生ꎮ利用压敏电阻监测种箱内种子情况ꎬ安装在种箱内的压敏电阻阻值受其周围种子量影响ꎬ将压敏电阻安放在种箱中下部ꎬ种量充足输出高电平ꎬ种子和压敏电阻的距离大于９ｍｍ标准距离时ꎬ则输出低电平ꎬ持续低电平２ｓ以上时ꎬ向上位机发送报警信息ꎬ微处理器通过其电平的变化就可以判断种箱内的状态ꎮ图１㊀声光报警电路图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｏｕｎｄａｎｄｌｉｇｈｔａｌａｒｍｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍ２㊀硬件设计在排种性能检测系统硬件设计上ꎬ要实现对脉冲信号的采集㊁整形滤波㊁传输及显示和报警[６]ꎬ包括光电传感器信号采集处理电路㊁显示终端硬件设计两大部分ꎬ应采用分模块的方式解决ꎮ光电传感器检测到的光电信号通过接受调理电路把数据上传给单片机ꎬ由单片机通过ＺｉｇＢｅｅ无线模块传送给上位机并进行显示ꎮ２.１㊀传感器电路设计光电传感器的选型种类繁多ꎬ普通发光二极管发光强度不够ꎬ激光二极管发光强度大ꎬ但成本高ꎻ加之播种机在田间作业期间ꎬ环境十分恶劣ꎬ尘土会很容易进入到导种管内部ꎬ进而将传感器挡住ꎬ严重影响光信号的传递[７]ꎮ因此ꎬ本系统采用波长９４０ｎｍꎬ其光线平行性好ꎬ重要的是使用时不需要外加透镜ꎮ同时ꎬ其体积小㊁稳定性好ꎬ能够满足在户外使用ꎮ接收端选用ＳＴ－１ＫＬ３Ａ型光敏三极管㊁ＥＬ－１ＫＬ５型红外发光二极管作为发光源ꎬ该光源波的有效感光波长范围为４００~１０５０ｎｍꎬ对ＥＬ－１ＫＬ５所发射光波长度敏感[８－９]ꎮ播种机排种管直径为２５~３０ｍｍꎬ玉米种子直径一般不超过排种管直径的１/３ꎮ考虑到１对光电传感器的覆盖面积有限ꎬ且种子从排种器出来时具有一定的初速度ꎬ会在导种管内发生弹跳现象并产生检测盲区ꎬ因此设计将３对光电传感器发射端和接收端交叉嵌入在排种管内部ꎮ这种传感器的摆放方式使得排种管内基本无盲区ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀传感器检测无盲区示意图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｅｎｓｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｂｌｉｎｄｚｏｎｅｓｃｈｅｍａｔｉｃ种子通过光电检测区产生高电平信号ꎬ经过调理电路进行整形㊁滤波㊁逻辑门后进行显示ꎮ光电传感器连接图如图３所示ꎮ图３㊀光电传感器连接图Ｆｉｇ.３㊀Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ２.２㊀信号调节电路设计由于光电传感器输出波形不规整ꎬ会导致单片机对光电信号产生误判ꎬ需对光电传感器输出信号进行整形[１０]ꎬ提高传感器采集数据精度ꎬ本文采用了Ｃ－Ｄ４０１０６Ｂ施密特触发器ꎻ由于采用３对光电传感器会输出３组脉冲信号ꎬ施密特触发器在设计中相当于 非门 ꎬ对下位机采集的脉冲信号进行了整形滤波ꎮ两个电脉冲信号的时差就是种子下落时间差ꎬ当输种管中有种子流动时传感器有脉冲输入到判别电路ꎬ则判别电路输出为 １ 态ꎻ当输种管无种子流动时ꎬ传感器无脉冲输出ꎬ则判别电路无脉冲输入ꎬ其输出为 ０ 态[１１]ꎮ本文将３对光电传感器采用 与 电路和 或 门电路进行整形ꎬ是考虑到当种粒下落经过此处时一定会遮盖住这３对光电传感器的任意１对ꎬ产生脉冲信号(图４)ꎬ因此３对传感器的信号端选择了与门和或门操作来实现对空㊁堵及重播的报警ꎮ图４㊀整形电路原理图Ｆｉｇ.４㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｌａｓｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔ２.３㊀无线模块电路本试验采用ｎＲＦ２４Ｌ０１芯片组成的无线收发模块ꎬ其优点可总结以下几点:传输速率最高可达２Ｍｂｐｓꎬ工作效率快ꎻ抗干扰能力强ꎻ功耗低ꎬ掉电模式下电流仅为１μＡꎻ可软件设置地址ꎬ能够直连各种单片机使用ꎬ软件编程非常方便ꎻ由于无线模块的工作电压是１.９~３.６Ｖꎬ因此可以将无线模块直接连接单片机的电源输出端ꎬ给其提供３.３Ｖ电压就可以正常工作ꎮｎＲＦ２４Ｌ０１＋的模式选择控制引脚ＣＥ置为１时ꎬ芯片工作在接收模式ꎻＩＲＱ引脚是中断信号输出端ꎬ当数据发送或接收完毕后ꎬＩＲＱ端口会发出中断信号ꎬ通知单片机及时对寄存器中的数据进行处理ꎮ２.４㊀报警电路为了改善播种机播种工况ꎬ提高播种机作业性能ꎬ在作业过程中播种机出现故障时ꎬ要及时进行报警ꎬ避免大面积缺苗㊁断垄等情况的发生[１２]ꎮ为此ꎬ本文设计了故障报警电路ꎬ与主单片机的Ｐ１.２口连接ꎮ当输出的高低电平发生变化时ꎬ单片机判断故障类型并发送给主机ꎬ进而控制蜂鸣器报警ꎻ同时ꎬ液晶屏同步显示故障信息ꎬ提醒机手及时对故障做出处理ꎮ３㊀软件设计整个软件程序包括程序初始化㊁数据采集子程序㊁无线发射子程序㊁报警子程序和显示子程序ꎮ对ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机及各控制芯片进行初始化ꎬ保证控制系统做好工作准备ꎻ调用信息采集及数据处理㊁运算子程序ꎬ调用无线传输子程序ꎬ当有信息需要发送或接收时ꎬ无线模块便会调整工作模式完成数据的无线收发ꎻ调用报警子程序ꎬ在播种机工作过程中ꎬ当发生漏播情况时ꎬ报警系统能够及时报警ꎻ调用显示子程序ꎬ实时对播种参数进行显示ꎬ当发生漏播故障时ꎬ显示屏会自动跳转到故障页面显示相关故障信息ꎮ系统的总程序框图如图５所示ꎮ图５㊀主程序流程图Ｆｉｇ.５㊀Ｍａｓｔｅｒｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍ４㊀实验分析与结果分析４.１㊀排种量检测试验试验在黑龙江八一农垦大学播种机进行ꎬ选择整理好的平整地面作为试验地ꎮ玉米种子型号为金山８号ꎬ种子直径６ｍｍꎮ选择３０００粒玉米种子进行排种量检测试验ꎬ将３０００粒种子随机分为１５组ꎬ依次将各组种子进行试验ꎬ将试验结果进行误差分析ꎮ种子从排种箱匀速下落ꎬ经过安装在排种管内部的光电传感器ꎬ上位机得出种子下落的数目ꎬ将其与实际值进行比较ꎬ如表１所示ꎮ表１㊀排种量检测结果Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｅｅｄｖｏｌｕｍｅ试验序号实际播种量/粒监测排种量/粒误差率/％１１９９１９４２.５１２２００１９６２.０３２０１１９６２.４９４１９５２００２.５５１８９１９５３.１７６１９７１９３２.０３７２０１１９５２.９９８２０２１９７２.４８９１９５２０２３.５９１０１８９１９５３.１７１１１９５１９８１.５４１２２０２１９８１.９９１３２０１１９８１.５１４１９４１９９２.５８１５１９５１９９２.０５平均值１９７１９７２.４４㊀㊀试验表明:该排种器监测传感器对排种量检测精度可以达到９７.５％ꎬ达到工况要求ꎬ能够准确地检测排种量ꎮ４.２㊀漏播和重播异常报警试验在对漏播量和重播量进行统计时ꎬ取适量金山８号玉米种子随机分为３组ꎬ投入排种管内ꎬ为增加漏播重播种粒样本数量ꎬ在排种器与导种管之间加装了小挡板ꎬ种粒下落时有一部分会撞击挡板ꎬ相邻种粒的下落时间差将会改变ꎬ从而模拟排种异常状况ꎮ试验结果如表２所示ꎮ在做异常警报试验时ꎬ采取人为制造异常的方法ꎬ来检测报警系统的灵敏度ꎮ报警试验时ꎬ在种子下落过程中将调速器关闭ꎬ人为地使两粒种子下落的时间间隔超过定时器警报时间ｔꎬ用秒表记录多长时间上位机发出警报㊁显示屏显示故障信息ꎮ试验结果显示:在模拟漏播和排种堵塞的情况下ꎬ异常发生到传给上位机报警延时时间为２ｓꎬ漏播和重播报警监测精度达到要求ꎻ排种器漏播报警可靠率１００％ꎬ报警系统可靠率１００％ꎮ表２㊀监测精度试验Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｔｅｓｔ试验序号项目漏播量重播量１实际值/粒６０７２测量值/粒５２６９精度％８５.２９５.８２实际值/粒８９３７测量值/粒８４３２精度％９４.３８６.４３实际值/粒１１２８０测量值/粒１０９７７精度％９７.３９６.３总计实际值/粒２６１１８９测量值/粒２４５１７８精度％９３.８９４.２５㊀结论对排种器性能监测系统的综合测试表明:设计的交叉摆放光电传感器能够实现对排种过程的实时监控ꎬ并能对种箱排空和输种管堵塞等异常情况发出实时报警信号ꎮ该排种器监测传感器对排种量检测精度可以达到９７.５％ꎬ对漏播量和重播量的监测精度分别为９３.８％和９４.２％ꎬ满足工况要求ꎮ参考文献:[１]㊀郝向泽ꎬ何旭鹏ꎬ邹翌ꎬ等.基于光电传感器的精密播种机排种性能监测系统的研究[Ｊ].华南农业大学学报ꎬ２０１７ꎬ３８(１):１２０－１２４.[２]㊀纪超ꎬ陈学庚ꎬ陈金成ꎬ等.玉米免耕精量播种机排种质量监测系统[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１６ꎬ４７(８):１－６. [３]㊀李雷霞ꎬ郝志明ꎬ杨薇ꎬ等.精密播种机排种性能检测系统的研制[Ｊ].农业工程ꎬ２０１２ꎬ２(８):１６－１９. [４]㊀陆黎ꎬ胡建平ꎬ王韩伟.精密播种机监控系统的发展现状及创新研究[Ｊ].农机化究ꎬ２００５(２):１３－１５. [５]㊀王大可ꎬ衣淑娟ꎬ赵雪ꎬ等.气吸精播机施肥量无线计量监测系统的研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１７ꎬ３９(３):８４－８８. [６]㊀李丹ꎬ耿端阳ꎬ马柄腾ꎬ等.玉米精密播种机性能监测系统研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１３ꎬ３５(１１):７１－７４.(下转第２０８页)ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＰａｔｈＰｌａｎｎｉｎｇｆｏｒＨａｒｖｅｓｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＰＣＡＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍＸｕＮａꎬＺｈｏｕＷｅｉｍｉｎｇ(ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＮａｎｙａｎｇ４７３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔａｒｇｅｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｖｉｓｉｂｌｅｆａｒｍｌａｎｄｌａｎｄｍａｒｋｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｍａｇｅｓｂａｓｅｄｏｎｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎａｌｙｓｉｓ(ＰＣＡ２ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ)ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｌａｔｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｍｂｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍꎬｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｉｍａｇｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｂｉｎｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ.ＩｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎꎬｗｅｕｓｅＰＣＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｅｘｔｒａｃｔｆｅａｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｓｅｇｍｅｎｔｅｄｉｍａｇｅꎬａｎｄｒｏｔａｔｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐｉｎｄｌｅｉｎｔｏｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇｓａｍｐｌｅｌｉｂｒａｒｙｔｏｍａｔｃｈ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｗｅｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｎａｖｉｇａ￣ｔｉｏｎｒｏａｄｓｉｇｎａｎｄｒｅｃｏｇｎｉｚｅｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｐａｔｈｓｉｇｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙꎬａｎｄｔｈｅｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｐｒｅｓｅｔｐａｔｈ.Ｉｎｏｒ￣ｄｅｒｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆＰＣＡｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｅｒꎬａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｉｓｄｏｎｅｉｎｆｌａｔｏｐｅｎｆａｒｍｌａｎｄꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔꎬｕｓｉｎｇＰＣＡｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｓｕｃｃｅｓｓ￣ｆｕｌｌｙｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｉｇｎｓꎬｔｈｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｈｉｇｈꎬａｎｄｃａｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｔｈｅｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇꎬｗｈｉｃｈｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｍｏｄｅｒｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈａｒｖｅｓｔｅｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎꎻｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇꎻＰＣＡｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎꎻｔｒａｉｎｉｎｇｓａｍｐｌｅｓ(上接第２０３页)[７]㊀宋鹏ꎬ张俊雄ꎬ李伟ꎬ等.精密播种机工作性能实时监测系统[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１１ꎬ４２(２):７１－７４ꎬ７９. [８]㊀刘坤ꎬ衣淑娟ꎬ赵斌ꎬ等.玉米播种机排种监测的试验研究与设计[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１５ꎬ３７(１２):３０－３２ꎬ４８. [９]㊀李中一.光电式力传感器系统设计与测试研究[Ｄ].北京:北方工业大学ꎬ２０１５.[１０]㊀蒋春燕.玉米精密播种机智能控制系统的研究[Ｄ].淄博:山东理工大学ꎬ２０１５.[１１]㊀匡丽红ꎬ张伟ꎬ赵斌ꎬ等.精密播种机种肥智能监测系统[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１０ꎬ３２(６):９－１２.[１２]㊀朱瑞祥ꎬ葛世强ꎬ翟长远ꎬ等.大籽粒作物漏播自补种装置设计与试验[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１４ꎬ３０(２１):１－８.ＡｂｓｔｒａｃｔＩＤ:１００３－１８８Ｘ(２０１９)０４－０２００－ＥＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＳｏｗｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＰｒｅｃｉｓｉｏｎＳｅｅｄｅｒｓＢａｓｅｄｏｎＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｅｎｓｏｒＺｈｅｎｇＷｅｎｌｕꎬＹｉＳｈｕｊｕａｎꎬＬｉＳｈｕｈａｏꎬＬｉｕＫｕｎꎬＧｅＴｉａｎｊｉａｎ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＢａｙｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＤａｑｉｎｇ１６３３１９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｅｅｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｅｄｅｒꎬＢａｓｉｎｇｏｎｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｏｔｈｅｒｍｏｎｉ￣ｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ.ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓａｋｉｎｄｏｆｐｌａｔｏｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎬＴｈｉｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｉｎｆｒａｒｅｄｅ￣ｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅａｎｄｔｈｒｅｅｌｉｇｈｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅ.ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｐｅｒｆｏｒｍｓｅｖｅｒａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓꎬＣａｐｔｕｒｉｎｇｓｅｅｄｓｉｇｎａｌꎬＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｓｅｅｄｂｏｘꎬＡｌａｒｍｉｎｇｔｈｅｌｅａｋｓｅｅｄｓａｎｄｔｈｅｒｅｐｅａｔｓｅｅｄｓ.ＴｈｒｏｕｇｈｓｈａｐｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔꎬＴｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｄｅ￣ｔｅｃｔｓｔｈｅｌｉｇｈｔｓｉｇｎａｌａｎｄｐａｓｓｅｓｉｔｔｏｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ.ＴｈｅｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｗｉｌｌｓｅｎｄａｎａｌａｒｍｔｏｔｈｅａｌａｒｍｃｉｒｃｕｉｔꎬＩｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｄａｔａｃａｎｓａｔｉｓｆｙａｋｉｎｄｏｆｅｍｐｔｙｂｏｘꎬｐｉｐｅｂｌｏｃｋｉｎｇｏｒｍｕｌｔｉｃａｓｔ.Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｂｌｉｎｄｚｏｎｅｉｓｍｏｎｉｔｏｒｅｄꎬａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｒａｔｅｃａｎｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｉｎ９７.５％.Ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｒｏｗｏｆｍａｉｚｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｌａｔｔｅｒꎬｗｈｉｃｈｃａｎｈｅｌｐｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｅｄｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｒｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｌａｎｔｅｒꎻｐｌａｎｔｅｒｓｅｅｄｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎻｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒꎻａｃｃｕｒａｔｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４期。
基于模态的玉米高速精密排种器振动特性分析
·47·
2019 年 7 月
农机化研究
第7 期
能直接影响到玉米 播 种 粒 距 均 匀 性 、单 粒 率 及 播 种 速 度等指标 ，其可靠 性 直 接 决 定 了 播 种 机 的 性 能 。 按 照 设计要求，本文在 SolidWorks 中建立排种器三维模型。
与田间地表振动激励相耦合，保证工作性能的同时， 式，采用电机驱动方式。种箱通过借 助 前、后 固 装 支
收稿日期： 2018 － 01 － 31 基金项目： 山东省自然科学基金项目（ ZＲ2016EEB22 ） ；山东省农机装
备 研 发 创 新 项 目 （ 2016 YF005 ） 作者简 介： 刘 虎 （ 1986 － ） ，男，山 东 临 沂 人，工 程 师，硕 士，（ E －
总成 的 1 阶 约 束 模 态 53 ． 8 Hz ，排 种 器 在 工 作 过 程 中 不 会 因 地 表 激 励 引 发 共 振 ，结 构 设 计 合 理 。 本 文 有 助 于 协 助
排种 器 设 计 人 员 了 解 排 种 器 的 刚 度 分 布 及 地 表 激 励 振 动 频 谱 分 布 ，对 后 续 设 计 手 段 和 设 计 流 程 的 提 升 有 一 定 的
帮助。
关键词： 玉米排种器； 模态分析； 振动测试
中图分类号： S223． 2 + 4
文献标识码： A
文章编号： 1003 － 188X（ 2019） 07 － 0047 － 05
DOI:10.13427/ki.njyi.2019.07.009
0 引言
提升机构可靠性。 本文利用 SolidWorks 软件建立排种器三维模型，
气吸式玉米高速精量排种器直线投种过程分析与试验
第36卷第9期农业工程学报 V ol.36 No.926 2020年5月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May 2020气吸式玉米高速精量排种器直线投种过程分析与试验李玉环，杨丽※，张东兴，崔涛，张凯良，解春季，杨瑞梅（1. 中国农业大学工学院，北京100083；2. 农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室，北京 100083）摘要：为解决气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下投种过程种子与导种管碰撞异位造成排种粒距合格率下降和排种粒距变异系数增大的问题，该文提出了一种利用推种装置配合种盘吸孔实现直线投种的方法，并对直线投种原理进行分析，阐明直线投种过程中种子与排种器的运动和力学关系，明确种盘吸孔曲线方程，确定了推种装置结构曲线参数方程。
选取投种位置和作业速度为主要因素进行全因素试验，对试验结果进行显著性分析，确定了因素与指标的回归方程，以排种粒距合格率、漏播率以及排种粒距变异系数为寻优条件，确定较优的投种位置为直线推种区角度=15°，直线落种角度=21°，并进行验证试验。
试验结果表明，作业速度12 km/h时，排种粒距合格率为98.68%，漏播率为0.69%，排种粒距变异系数为15.03%，与理论优化结果基本一致。
进行了直线投种方式与原有阻气投种方式的对比试验，结果表明，各个作业速度下排种器性能指标均有所提升，且提升幅度随着作业速度的提高而增大，在作业速度14 km/h时，直线投种较原有阻气投种排种粒距合格率提高4.22个百分点，漏播率降低4.20个百分点，排种粒距变异系数降低4.55个百分点，采用直线投种方式可大大改善播种效果，提高作业速度。
关键词：农业机械；种子；试验；气吸式排种器；高速精量；排种盘；直线投种doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.003中图分类号：S233.71 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2020)-09-0026-10李玉环，杨丽，张东兴，等. 气吸式玉米高速精量排种器直线投种过程分析与试验[J]. 农业工程学报，2020，36(9)：26-35. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.003 Li Yuhuan, Yang Li, Zhang Dongxing, et al. Analysis and test of linear seeding process of maize high speed precision metering device with air suction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 26-35. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.003 0 引 言机械化精量播种是依据农艺要求的播种密度，按照一致行距、均匀粒距和精确深度将种子播入土壤并准确定位，作为机械化种植的主要方式，已被广泛应用[1-5]。
指夹式玉米精密排种器的理论研究
指 夹 式排 种 器 主 要 由指 夹 器 、排 种 夹 盘 和 排 指夹器携带种子到达上部投种 口时 ，指夹开启 ，
种叶片等组成 ，如图 １ 所示。排种器工作 时 ，种 种 子掉 人排 种 叶片对 应 的叶腔 中 ，完 成一 次投 种 。 子从 种 箱流人 夹 种 区 ，当装有 １ ２个 指夹 的托盘 旋 落入排种叶腔 中的玉米种子 ，随排种 轮同步旋转 转 时 ，每 个 指 夹 经 过 夹 种 区 ，在 弹 簧 的 作 用 下 ， 到下 部 的投 种 口投 出 ，完 成二 次 投 种 。每 个 排种
指 夹 板 夹住 一 粒 或几 粒 种 子 ，转 到 清 种 区 。指夹 器 在 转 动过 程 中定 时开 启 和关 闭 是依 靠 凸轮 完 成 的 。开 启 阶段 指 夹器 进 入 种子 层 充 种 ，指 夹 器关 闭后 将 种子 运 往颠 簸 带 清 种 ，由于清 种 区底 面是 凹凸 不平 的表 面 ，被 指 甲夹住 的种子 滑 落 时 ，受 压 力 的变化 ，引 起颠 动 ，因此 清 种后 指 夹 腔通 常 会 剩 下 一 至二 粒 种子 ，固定 盘继 续转 动至 水平 方 向 ，经 毛刷 二 次 清 种 使 夹 指 腔 中 只 留一 粒 种 子 ， 然 后经卸 种 口投入 排种室 ，再经投 种 口投入 种床 。
＿
《 —、
１ ． 指夹器 种叶片
２ ． 排种夹盘
３ ． 颠 簸带
４ ． 种箱
５ ． 卸种口 ６ ｝
图１ 指夹式排种器的工作原理
收谢 日期 ：２ ０ １ ２ — １ ２ — １ ５
：
作者简介 ：魏泽川 （ １ ９ ５ ４ 一 ） ，男 ，辽宁阜新人 ，工程师 。
图 ２ 排种器 内部零部件结构
玉米精量排种器性能分析与对比试验
排种器作为播种机核心部件 ， 直接决定播种机 的 工 作质 量 和工作 性能 。 精 量 排种 器按 照工 作原 理 主要 可 以分为机械式和气力式 。 目前我国比较常用 的机械 式排种器为指夹式和勺轮式。 我 国气力式排种器主要 依靠引进 ， 经仿制、 改进后推向市场 ， 目前已经有很多 优秀机型在各玉米主产区推广使用 ， 常见的气力式排 种器有气吸式和气吹式 ２ 种。 目前 ，我 国玉米 生产 正朝 着 规模 化方 向发 展 ． 播 种 机工 作效 率越 来越 被 人们关 注 ， 而 随着 播种 机前 进 速度的提高， 排种器的工作性能会 出现明显的下降趋 势． 因此排种器转速 已成为考察排种器性能的一个重 要 指标 。 开展 排种 盘转 速对 各排 种器 性 能影 响 的试 验 研究 ， 并 通 过对 试 验 结果 进 行 方 差 分 析 ， 讨 论各 性 能 指标随转速的变化趋势及各排种器对速度的适应 能 力， 旨在为实际生产提供理论依据。
个 夹 指经 过夹 种 区时 。 在弹 簧 的作用 下都 会 在 固定 位 置进行 张 开和 闭合 动作 ， 在 此过 程 中夹指 板 夹住 一 粒
或几粒种子 ， 转到清种区时 ， 毛刷将多余的种子清落 ； 被夹住的单粒种子随排种盘转到上部出口时。 夹指板 打开 ， 种 子 落 人 导种 链 叶 片上 ， 最 终 随 导种 链 叶 转 动 排出； 指夹 板 比较 适 用 于 尺 寸差 异 不 大 、 形 状 规 则 的 种子 ， 排 种 性 能较 好 且 稳 定 ． 但 对 于扁 平 或 细 长 的 种 子夹 种性 能不 强 。 气 吸式排 种器 主 要 由吸室 壳体 、 排种 盘 、 搅 拌轮 、 刮种器组成。排种盘将 吸室和存种室隔开 ， 吸室通过 软 管 与风 机相 连 ； 风机工作时 ， 吸 室 产 生一 定 的真 空 度， 使排种盘型孔形成吸力 ， 将存种室内部 的种子吸 附在型孑 Ｌ 上； 种子随排种盘旋转 到刮种部位时 ， 刮种 器将多余种子 刮掉 。 只留一粒种子 ； 种子随排种盘进 入无吸力 区后 ， 最终靠 自 重或推种器的作用排出。该 排种器对真空度要求较高 ， 一旦密封件磨损 ， 就会出 １ 排种器 的结构 及工作原理 排 种器 的工作 过程 可分 为 充种 、 清种 、 护种 、 落种 现 漏播现 象 。 气 吹式 排种 器 由排种 器壳 体 、 排种 盘 、 气嘴、 挡 种 ４个 部 分 ， 充 种 和 清种 是较 为重 要 的环 节 ， 是排 种 器 片 、 清种 片等 组 成 。 其工 作原 理 为 ： 种 群从 种箱 落 入充 完成“ 定量 、 分离” 的关 键 。 种子依靠 自重和气压作用充入型孔 ； 型孔底部 勺轮式排种器 主要 由壳体 、 投种轮 、 分种勺盘等 种 区， 有 一 气孔 ． 充 填 种 子 的型 孔 转 至 清种 区 时 ， 气 嘴喷 出 组 成 。分 种勺 盘转 动 时 ， 充 种 区 内的种子 进 入 由分 种 使 型孔底 部 的单 粒种 子 勺 和 隔板 组成 的持 种 空间 ． 并 随着 盘 的旋 转 逐渐 向上 的高速 气流 将 多余种 子 吹走 ， 运动 ； 到达 一 定 高度 时 ． 处 于种 勺 开 口上部 的种 子 在 被 气压 差压 附 于型孔 内 ，并 随排 种盘 旋转 到 清种 区 ； 种子在重力和推种片的作用下掉落 ，实现单粒排种。 重力作用下落 回充种区 ， 种子随着分种勺的转动到达 对种子的外形尺寸要求不严 排种 器上 部 。 并在 分种 勺 的推力 和 重力作 用 下落 人 投 该排种器充填性能较好 ． 格 。 能够适应高速作业。 种轮隔间中 ； 种子随投种轮转动至投种 口落下 ， 完成 排种 。该排种器结构简单 、 伤种率低、 通用性好 。 ２ 材料 与方法 指夹 式 排种 器 的排种 盘上 装有 ｌ ２个 夹指 ，每一 ２ ． １ 材料 与设 备 试验 所用 种子 为郑 单 ９ ５ ８ 玉 米种 子 ． 粒 型为 半 马 齿形 ， 千粒质量 ２ ８ ９ ． ５ ０ ｇ ， 含水率 １ ２ ． １ ％。 试验在 Ｊ Ｐ Ｓ — 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ３ — ０ ５ ｌ ２排 种器 性 能检 测试 验 台上 进 行 。该 试 验 台可 用 于 作者简 介 ： 刘俊杰 （ １ ９ ６ ９ －） ， 男， 高级工程 师 ， 从 事农 业机 械 自 各种 机 械 式 和气 力 式排 种 器 的精 播 、 穴播 、 条 播 性 能 动 化 方 面的 研 究 工 作 。
玉米气吸式精密排种器试验研究
202110K 玉米气吸式精密排种器试验研究刘英楠v,衣淑娟b,李衣菲b,陶桂香b,毛欣b,张东明b（黑龙江八一农垦大学y•电气与信息学院；u.工程学院，黑龙江大庆163317）摘要：为明确投种高度、真空度、排种盘转速对气吸式玉米精密排种器的影响，以2BMG系列免耕播种机上配置的QYP-1气吸式玉米精密排种器为研究对象，以投种高度、真空度、排种盘转速为试验因素，以合格率、重播率、漏播率为评价指标，进行三因素五水平二次正交旋转组合试验。
采用多目标优化方法，确定了最佳参数组合为：投种高度265cm、真空度4.3kPe、排种盘转速16.5s/mis时，合格率74.14%,重播率2.48%,漏播率3.33%,作业性能最好。
对优化结果进行验证试验，结果为合格率73.82%、重播率2.56%、漏播率3.62%。
实际结果与优化结果数值差异很小，试验结果准确可信，且各项指标均满足玉米精密播种农艺要求。
关键词：玉米；排种器；气吸式；试验研究中图分类号：S223.2+5文献标识码：A0引言玉米是世界三大主粮之一，目前中国是世界上玉米种植面积最大的国家，但从单产量上来看，我国与单产量位居世界第一的美国还有很大差距，提升的空间还很大［1一4］。
玉米精密播种技术是依据农艺要求,按照一致的行距、株距、深度将种子精确播入土壤,省去间苗等生产环节的高效种植技术，因其具有显著的节本增效优点而得到广泛应用。
精密排种器是实现精密播种的关键部件，已成为国内外学者研究精密播种的重点和热点［5「8］。
王业成等人设计了一种夹持式玉米精密排种器〔2］,唐汉等人设计了一种波纹曲面指夹式玉米精密排种器［K］,都鑫等人设计了一种内充型孔轮式玉米精密排种器［6］。
虽然新型玉米精密排种器在不断涌现,但专门针对于玉米精密排种器性能研究的报道还未出现。
黑龙江作为我国玉米主产区，由于连年耕种使黑土层变薄，所以一直提倡采用免耕播种技术［12］。
为此，针对北京德邦大为科技有限公司生产的2BMG系列免耕播种机上配置的QYP-1型气吸式玉米精密排种器性能进行了多因素试验研究。
精密排种器的研究进展
Ｑ
Ｉ现代 农业 装备
械 装置 来完 成 ，如 窝眼轮 式和 环 带孔 式精 密排 种器 ；另 一
作 者 简 介 ： 林 叙彬 （ ９ ），男 ，广 东揭 阳人 ，硕士研 究生 ，主要从 事农业机 械检 测鉴定 Ｅ ｍ ｉ： ｊｘ ｂ ｎ １ ｃｆ 】 一 ８ ３ — ａ ｌ ｌｎ ｕ ｉ ｌ ＠ ３ ｏｌ ９ ３ ６． ｌ ８
作业 性 能 明显 恶 化 。黑 龙 江 八一 农 垦 大学 新 研 制 的Ｘ Ｊ 多 用 Ｊ ＧＰ 型孔 式 精密 排 种器 精 播大 豆等 小粒 距作 物 速度 可 达 １ ｍ ｈ ｋ／ ，但 １
沟 内。按 其排 种 原 理 可分 为 两大 类 ，如 图１ 。一类 是 机械 式 精密 排种 器 ，依种 子粒 型 ，用排 种器 的 型孔将 种子 从种
种 质量 。
图１精密排种器的分类
１ １ １机械式精 密排种器 ．．
机械 式精 密排 种器 结构 简单 ，造 价低 ，存 实 际应用 中 占有 一 定 比例 ； 但 其 对 种 子 尺 寸要 求 严 ， 无 法 适 应 高 速 作 业 。 美 国Ｊ ｈ Ｄ ｅ ｅ ７ ０ 型 精 播 机 上 采 用 的 指 夹 式 排 种 ｏ ｎ・ ｅ ｒ ０ ０ 器 虽 然 能 以 １ ． ｍ ｈ 速 度 播 玉 米 ， 但 其 通 用 性 差 ，小 能 １ ３ｋ ／ 的 精 播 大 豆 等 小 粒 距 作 物 。 北 京 农 业 工 程 大 学 研 制 的 振 动 式
的经济 效 益 … 。精密 播种 机是 实现 精密 播种 的主要 手段 ，
而 排 种 器 足 播 种 机 得 以 实 现 精 密 播 种 的 核 心 部 件 ， 是 决 定
播种 机特 性 和工作 性 能 的＿ 因素 。 种器 的工 作机 理和 主要
科技成果——气力式高速精密排种器
科技成果——气力式高速精密排种器技术开发单位山东省农业机械科学研究院成果简介随着我国农业生产结构调整、种植规模的扩大，对播种速度及播种质量要求逐步提高。
无论指夹式还是气力式精密排种器，均缺少与进口产品同等性能与质量的产品。
针对以上现状，开发出VEM型气力式高速精密排种器。
该成果于2018年完成，经山东省技术市场管理服务中心进行技术合同登记，授权发明、实用新型等专利4项，发表论文2篇。
技术特点突破了“扰动高效充种”、“双侧浮动清种”、“柔性密封润滑”等多项核心技术，电驱或机械传动驱动均可适合，样机产品在高速作业的条件下排种精确性与工作稳定性达到或超过进口水平。
电驱式台架试验单粒率≥99%、漏播率＜1%，14km/h作业驱动电机功率＜40W，田间玉米播种试验验证作业速度12km/h时，粒距合格指数可达97%、种子破碎率＜0.5%。
创新性目前应用较广的指夹式排种器不能满足更高速度要求、播种过程需石墨粉润滑对环境有风险、播种过程易损伤种子且产品可靠性与寿命均较低。
先进性高效自扰动充种、力度可调清种、动密封润滑减阻等核心技术进行了技术验证与部件开发，样机试验验证作业速度12km/h条件下单粒率、漏播率指标不低于进口高端产品。
台架播种试验8km/h排种准确性99.42%、14km/h排种准确性99.09%。
盈利性机械驱动型号预期量产后核算销售价格不及进口同类产品一半，对提高我国精密播种机核心关键部件自给率意义显著，对播种机生产企业降低成本提高竞争力影响巨大。
于2019年与企业签订成果转化合同进行量产产品开发，2020年上半年完成样机量产及性能验证后进入农机具生产企业推广，首年产量预计超过5000台，企业创造产值超过300万元。
技术成熟度小试合作方式技术许可应用前景该成果转化与实施推广能够减少种子消耗，降低农业生产成本并有利于增加产量，促进‘藏粮于技’战略实施，经济效益与社会价值显著，预期市场应用前景广阔。
2020年上半年完成样机量产及性能验证后进入农机具生产企业推广，首年产量预计超过5000台，企业创造产值超过300万元。
气吸式玉米精密排种器排种性能试验研究
通讯作 者 ：杜文亮 （ １ ９ ５ ７ 一） ， 男， 内蒙 占达拉 特旗 人 ， 教授， 博 士 生导
师， （ Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ） ｄ ｕ ｗ １ ５ ７ １ １ ＠ｖ ｉ ｐ ． ｉ ｍ ａ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
作者 简介 ：崔红梅 （ １ ９ ７ ８ 一） ， 女， 内蒙 古 鸟拉 特 前旗人 ， 副教 授 ， 博士 ，
（ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ） ｃ ｈ ｍ１ ２ ３ ｍ＠ １ ２ ６ ． ｏ ｏ ｍ。
种子通过刮种板时 ， 多余 的种子便被剔除掉 。在排种
盘旋转 到 离 开 气 吸 室 时 ， 便 失 去 了 对 种 子 的 吸 附 作
２ ０ １ ４年 ３月
农 机 化 研 究
第 ３期
气 吸 式 玉 米 精 密 排 种 器 排 种 性 能 试 验 研 究
崔 红 梅 ，陈福 德 ，杜 文亮
（ 内蒙 古 农 业 大学 机 电 工程 学 院 ，呼 和浩 特 摘 ０ １ Ｏ ０ １ ８ ）
要 ：精 密 排种 器 是 精 密播 种 机 的 核心 工 作 部 件 ， 排 种 器 的 排种 性 能 决定 了播 种 机 的播 种 质 量 。为 此 ， 以气 吸
式、 垂 直窝 眼 轮 式 、 指 夹 式 和 带 式 排 种 器 。 机 械 式
排种器具有结构简单 、 造价低廉 、 ： ＿ ｌ 二 作可靠性较好 、 制
造工艺要求不 高等优点 ， 在 实 际 应 用 中 占很 大 比例 ，
一
１ ． 排种 盘
２ ． 种子 室
３ ． 真空连接 管
４ ． 真 空 室 壳 体
和性能优化提供参Байду номын сангаас依据 。
玉米精密排种器性能对比试验
眼轮 式 、 斜 勺 式 、 倾 内充 型孑 轮 式 、 直 转 勺 式 、 夹 Ｌ 垂 指
式 和 带式 等 。 目前 ， 场 上 应 用 较 为 广 泛 的 有气 吸式 市 排 种 器 、 夹 式 和倾 斜 勺 式 ， 够 满 足 玉 米 精 密 播 种 指 能
要求。
１气 吸室 ． ２ 排种盘 ． ３ 存种室 ． ４ ．刮 种 器 ５ 排 种 器 体 ．
关 键 词 ： 玉 米 ；精 密 排 种 器 ； 性 能 对 比
中 图 分 类 号 ：８ ２ ． ２ ３２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ １ ８ ２ １ ）４一 １ ５一 ３ ０ ３— ８ Ｘ（ ０ １ Ｏ Ｏ ５ Ｏ
０ 引 言
玉 米是 我 国 的三 大 粮 食 作 物 之 一 ， 是 适 合 精 密 又 播 种 的典 型 中 耕 作 物 。精 密播 种 技 术 是 农 业 现 代 化 发 展 的必 然趋 势 ， 理 地 推 广 应 用 精 密 播 种 技 术 是 实 合 现 玉米 增 收 增 产 的 关 键 技 术 。 该 项 技 术 的实 现 由精 密 播 种 机 完 成 ， 精 密 播 种 机 的 核 心 是 精 密 排 种 而 器 ¨ 。２ Ｊ ０世 纪 ４ ０年 代 ， 国外 农 业 发 达 国家 开 始 研 究 精密 排 种 器 ， 密 排 种 技 术 已 相 当完 善 。 我 国 从 ２ 精 ０ 世纪 ８ ０年 代 开 始 进 行 精 密播 种 技 术 的研 究 ， 开 发 已 出一 些性 能 比较优 良的精 密 排 种 器 ， 用 于 精 密 播 种 应
趋 势 ， 出 不 同 排 种 器 的 最 佳 工 作 速 度 。 试 验 结 果 表 明 ： 着 工 作 速 度 的 增 加 ， 类 型 排 种 器 性 能 均 下 降 ， 最 得 随 各 且
玉米水平圆盘精密排种器排种性能试验研究_廖庆喜
收稿日期: 2002-04-24 作者简介: 廖 庆喜 ,博士生 ,北京 市海淀区清华东 路 17号 中国农 业 大学工学院 , 100083
水平圆盘精密排种器在各种运动规范下保证播种精 度的条件是: ( 1)种子相对速度必须小于囊种需要的极
10 0
农业工程学报
2 003 年
限值 ; ( 2)正确选择型孔的类型和形状 ,型孔和圆盘的厚 度应选择最佳参数、播种用种子必须经过分级均匀一致、 推刮种器工作可靠无破碎种子现象和排种器的转速最 佳 [7 ]。 图 2为动盘型孔结构示意图。
2. 2 水平圆盘精密排种器的工作原理 水平圆盘连续旋转 ,种子在重力及离心力作用下囊
入型孔 ,刮种器刮掉多余的种子 ,再通过推种器将型孔中 的种子逐次推出 [6 ]。
1. 动盘 2. 型孔开槽 3.型孔小倒角 4. 型孔大倒角 图 2 动盘型孔结构示意图
Fig. 1 Schematic diag ra m of the mov ing disc ho le
槽大倒角
型式 3 N = 36W= 6
h= 11 开槽小倒角
型式 4 N = 36 W= 6 h= 11 不开
槽大倒角
型式 5 N = 28 W= 8
h= 11 开槽小倒角
型式 6 N = 28W= 8 h= 11不开
槽大倒角
型式 7 N = 36 W= ; W— 动盘的厚度 ; h— 型孔的直径 ; 小倒角 — 1× 45°; 大倒角 — 2× 45°。
注: 试验时间— 2002-03-11; 试验品种— 农大 108; 推刮种器型式— 星轮式 ; A— 合格指数 ; D— 重播指数 ; M— 漏播指数。
表中数据表明: 转速对排种性能指标有直接的影响 , 其合格指数随动盘转速的增高而降低 ,漏播指数随转速 的增高而增大 ,结果表明对农大 108品种选用排种器动
219455641_电驱动高速精密播种技术的研究与发展
引言根据统计数据显示，2021年国内农业作物的机械播种率达到了60.22%，这表明播种机械在农业生产中发挥了显著的作用。
高速播种技术在提高播种质量、节约种子用量、提高施肥效率等方面具有明显的优势。
因此作为高效、高品质技术，越来越受到人们的关注和研究[1]。
2015年，意大利Maschio Gaspardo推出了Gaspardo Gigante，它是第一台使用电动驱动排种器技术的旋耕播种机。
2016年，约翰迪尔推出了一款新的高速播种机，称为MaxEmerge 5e。
它可以在每秒10英尺的速度下播种，采用电动驱动系统和智能化控制系统[2]。
2018年，德国Lemken公司发布了Solitair 25，可以在高速下播种多种农作物。
2020年，日本的Kubota公司推出了一款电驱高速播种机，它可以在每秒5.5英尺的速度下播种小麦、大豆和玉米等作物。
可以看出，排种器电驱作为高速精密播种机的产品级配置已经开始在发达国家的播种作业过程中得到了应用[3]。
目前我国的电驱式高速排种器技术仍处于研究和试验阶段。
1 高速播种机的优势1.1 能够提高作业效率使用高速排种技术，能够以超过14km/h速度精准地完成播种。
这一工作速度比大多数传统播种机的播种速度快2倍以上[4]。
相较于使用同等数量的常规播种机，使用高速播种机等同于每日可增加1倍的工作面积，这有效地促进了农民扩大种植规模。
1.2 能够节约投入成本高速播种机的播种作业速度要比传统播种方式的作业速度快得多，可以在较短时间内完成大面积的播种作业，显著提高生产效率。
高速播种机可以根据设定的作业参数进行精确播种，避免种植密度不均匀，减少漏播和重播的情况，从而减少种子的使用量，节约成本。
1.3 能够克服气候影响高速播种机可以通过快速、准确的种植方式缩短种植期，在恶劣的气候条件下，种植时间可根据需要作出相应的调整[5]。
等待天气状况好转后再行种植，依然能够保证按期播种，不误农时。
玉米精量播种装置排种性能电容法检测机理与方法研究
玉米精量播种装置排种性能电容法检测机理与方法研究摘要：本文研究了玉米精量播种装置排种性能检测的电容法检测机理与方法。
通过对样品放置于电容器中，使用交流电源激励电容器，通过测量电容的变化，得出了种子排放的情况。
本研究建立了电容法检测系统，进行了实验验证，并对系统的检测性能及优化提出了相关建议。
关键词：玉米精量播种装置；排种性能；电容法检测；检测机理；方法。
Ⅰ. 引言目前，玉米是我国重要的食品作物，其种植面积和产量在全球居于领先地位。
而种子作为农业生产中不可或缺的一环，种植玉米必然需要涉及到种子排放的问题。
传统的种子排放方式存在着排种数量不准、浪费种子、降低种植面积等问题。
为了解决这些问题，精量播种技术逐渐被农业工作者所采用。
但精量播种技术天然存在种子排放数量的不确定性，如何评估排种性能成为了研究的重点。
电容法作为一种广泛应用的非接触、非破坏性检测方法，已经在检测微小物体的位移、振动等方面得到了广泛的应用。
但是，电容法在种子排放方面的应用研究还非常有限。
因此，本研究主要从电容法的理论和实验出发，研究玉米精量播种装置排种性能的检测方法和机理，以期为玉米种植工作者提供可行和有效的检测方案，同时为电容法在种子排放方面的应用提供一定的借鉴价值，为今后的相关研究提供一定的参考。
Ⅱ. 相关研究电容法是一种检测物体位置和电容变化的方法，其工作原理是当两个导体电极之间间隔一定距离时，它们之间的电容大小与它们的距离和几何形状有关。
当物体穿过两个导电装置之间的间隔时，将会改变它们之间的电容大小，从而可以通过检测电容的变化来确定物体的位置和大小。
目前，电容法的应用领域广泛，包括电子工程、机械工程、生物医学和航空航天等领域。
在农业领域，电容法主要应用于农业物流和灌溉控制，用于检测粮食、饲料和种子的流量和质量等参数。
另外，还有少数研究将电容法应用于种子的检测，但是研究范围非常有限。
Ⅲ. 理论分析3.1 种子排放特点种子排放是指将种子从种植机中排出来的过程。
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目前，我国玉米种植面积和总产量仅次于美国，居世界第 ２位。玉米是我国 主 要 的 粮 食 作 物 之 一，种 植 面 积 仅 次 于 小 麦、水稻，居第 ３位，在饲料业、制药业、食品加工业以及新能 源领域都有着无可替代的作用，对我国粮食安全起着举足轻 重的作用。在玉米种植中，播种机的性能很大程度上决定出 苗的好坏，排种器的性能决定了播种质量的好坏。按照工作 原理不同，精密排种器可分为两大类：机械式和气力式 。 ［１－３］ 气力式排种器对种子的几何形状要求不严、不伤种子、不磕 籽，确保播种准确，出苗率高。但是气力式排种器需要风机和 气力系统，结构复杂，技术要求高，动力消耗大，要求高度的气 密性，须要大功率拖拉机配套。我国农村拖拉机以小型为主， 难以满足大动力的要求，且气力式排种器的使用调整复杂，我 国农民机手的素质较低，使用操作困难，致使播种效果较差， 因而其生产批量依然较小 。 ［４］
欧美等国家对精密排种器的研究从 ２０世纪 ４０年代开 始，初期研究主要集中在机械式排种器，目前在玉米、甜菜等 中耕作物以及麦类等条播或半精量播种作物中仍有使用，其 结构形式主要有窝眼轮式、垂直圆盘式、水平圆盘式、倾斜圆 盘式，为了克服作业速度低的缺点，又相继发展了结构较为新 颖的机械式排种器，如 Ｊｈｏｎ－Ｄｅｅｒｅ７０００指夹式精密播种机， 但其通用性较差。我国从 ２０世纪 ８０年代末开始研制精密播 种机械。由于种子质量、整地条件、机械制造水平及机器价格 等因 素 制 约，我 国 ２０世 纪 ８０年 代 主 要 推 广 半 精 量 播 种 机 ［５－６］。为适应农村生产 责 任 制 的 要 求，大 量 推 广 了 小 型 单 体播种机。２０世纪 ９０年代以来，我国逐步推广精密播种机，
有十几个企业生产了 ２０多种型号的精密播种机。 河北省大部分地区是 １年 ２茬轮作地区，排种器大多采
用勺轮式玉米排种器。现有的勺轮式玉米排种器存在下列不 足：排种勺轮直径的限制，均布于圆周上舀勺的个数不能进一 步增加；排种器的转速与机组前进速度配合无法保证确定的 玉米播种株距；勺轮的旋转速度极大地影响了播种质量，速度 过高使充种性能和清种性能变差，限制了采用单排玉米排种 器的播种机 田 间 作 业 速 度 的 进 一 步 提 高 ［７］。 为 了 提 高 劳 动 生产率，设计一种高速玉米精密排种器显得尤为重要。
摘要：针对勺轮式玉米排种器作业速度较低、高速作业时漏播率和重播率较大的问题，以勺轮式玉米排种器结构 和工作原理为切入点，重点分析种子在舀种区、清种区、递种区的受力情况，对现有的勺轮式玉米排种器进行改进，采 用双勺轮结构设计一种新型的高速精密排种器，并对其进行性能试验。结果表明，单排勺轮式排种器和双排勺轮式排 种器在不同的作业速度下，其粒距合格率分别为作业速度为 ２ｋｍ／ｈ时的 ９１．２４％、９３．０２％，作业速度为 ４ｋｍ／ｈ时的 ８６．０２％、９１．３４％，作业速度为 ６ｋｍ／ｈ时的 ８３．７３％、８９．３４％，作业速度为 ８ｋｍ／ｈ时的 ７６．３４％、８６．３４％。随着作业 速度的提高，双排勺轮排种器的作业效果明显优于单排勺轮排种器。综上，双排勺轮式玉米排种器的作业性能较好， 可以广泛应用于高速玉米播种机上。 关键词：双排勺轮式排种器；高速；精密；玉米；参数优化 中图分类号：Ｓ２２３．２＋３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０１８）０８－０２３７－０４
双排勺轮式排种器可以实现 ２次投种，在装置的主轴上 有 ３个圆盘，为同步转动设计，即 １个递种轮和 ２个勺轮。种 子由勺轮上的舀勺将种子传送到隔板开口处，种子在重力、离 心力、摩擦力等力的综合作用下，进入递种轮的孔槽内，此过 程为第 １次投种。种子继续由递种轮带动，到投种口处落下 为第 ２次投种。通过这 ２次投种过程，可以保证种子在土壤 中分布均匀，大大地减少了由于高度产生的排列不均匀的问 题。该双勺轮式 排 种 器 的 整 个 工 作 过 程 分 为 舀 种、清 种、递 种、护种、投种第 ５个过程（图 ２）。
究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｊｉｎｇ７００＠１２６．ｃｏｍ。
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江苏农业科学 ２０１８年第 ４６卷第 ８期
双排勺轮式排种器的勺轮直径设计为 ２４０ｍｍ，单面圆周 斜向均布 １８个种勺（双面共 ３６个），种勺间距为 ２０°，递种轮 的直径为 ２３７ｍｍ，递 种 轮 凹 槽 数 单 面 为 １８个 （双 面 共 ３６ 个），排种勺轮与递种轮同步转动，种勺与递种轮孔槽位置一 一对应且均匀分布。 １．２ 双排勺轮式排种器的工作过程
起，形成一个整体，如图 ３所示。
１ 组成结构和工作过程
１．１ 双排勺轮式排种器的结构 勺轮式排种器是玉米精密播种机的核心部件，其结构参
数直接影响玉米精密播种的质量。为了提高作业速度，实现 高速精密播种，采用双勺轮式排种器进行作业。该排种器由 排种器壳体、递种轮、隔板、勺轮、轴、轴承、透明盖等零部件组 成（图 １）。
收稿日期：２０１７－０８－０１ 基金项目：河北 省 科 技 支 撑 项 目 （编 号：１６２２７２０１Ｄ）；河 北 省 现 代 农
江苏农业科学 ２０１８年第 ４６卷第 ８期
李 鑫，籍俊杰，冯晓静．高速玉米精密排种器的研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（８）：２３７－２４０． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．０８．０６０
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高速玉米精密排种器的研究
李 鑫１，籍俊杰２，冯晓静１
（１．河北农业大学机电工程学院，河北保定 ０７１００１；２．河北省农林科学院粮油作物研究所，河北石家庄 ０５００３５）
业产业技术体系玉米创新团队建设项目（编号：２０１３－２０１７）。 作者简介：李 鑫（１９９２—），男，江苏南京人，硕士研究生，主要从事
机械装备与自动控制的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１０１８５３５３１８＠ｑｑ．ｃｏｍ。 通信作者：冯晓静，博 士，教 授，主 要 从 事 机 械 装 备 与 自 动 控 制 的 研