玉米免耕精密播种质量控制关键技术研究

玉米精密播种可以提高玉米单产。玉米精密播种的行距、株距以及播种深度的均匀度与稳定性需要相应的技术手段来保证。针对播种机开沟深度易受机组质量、土壤质地、田地地形等外界因素影响,进而影响播种深度一致性的问题,开展了播种深度一致性控制方法研究,开发了播种单体下压力控制系统。针对玉米播种作业过程中小麦残茬和地表秸秆致使地轮滑移率变化范围大导致粒距均匀度降低的问题,开展了玉米播量控制技术研究,研制了种肥控制系统。在此基础上进行了试验与分析。主要研究内容与成果如下:(1)研究了地形变化与作业速度耦合对播种深度一致性的影响。为了保证试验地形的可重复性以提高试验效率,设计了一种适用于地形上下起伏和倾斜的农田地形模拟系统。以限深轮与地表压力为对象开展地形与作业速度耦合对播种深度一致性影响的研究。通过低、中、高3种作业速度下的台架试验发现,播种深度小于设定值的概率分别为0.39%、0.94%和4.20%。试验结果表明,地形变化和作业速度对播种深度合格率和变异系数产生影响是非线性的,随播种作业速度增大播种深度不合格率成几何级数增长。(2)研究了播种深度一致性控制方法。针对被动作用式机械仿形机构的不足,开展了主动作用式播种深度一致性控制方法研究。以2BQX—6型玉米免耕精密播种机为平台,研制了玉米播种单体下压力控制系统。通过对系统进行数字建模仿真确定了 PID控制器参数,并对系统的动态特性进行了研究。系统性能田间静态测试结果表明,系统超调量≤29.00%,控制误差≤5.00%,能满足一般控制系统控制精度要求;系统性能田间动态测试结果表明,下压力与目标下压力值相一致,限深轮保持与地表紧密接触,播种深度受地形变化变化影响很小。(3)设计了玉米种肥播施控制系统。针对地轮驱动播种机存在地轮滑移率变化范围大导致粒距均匀度差的问题,开展了玉米播量控制技术研究,重点开展农机作业速度测量方法研究,提出一种基于GNSS/IMU技术组合测速方法并研制相应测速装置。对种肥播施控制系统进行了延时测试。地轮驱动、基于单点GNSS测速的电控系统、基于GNSS/IMU组合测速的电控系统延迟距离最大值分别为56.4 cm、191.2 cm、97.6 cm。基于GNSS/IMU组合测速的电控系统延迟距离指标优于基于单点GNSS测速的电控系统。对种肥播施控制系统进行静态和动态验证试验。静态排肥量误差和动态排肥量误差分别为2.79%和4.91%。静态排种量误差和动态排种量误差分别为1.64%和3.44%,满足一般控制系统控制精度要求。(4)进行了播种质量控制系统田间试验。在播种深度判定标准为5.0±1.0 cm时,下压力机械调控方式和下压力电控调控方式下的播种深度合格率均值分别为77.04%和90.37%,将播种深度判定标准提高至5.0±0.5 cm后,对应播种深度合格率分别为31.11%和56.30%。按地轮驱动和播量控制系统驱动的进行播种试验,平均粒距合格指数分别为87.25%和96.00%。在缩小正常粒距40%的范围内,相应的粒距合格指数分别为63.23%和90.01%。播种质量控制系统能提高种子深度一致性和种子粒距均匀度。