黄淮海地区是我国小麦的主要种植区,小麦玉米轮作是该地区的主要种植模式。由于该地区存在耕整地质量较差、小麦的播期较短、机械水平参差不齐等现象,造成了小麦播种质量难以保证。其中,播种深度一致性与播种均匀性是评价小麦播种质量的重要指标。现有的小麦播种机多采用地轮驱动排种器的方式进行播种,其在田间环境复杂的条件下进行作业时,存在着排种传动系统不稳定、播深难以调节等问题,造成了漏播、播量不均、播深不一致等现象,从而影响小麦的播种质量。本文针对小麦播种时的播种深度与播量均匀性问题,在认真研究分析国内外现有小麦播种机的基础上,设计了电驱动小麦播种机,包括播种机结构、主要部件及电驱动播种系统的设计。主要研究工作包括以下几个方面:(1)对电驱动小麦播种机结构进行设计。通过对外槽轮式排种器、螺旋平土器的改进与设计用以提升小麦播种机的播种性能;在播种机设计的基础上,为实现玉米的避茬播种,根据籽粒玉米和青贮玉米的种植特点,提出了两种小麦玉米配套种植模式。(2)确定课题实施方案,设计电驱动小麦播种系统。应用测速传感检测作业速度,采用直流无刷电机驱动小麦排种器,通过PWM信号控制电机转速,使得排种速度能够跟随作业速度变化,实现小麦种子在田间的均匀分布。对控制处理模块、测速模块、人机交互模块、数据存储与传输模块、执行机构及电源升压模块等系统硬件的设计与选型,包括各个模块电路设计与电机功率的计算;系统软件设计包括主程序设计与人机交互界面设计,其中建立了函数关系模型,确定了T法及M法测速方式。采用闭环控制系统,建立系统电机模型,设计了模糊PID控制器,对电驱动小麦播种系统进行仿真。仿真结果表明:利用模糊PID控制的电驱动播种系统,系统无超调量,且动态响应迅速,提高了控制精度。(3)完成样机的制作,进行室内试验及田间试验。室内试验结果表明:对电驱动小麦播种机的电机转速及排种性能进行标定,得到电机转速n与PWM值a的函数关系为n=23.716a+3.562,同时验证了电机转速方法的可行性,得到排种器在不同工作长度下排种量与转速的函数关系,对系统的控制精度进行试验测量,在不同作业状态下,其最大偏差率为6.83%,最小为0.31%;在中速及中高速状态下,其稳定性最优,平均偏差在2.5%以内。田间试验结果表明:应用自动导航技术播种的衔接行距偏差在4 cm之内,变异系数为6.5%;两种种植模式下,播种均匀性变异系数为5.64%、6.04%,播深合格率为90%,出苗情况良好。该播种机可以保证良好的播种均匀性与播深一致性,且播量调整便利。总之,本文根据黄淮海地区小麦种植的特点,设计了一种电驱动小麦播种机,完成了样机的制作,并进行了室内试验及田间性能试验,初步实现了小麦的精量播种。
