导苗管式栽植器的设计与试验.pdf

第n卷 9 9 51年农业 工 程 学 报 Tran劝Ctio nsoftheC SA EVol.11Jl ln-No,21 99 6导苗管式栽植器的设计与试验胡鸿烈①顾世康曾爱军宋卫堂(北京农业大学)提要对苗体在导苗管栽植系统内的运 动和 影响其直立度的因素进行 了理论分析,并结合实际采用的导 向和控 制两种方式:即导苗管将苗体导向开沟器的回土口处;运用开沟器和复土镇压轮的二次复土方式,使苗体达到要求的直立度通过对工作部件的大量试验,找 出了导苗管,开沟器和镇压轮三者之间的相对位置,同时研制出了导苗管直落苗式栽植机,其田间试验直立度 的优良率和合格率分别达到8 0% 和9 0%关扭词导 苗管栽桂簇直立度T heDe si即and ExPerimentonP lantingAPParatuswithSe edling一GuidingTube南O Hng lieu GSh ika ngZengAijunSo ngWeita ng(e B坛,玩夕A夕,￡ , al Un:即s`t歹)Ab st ra etThlsP lantingaPa Pr atuswithse edling一gui dingtube15an ewPrototyPe.T h isPap era n a-lyz edthemovementofthese edlinga ndfa etor sinf lu en eingthes eed ling,5vertie ality.Bothgui d ingandeo ntrollingmetho dswereadoPtedtoens u retheuPrightPositionofthes e edling.T hese edling15gui dedbyatubetotheP la eewherethe5 011f al lstothebackoftheOPenera ndthencover stwicewith5 011tomakethes eed lingsa tnd inguPright.T hr o ughalotofe xPe rime ntso nthewo rking琳rts,therelativ ePosii tonamongthes e edlingtube,theoPenerandthePres sw heelwasdetermineda ndthePrototye pofatra nsPlanterwithse edling一gui d ingtubewasdeveloPed.Re s ultsoff ieldexe primentprovedthattheexeel lentr ateandtheup一to一sa tnda rdrateofthes eedl ing,5vertiealityea nre aeh80%a nd90%re speetively.Keywo心See d一ins一sui dingtu比plantingap paratusSeed l ing,5vertie ality栽植技术已在国内外被广泛地应用,尤其是在种植蔬菜和经济作物上应用最广,栽植技术和设备的发展都很快,国外有多种栽植机,用于移栽秧苗的栽 植器的型式有钳夹式(链夹式和盘夹式)、挠性圆盘式、吊蓝式和直落苗式〔`一“」。

除了直落苗式外,都属 于回转型,为达到栽植苗体的直立度要求,都运用零速原理植苗,即在苗夹打开投苗时,苗体相对于地 面的速度为零但多数情况下不易实现这一要求,当苗夹 的 圆周线速率和拖拉机作业速率不等收稿日期:1 995一02一1 8①胡鸿烈,副教授,北京市海淀区圆明园西路北京农业大学农业工 程系,100 0 94农业工程学报1995年时,会造成苗体歪斜,甚 至会 因开启不及时而伤苗因此回转式栽植器不仅结构复杂,技术要求高,而 且栽植质量不 易保证导苗管直落苗式栽植器有利于克服上 述缺点,在我国还没有开展这种栽植器的研究l导苗管式栽植器工作原理导苗管式栽植器由喂入器、导苗管、开沟器、复土镇压器等工作部件组成(见图1)从喂入器喂入后,通过倾斜的导苗管将苗体引向开沟器 开出的苗沟内,然后在开沟器和复土镇压轮之间所形成的复土流的推压作用下扶正 压实这种导苗管直落苗式栽植器结构简单,不伤苗,适应性 较广,并具有提高作业速度的潜在优势,为今后研制全自动栽植机提供一个新型的栽植 器栽植试验是以玉米为对象进行的2苗体运动过程的理论分析\ \ \ \ \ \ \ \ \卜卜 下下下下下下下下下下下评袱r一一瓦瓦一一二二二召」」」」」」」」」」」」」」」」宁宁宁了 , 矛一牛书-`扮一一一一图1导苗管直落苗式栽植机苗体的运动大致分六个阶段(见图2),第一至四阶段为相对于 机体的运动。

l )苗体 由喂入器竖管到导苗管,视为质点的自由落体运动2 )苗体在导苗管内视为质点的倾斜直线运动,忽略叶片与管内表面的摩擦3 )从整个苗体质心(包括土钵)开始移出导苗管口到整个苗体全部移出导苗管口,简化为刚体平面运动取苗体上相应于 导苗管口的点为基点O,由动力学基本方程 和质点系动量矩定理,可求出该运动阶段末苗体倾斜角度4 )从整个苗体移出导苗管口到土钵(或裸苗根)接触地面,为具有初为吏度的刚体平面运动,取质心为基点,可求出该运动阶段末苗体倾斜角度和苗体落地点距导苗管口的水平距离瓜5 )假设苗体与地面为塑性碰撞,碰撞力对触地点的冲量矩为O,苗体对仑点的动量矩守恒,则可求出碰撞后苗体转动的初角速度6 )碰撞后苗体的运动简化为绕定点转动,直至被复土定位若以复土镇压轮的接地 中心尸至苗体落地点的距离L,说明复土及时程度的位置参数,它由复土镇压轮接地中心至 导苗管出口之垂直的水平距离L,和导苗管出口至苗体落地点的水平距离几组成(见图3)L,一L,十L,则从苗体触地到 开始复土所需的时间为:第2期胡鸿烈等:导苗管式栽植器的设计与试验图2苗体分阶段运动全过程图图3落地 苗体和导苗管、镇压轮的位豆关系tZ一L,/V`式 中:矶一机组前进速度,km/h。

苗体运动最终倾斜角(将要复土定位时的倾斜角)为:一架c o. s od t )`式中:卜苗体长度,c m可采用 尤拉折线一次叠代法解此定积分,求出若允许苗体对垂线的最大倾斜度为甲,则在相同结构参数值下,复土镇压轮至导苗管口的最大水平安装距离L,,可由下式确定:允许名的范围:名一二2 /士,,由则L,一v:·t:L,一L,一玩分别算出L,in、L,ma 二 、L,,iL,a 1之值以供参考已大于(二/2+初,则应立即复土,此时,L,一OL,-一玩,负值代表复土轮接地中心位于导苗管出口的前方现以机组作业速度V二0.7 2kmh /(2 0cm/s),镇压轮接地中心 至落苗点的距离L,-c Zm,移栽苗体直立度在 9 0士20 0范围内为例,通过计算机模拟计算,在不同导苗管倾角(a )时,各种运动参数的变化和苗体直立度(0 )状况,结果如表1表1不同导苗管倾角时的参数计算值项目煞L,m i n/cmL,ma x/em :;:1.075.78 0.5852::}:一13一1 1一8一6一4一2一1 4一1 1一9一7一4一2一13一1 1一6一233一14一11一7一233月`.IQ即O口. …月了d`óUt了止 d亡n月曰 了了29 774 26 6.7 07 5 8 0 8 5一衬`l八jJ亡d.. …ùb八舀nU月了J气口勺户n ,`叮`口口n001勺盗qo 乙.卫 ……11工Onùó勺nù 亡d一b八0tt l rR R ……nl勺O曰 口0亡」弃hōhù,口7QU八吕6 0 6 5 7 0 7 58 0 8 5一6 0 “ 7 0 7 5 8 08 5由上述分析的数据可以看出:农业工程学报1995年l)从第一至第三运动阶段,对苗体直立度的影响不大,其倾斜度较导苗管倾角增加1~2度左右。

2 )苗体接触地面后的运动对苗体直立度的影响很大,因此这是关键控制 阶段苗体直立度变化速率依赖于苗体在该段的初始倾斜度,机组的行驶速度和复土方式主要还在于复土的方式3结构设计导苗管式栽植器的样机为半自动喂入式(如图1所示),为全 悬挂式,工作时主梁由地轮支撑,栽植单组通过平行四杆仿形机构与机架相连,呈单体仿形单组机架的前下方装有开沟器,上方装有旋转的喂入器,由主梁右侧的驱动轮通 过传动链条驱动喂入 器的下方是导苗管,将喂 入器定距排出的苗体以一定的倾斜度导向开 沟器 开 出的苗沟内,开沟器后面装有v型复土镇压轮各单组分别装有苗架31喂人器每个单组有一个喂入器,由驱动轮驱动喂入器上有八个竖管,竖管下部为一装有排苗活门的斜切面,活门由轴向凸轮和复位弹簧控制其按时开闭工作时由农具手向喂入器的竖管喂苗,竖管转到导苗管上方时,活门打开,苗体进入 导苗管改变喂入器与驱动轮的传动比可以调整株距32导苗管导苗管为金 属薄板卷制的圆锥管,大端朝上,与喂 入 器的竖管相对,下端在离地面2 5cm处截掉导苗管的后 锥面,成为半敞开式,插入开沟器 两侧板之间,起挡苗作用导苗管安装倾斜度可以在6 5~8 5“范 围内调整。

33土壤工作部件土壤工作部件是直落苗式栽植机工作质量的另一关键组成部分它由滑刀开沟器和v型复土镇压轮组合而成,并将一次复土过程改为二次复土方式,即在滑刀式开沟器两侧板末端的下方设置回土口随机 器的前进,在回土口处形成复土流,复土流以较小的复土推压作用将后倾的苗体扶正定位,从而抑制了复土镇压轮第二次大量复土时对苗体的前倾效应,提高了苗体的直立度4栽植系统试验与参数确定l )试验条件:在耕翻后的壤土地上进行,供试作物为玉米栽植深度:裸苗4一sem,钵苗6一7em栽植机速度:0.7一0.9kmh /,投苗速率约1~1.3株s /2 )检测指标:直立度以苗体与地面的夹角来表示:优良:90士20 0允许倾斜:9 0士60 0严重倾斜:15 0埋没:苗体完全被土壤覆盖或只露部分苗叶3 )试验方法:每一 试验投苗3 0棵,重复两次,由于裸苗更易倾倒,故采用裸苗试验4 )试验因素与水平:①导苗管倾角a:6 50、707 50第2期胡鸿烈等:导苗管式栽植器的设计与试验②滑刀开沟器的型式K:直角回土口()Z和斜角回土口(X)③镇压轮前缘与开沟器末端重叠量L:4一12cm,每间隔c Zm为一水平5 )试验结果及数据处理:将试验结果用正交方法分析(见表2)。

表2栽植试验结果的正交分析优良(株)合 格(株) 水平(K、a、乙)I(X、6 5、4)1 5.919.913.42 5.525.425.8I(Z、7 0、6)16.317.01592 7.027.228.6皿(75、8)1 1.619.526.228.2V I(1 0)18.026.2V(12)13.82 2.5极差(R)0.48.36.11.51.86、l较优水平2658、1 02706、8主 次 因素aLKLaK由上表的极差大小分析可知:1 )镇压轮与开沟器的重叠量L对栽植质量的两个指标的影响都很大,尤其是合格指标的关键因素;2 )导苗管倾角a是优良率最重要因素,一个合适的导苗管倾角,可获得较高的优良率;3 )开沟器的回土口形式对栽植质量的影响较小,直角回土口稍好一 些为进一步考核试验结果,将表2得到的最佳配合,与原始测定中最佳的测试号集中,舍去优良率不高的配合,并对两种回土口重复列入下一步重点考察试验,结果如表3表3栽植试验贡点考寮结果优良合格 测试号 %cV(%)叉%c 犷(务)6 50一6一Z65.一8一Z700一10一Z6 50一6一X6 50一8一X700一10一X7.29.53。

23.6 :: : :ù“一OóO J一1 1 ,口. . …氏0lbo 口呀 d,一O甘OùO口O曰O口ǎ匕二dnQ即 00. . …RàO丹一托匆了凡矛29自乃` 勺乙 n乙3弓35. 91 11。