電驅(qū)式玉米膜上直插穴播機前進速度補償機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

石林榕 趙武云 孫 偉 李榮斌 孫步功

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學機電工程學院， 蘭州 730070； 2.酒泉鑄隴農(nóng)機有限責任公司， 酒泉 735000)

電驅(qū)式玉米膜上直插穴播機前進速度補償機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

石林榕1趙武云1孫 偉1李榮斌2孫步功1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學機電工程學院， 蘭州 730070； 2.酒泉鑄隴農(nóng)機有限責任公司， 酒泉 735000)

為提高電驅(qū)式玉米膜上直插穴播機膜孔合格率和播種深度合格率，對前進速度補償機構(gòu)和限深機構(gòu)進行了計算，應用Matlab仿真前進速度補償機構(gòu)各參數(shù)對穴播軌跡的影響，篩選出主曲柄角速度、中心距和副曲柄長度對膜下播種深度合格率和膜孔合格率影響較大；采用三因素三水平響應面法進行多因素方差分析，結(jié)果表明：影響播種深度合格率的因素主次順序為：中心距、副曲柄長度和主曲柄角速度；影響播種深度合格率的因素主次順序為：副曲柄長度、主曲柄角速度和中心距；以播種深度合格率為主，兼顧膜孔合格率最大為優(yōu)化目標，優(yōu)化結(jié)果為：當主曲柄角速度為89.10 rad/s、中心距為58.55 mm、副曲柄長為95.1 mm時，播種深度合格率和膜孔合格率的5次均值分別為94.89%、93.61%。試驗表明前進速度補償機構(gòu)運行平穩(wěn)可靠，試驗效果滿足玉米播種機相關(guān)標準要求及甘肅省玉米播種農(nóng)藝要求。

玉米； 穴播機； 前進速度補償機構(gòu)； 參數(shù)優(yōu)化

引言

甘肅地理環(huán)境惡劣，十年九旱，地膜覆蓋技術(shù)能最大效應增溫保墑[1]。目前國內(nèi)多數(shù)覆膜播種機采用先播種后鋪膜模式，出苗前需人工或者機械破膜放苗，增加作業(yè)工序和勞動強度。膜上打孔播種技術(shù)在膜上打孔播種，省去了放苗工序[2]。西北地區(qū)的“秋覆膜”和“頂凌覆膜”較傳統(tǒng)覆膜優(yōu)勢明顯[3-4]，“秋覆膜”是秋季覆膜保住7—9月份的降雨，為來年4月種玉米發(fā)芽生根之用；“頂凌覆膜”是避免地表在“晝消夜凍”過程中損失墑情，然而播種難度較大。針對兩種覆膜方式甘肅省普遍采用人工或簡易機械，勞動強度高、播種合格率低。國內(nèi)研發(fā)成熟的膜上播種機以滾輪式播種機為主[5-6]，播種較淺作物時，成穴器運動軌跡余擺線對地膜影響不大，較深作物時，易產(chǎn)生挑膜、刮膜等問題，西北多風會加劇膜孔開裂；同時，種子周圍土壤擾動大，造成種子發(fā)芽周期較長。直插播種技術(shù)采用打孔器對地膜覆蓋的土壤進行打孔，僅在穴孔位置開膜切開，利于保墑和抗旱。

1993年陳曉光等[7]首次提出并直插播種原理。此后國內(nèi)對直插播種進行大量研究。2001年劉軍干等[8-9]將平行四桿機構(gòu)應用于小麥直插式覆膜穴播機中。2010年趙建托等[10]設計了旱地玉米全膜覆蓋雙壟溝播機直插式播種機，采用凸輪和曲柄組合機構(gòu)控制成穴器，實現(xiàn)播種時間段成穴器水平絕對速度為零，解決了玉米播種機空穴率高、鴨嘴開啟不可靠、撕膜等問題。趙武云等[11]針對西北地區(qū)旱地玉米全膜雙壟溝播作業(yè)需求，采用凸輪-曲柄滑塊機構(gòu)、運動放大機構(gòu)實現(xiàn)了成穴器的“零速”投種，解決了傳統(tǒng)播種機作業(yè)時挑膜、撕膜、種穴與幼苗錯位等問題。戴飛等[12]通過應用轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)與正弦機構(gòu)進行串聯(lián)，結(jié)合強排播種機構(gòu)，有效緩解采用穴播作業(yè)方式易出現(xiàn)的多粒、空穴與成穴器堵塞問題。石林榕等[13]針對西北地區(qū)制種玉米機械化播種問題，結(jié)合制種玉米播種條件和農(nóng)藝要求，設計了前進速度補償機構(gòu)，由轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)驅(qū)動平行四桿機構(gòu)進行機具前進速度補償來實現(xiàn)成穴器入土播種和出土期間水平位移差接近零，該直插機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

基于以上研究，在電驅(qū)式小區(qū)玉米膜上直插穴播機的基礎上[14-16]，針對“秋覆膜”和“頂凌覆膜”2種“先覆膜后播種”方式，為提高玉米播種機播深合格率和膜孔合格率，對前進速度補償機構(gòu)和限深機構(gòu)進行研究，在篩選影響前進速度補償機構(gòu)作業(yè)性能參數(shù)的基礎上，基于響應曲面法進行田間試驗參數(shù)優(yōu)化和驗證。

1 整機機構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

電驅(qū)式小區(qū)玉米電驅(qū)膜上直插穴播機主要由前輪、電動機、機架、排種器、前進速度補償機構(gòu)等組成，圖1為結(jié)構(gòu)示意圖。為簡化整機結(jié)構(gòu)、減輕質(zhì)量，同時考慮壟溝播種時溝內(nèi)已覆土，平鋪膜播種時膜孔較小，未增加膜上覆土裝置。

圖1 電驅(qū)式小區(qū)玉米膜上直插穴播機結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Electric driving plotmaize insert hill-drop planter on film1.前輪 2牙嵌式電磁離合器 3.漏播報警器 4、12.后輪轉(zhuǎn)動軸 5.后輪連桿 6.后輪 7.直線推桿 8.蓄電瓶 9.把手 10.前進速度補償機構(gòu) 11.鏈輪Ⅱ 12.鏈輪Ⅲ 13.鏈輪Ⅰ 14.電動機 15.機架 16.排種器組件 17.鏈輪Ⅴ 18.鏈輪Ⅳ 19.差速器 20.前輪軸

1.2 工作原理

如圖1所示，電驅(qū)式小區(qū)玉米膜上直插穴播機作業(yè)時，電動機驅(qū)動差速器，使整機以一定速率前進；與此同時，接通電磁離合器電源后，電動機將動力傳遞至前進速度補償機構(gòu)。前進速度補償機構(gòu)主要由轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)和平行四桿機構(gòu)串聯(lián)組成，通過轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)將主曲柄的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為導桿的非勻速，接著導桿驅(qū)動平行四桿機構(gòu)的副曲柄，使穴播桿在向下運動過程中水平方向線速度與整機前進速度近似相等。排種器組件通過限深機構(gòu)頂桿的上下運動撥動種輪板手來驅(qū)動種輪轉(zhuǎn)動取種，當遇到堅硬地面或石塊時前進速度補償機構(gòu)的彈簧阻尼器被壓縮，鴨嘴得到保護；漏播時，安裝在排種器組件上的漏播報警器報警，人工補種即可。

2 前進速度補償機構(gòu)和限深機構(gòu)理論分析

2.1 前進速度補償機構(gòu)分析

電驅(qū)式玉米膜上直插穴播機的核心部件為前進速度補償機構(gòu)，主要由曲柄桿、滑槽、導桿、主動桿、從動桿和穴播桿等組成，圖2為前進速度補償機構(gòu)。

圖2 前進速度補償機構(gòu)Fig.2 Forward speed compensation device1.鏈輪Ⅰ 2.UCP軸承 3.曲柄軸 4、12.鏈輪Ⅱ 5.導桿軸6.副曲柄 7.穴播桿 8.彈簧阻尼器 9.上滑塊 10.下滑塊 11.從動曲柄 13.從動曲柄軸 14.鏈條 15.導桿 16.主曲柄

以O為坐標原點，由圖2a可得△AOB內(nèi)角關(guān)系為

(1)

式中l(wèi)1——主曲柄長度l2——AB點的距離α1——主曲柄與x軸的夾角α2——導桿與x軸的夾角

根據(jù)余弦定理，△AOB中AB的長度為

(2)

式中l(wèi)——中心距

將式(2)代入式(1)得

(3)

其中

ε=l/l1

C點在穴播桿入土期間播種深度h和水平方向速度v1分別為

h=l3(1-cos(π-α2))

(4)

(5)

(6)

式中l(wèi)3——副曲柄長度θ——導桿與副曲柄的夾角ω——主曲柄角速度h——播種深度v1——C點在x軸方向的分速度v——整機前進速度

圖3 副曲柄角速度變化曲線Fig.3 Angular velocity curve of side crank

圖4 導桿角位移余弦值變化曲線Fig.4 Variation curve of cosine of angular displacement of guide bar

圖5 穴播桿水平方向速度變化曲線Fig.5 Variation curve of horizontal velocity of hill-drop bar

2.2 限深機構(gòu)分析

由于穴播機前輪輪距較小，受地面不平度影響較大，進而使排種器播種性能和播深合格率受到較大影響。播深一致使苗齊苗壯，為此設計了限深機構(gòu)，限深機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 限深機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Sketch map of limited depth mechanism1.頂板 2.頂桿 3.限位塊 4.連接桿Ⅰ 5.拉簧 6.穴播桿7.滑槽 8.滑桿 9.壓簧 10.滑道 11.卡塊 12.直桿 13.連接桿Ⅱ 14.滑塊 15.鴨嘴

對圖6分析得

(7)

式中L——拉簧變形最大工作行程，mmHmax——拉簧受最大載荷時的長度，mmH0——拉簧未受載時的長度，mmk——彈簧剛度，N/mmδmax——拉簧最大變形量，mmFmax——拉簧最大變形力，N

如圖6所示，v為穴播桿垂直速度。限深機構(gòu)拉簧主要作用是克服鴨嘴開口力、排種輪周期轉(zhuǎn)動力及接觸零部件摩擦力后將豎直方向錯位的頂桿和穴播桿拉回原位，但拉簧變形最大工作行程L后的最大拉力較穴播桿的入土阻力小很多。播種深度一般為30～40 mm，取穴播深度h為35 mm，始終使限深機構(gòu)低于理論高度Δh為20 mm，保證鴨嘴入土后始終位于h深，即當頂板小范圍接觸低于田面時，拉簧僅發(fā)生變形完成播種；當頂板小范圍接觸高于田面時，拉簧被拉伸到L后，限位塊限制了頂桿和穴播桿之間的相對運動，頂桿和穴播桿同時向上運動，與此同時壓簧被壓縮，而鴨嘴入土深度h未改變。

3 試驗

3.1 試驗方法

電驅(qū)式玉米膜上直插穴播機田間播種性能試驗于2016年4月19日在酒泉鑄隴農(nóng)機有限責任公司試驗田進行。試驗地地勢平坦，南北走向、呈矩形，土壤為沙壤土，含水率為9.5%～15.4%，40 mm深處土壤堅實度平均值為12.16 MPa，地溫平均值為14.5℃，玉米種植品種為隴單339號。按照NY/T 987—2006《鋪膜穴播機作業(yè)質(zhì)量》測定計算膜下播種深度合格率、膜孔合格率[17]。以500 mm長單膜為1個作業(yè)小區(qū)，測定點為小區(qū)內(nèi)所有的穴孔，用長100 mm板尺測量種子深度，記錄穴孔內(nèi)的種數(shù)；利用卷尺量取膜孔與孔穴錯開1/2 膜孔直徑及以上的膜孔個數(shù)。直插穴播機的膜下播種深度合格率和膜孔合格率計算式為

(8)

(9)

式中f——膜孔總數(shù)bh——膜下播種深度合格穴數(shù)Hb——膜下播種深度合格率，%Y——膜孔合格率，%A——作業(yè)小區(qū)內(nèi)膜孔與孔穴錯開1/2膜孔直徑的膜孔數(shù)

3.2 參數(shù)優(yōu)化

3.2.1ω對穴播軌跡的影響

如圖7所示，固定其他參數(shù)，改變主曲柄角速度ω。主曲柄角速度ω影響穴距、穴播桿入土和出土期間絕對位移。以田面為參考面，當ω增大時，穴距變大，穴播桿入土和出土2個動作點絕對水平位移變大；以田面為參考面，當ω減小時，穴距變小，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變大。

表1 因素水平Tab.1 Levels of factors

圖7 ω對穴播軌跡的影響Fig.7 Effect of ω on trajectory of hole sowing

3.2.2l1對穴播軌跡的影響

同理，由圖8可知，以田面為參考面，當l1增大時，穴距未變，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變大，限深變大；以田面為參考面，當l1減小時，穴距未變，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變小。

圖8 l1對穴播軌跡的影響Fig.8 Effect of l1 value on trajectory of hole sowing

3.2.3l對穴播軌跡的影響

同理，由圖9可知，以田面為參考面，當l增大時，穴距變小，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變大；以田面為參考面，當l減小時，穴距變大，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變小。

圖9 l對穴播軌跡的影響Fig.9 Effect of l value on trajectory of hole sowing

3.2.4l3對穴播軌跡的影響

圖10 l3對穴播軌跡的影響Fig.10 Effect of l3 value on trajectory of hole sowing

同理，由圖10可知，以田面為參考面，當l3增大時，穴距變大，對稱線左移，穴孔變深，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變大；以田面為參考面，當l3減小時，穴距變小，對稱線右移，穴孔變淺，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變大。

3.2.5θ對穴播軌跡的影響

同理，如圖11所示，以田面為參考面，當θ增大或減小時，穴距和穴孔深均未變，穴播桿入土和出土期間絕對水平位移變化均較小，無對稱線。

圖11 θ對穴播軌跡的影響Fig.11 Effect of θ value on trajectory of hole sowing

由于膜孔合格率影響出苗的難易程度，膜下播種深度合格率影響苗齊苗壯，在滿足播種性能農(nóng)藝要求的基礎上，優(yōu)化前進速度補償機構(gòu)以期達到更佳的播種效果。由圖7～11可直觀篩選出主曲柄角速度ω、中心距l(xiāng)和副曲柄長度l33個因素對穴播軌跡影響較大。

3.3 回歸試驗

采用Box-Behnken設計模型能用較少的試驗次數(shù)進行較全面的試驗分析[18-19]。以主曲柄角速度ω、中心距l(xiāng)、副曲柄長度l3作為試驗因素，以膜下播種深度合格率Y1和膜孔合格率Y2為響應值。各試驗因素水平編碼見表2，試驗安排及結(jié)果見表3。X1、X2、X3為因素編碼值。Y1為膜下播種深度合格率，Y2為膜孔合格率。

表2 優(yōu)化后的因素編碼Tab.2 Optimized coding of factors

表3 試驗設計與結(jié)果Tab.3 Experimental design and results

3.3.1 結(jié)果分析

應用Design-Expert軟件對Y1和Y2進行回歸模型方差分析，如表4所示，分別得到Y(jié)1和Y2二次回歸模型分別為

Y1=91.64-1.87X1-2.36X2+1.91X3+

0.35X1X2+0.20X1X3-0.23X2X3+

(10)

Y2=95.28-1.98X1-1.38X2+2.17X3+

0.30X1X2+1.00X1X3-0.50X2X3-

(11)

由表4分析可知，回歸模型(10)的P<0.000 1，表明極顯著；失擬項P>0.05，失擬不顯著，說明模型(10)能正確反映Y1與X1、X2、X3之間的關(guān)系。根據(jù)模型各因素回歸系數(shù)的大小，可得到影響播種深度合格率Y1的主次順序為：X2、X3、X1。

同理，回歸模型(11)的P<0.000 1，表明極顯著；失擬項P>0.05，失擬不顯著，說明模型(11)能正確反映Y2與X1、X2、X3之間的關(guān)系。根據(jù)模型各因素回歸系數(shù)的大小，可得到影響播種深度合格率Y2的主次順序為：X3、X1、X2。

表4 回歸模型方差分析Tab.4 Variance analysis of regression models

注：*表示顯著；** 表示極顯著。

3.3.2 各因素對指標的影響

由圖12可知，當X3=0時，X1由-1變化到1時，即主動曲柄角速度由87 rad/s增大到97 rad/s，播種深度合格率Y1先增大后減小(圖12a)。當X1固定在某一水平時，隨X2增加，播種深度合格率呈逐漸減小趨勢。由偏回歸分析與等高線密度可知X2對播種深度合格率Y1的影響大于X1。當X2=0時，X1由-1變化到1時，即主動曲柄角速度由87 rad/s增大到97 rad/s，播種深度合格率Y1呈逐漸減小趨勢(圖12b)，當X1固定在某一水平時，X3增加，播種深度合格率Y1先增大后減小。由偏回歸分析與等高線密度可知X1對播種深度合格率Y1的影響大于X3。當X1=0時，X2由-1變化到1時，即中心距由56.5 mm增大到66.5 mm，播種深度合格率Y1先增大后減小(圖12c)。X3固定在某一水平時，隨X2增加，播種深度合格率Y1先增大后減小。由偏回歸分析與等高線密度可知X3對播種深度合格率Y1的影響大于X2。

由圖13可知，當X3=0時，X1由-1變化到1時，即主動曲柄角速度由87 rad/s增大到97 rad/s，膜孔合格率Y2先增大后減小(圖13a)。當X1固定在某一水平時，隨X2由-1變化到1，播種深度合格率Y2先增大后減小。由偏回歸分析與等高線密度可知X1對播種深度合格率Y2的影響大于X2。當X2=0時，X1由-1變化到1時，即主動曲柄角速度由87 rad/s增大到97 rad/s，膜孔合格率Y2先增大后減小(圖13b)。X1固定在某一水平時，隨X3由-1變化到1，播種深度合格率Y2先增大后減小。由偏回歸分析與等高線密度可知X1對播種深度合格率Y2的影響大于X3。當X1=0時，X2由-1變化到1時，即中心距由56.5 mm增大到66.5 mm，膜孔合格率Y2先增大后減小(圖13c)，當X2固定在某一水平時，隨X3由-1變化到1，膜孔合格率Y2先增大后減小。由偏回歸分析與等高線密度可知X2對播種深度合格率Y2的影響大于X3。

圖12 交互因素對播種深度合格率Y1的影響曲面Fig.12 Impact surface of interactive factors on seed depth of film under the qualified rate Y1

圖13 交互因素對膜孔合格率Y2的影響曲面Fig.13 Impact surface of interactive factors on pass rate of film hole Y2

3.4 試驗驗證

借助Design-Expert軟件優(yōu)化工具箱對回歸模型式(10)、(11)進行參數(shù)優(yōu)化，最優(yōu)試驗參數(shù)為：ω=89.10 rad/s、l=58.55 mm、l3=95.1 mm。為了驗證優(yōu)化結(jié)果下速度補償機構(gòu)工作時膜下播種深度合格率和膜孔合格率，依據(jù)上述試驗方法進行了5次田間試驗，得到Y(jié)1和Y2均值分別為94.89%和93.61%。同時試驗過程表明前進速度補償機構(gòu)運行平穩(wěn)可靠；排種器鴨嘴插膜口小，穴孔和膜孔無錯位，試驗效果滿足相關(guān)播種機試驗標準要求。田間作業(yè)效果如圖14所示。

圖14 樣機田間試驗Fig.14 Field test of prototype

4 結(jié)論

(1)采用轉(zhuǎn)動導桿驅(qū)動平行四桿機構(gòu)的水平速度補償機構(gòu)，當主動曲柄的角速度為89.10 rad/s、中心距為58.55 mm、副曲柄長度為95.1 mm時，大田試驗表明穴播桿在穴播時穴孔小、穴孔和膜孔無錯位。

(2)應用Matlab軟件仿真前進速度補償機構(gòu)各參數(shù)對穴播軌跡的影響，并篩選出主曲柄角速度、中心距和副曲柄長度對膜下播種深度合格率和膜孔合格率影響顯著，主曲柄長度和初始角影響不顯著。在主動曲柄的角速度為89.10 rad/s、中心距為58.55 mm、副曲柄長度為95.1 mm條件下，田間試驗中播種深度合格率和膜孔合格率的平均值分別為94.89%和93.61%。試驗效果滿足相關(guān)播種機試驗標準要求。

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11 趙武云，戴飛，楊杰，等.玉米全膜雙壟溝直插式精量穴播機設計與試驗[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2013，44(11)：91-97. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20131117&journal_id=jcsam.DOI: 10.6041/j. issn.1000-1298.2013.11.017. ZHAO Wuyun, DAI Fei, YANG Jie, et al. Design and experiment of direct insert precision hill-seeder with corn whole plastic-film mulching on double ridges[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(11): 91-97. (in Chinese)

12 戴飛，趙武云，石林榕，等. 基于近等速機構(gòu)的玉米全膜雙壟溝穴播機設計與試驗[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2016，47(11)：74-81. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20161110&journal_id=jcsam. DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.11.010. DAI Fei, ZHAO Wuyun, SHI Linrong, et al. Design and experiment of hill-seeder with whole plastic-film mulching on double ridges for corn based on mechanism with approximate constant speed[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(11): 74-81. (in Chinese)

13 石林榕，趙武云，孫偉，等. 電驅(qū)式小區(qū)玉米膜上直插穴播機的研制與試驗[J/OL]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(4)：32-38. http:∥www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20170405&flag=1&journal_id=nygcxb&year_id=2017.DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.005. SHI Linrong, ZHAO Wuyun, SUN Wei, et al. Development and experiment of electric driving insert hill-drop planter on film for plot corn[J/OL]. Transactions of the CSAE, 2017, 33(4): 32-38. (in Chinese)

14 趙武云，吳建民，王芬娥，等. 旱地玉米全膜覆蓋雙壟溝播精密播種機：中國，200910022858.7[P]. 2011-07-20.

15 趙武云，戴飛，張鋒偉，等. 全膜雙壟溝玉米種植全程機械化作業(yè)方法：中國，201310492318.1[P]. 2015-04-01.

16 石林榕，吳建民，趙武云，等. 一種直插式成穴機構(gòu)：中國，201420489531.7[P]. 2014-12-10.

17 NY/T 987—2006 鋪膜穴播機作業(yè)質(zhì)量[S]. 2006.

18 徐向宏，何明珠. 試驗設計與Design-Expert、SPSS應用[M]. 北京：科學出版社，2010.

19 袁雪，祁力鈞，王虎，等. 溫室搖擺式變量彌霧機噴霧參數(shù)響應面法優(yōu)化[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2012，43(4)：45-50, 54. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20120410&journal_id=jcsam.DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.04.010. YUAN Xue, QI Lijun, WANG Hu, et al. Spraying parameters optimization of swing, automatic variables and greenhouse mist sprayer with response surface method[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(4): 45-50, 54. (in Chinese)

Parameters Optimization of Speed Compensation Mechanism of Electric Driving Maize Planter with Dibbling on Membrane

SHI Linrong1ZHAO Wuyun1SUN Wei1LI Rongbin2SUN Bugong1

(1.MechanicalandElectricalEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China2.JiuquanZhulongMachineryManufacturingCo.,Ltd.,Jiuquan735000,China)

To increase the qualified rate of sowing depth and the qualified rate of film hole for electric driving maize planter with dibbling on membrane, forward speed compensation device and limited depth mechanism were calculated. With Matlab impact of parameters of speed compensation mechanism on dibbling trajectory were simulated. Screening out that crank angular velocity, center distance and assistant crank length have significant impact on qualified rate of sowing depth and the qualified rate of film hole. According to response surface method with 3 factors and 3 levels, multi-factor variance analysis was conducted. Results showed that influence on the qualified rate of sowing depth was order, center distance, assistant crank length and crank angular velocity, and influence on qualified rate of film hole was order, assistant crank length, crank angular velocity and center distance. To get maximizing the qualified rate of sowing depth and the qualified rate of film hole, optimal parameters was that crank angular velocity was 89.10 rad/s, center distance was 58.55 mm, and assistant crank length was 95.1 mm. Under that condition, the qualified rate of sowing depth and the qualified rate of film hole respectively was 94.89%, 93.61%. Test process showed that speed compensation mechanism run smoothly and reliably, and results met standard requirements related to seeder and agricultural requirements for maize planting in Gansu.

maize; hill planter; speed compensation mechanism; parameter optimization

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.08.009

2017-03-18

2017-06-11

國家自然科學基金項目(51405086、51665001)、公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503105)、甘肅省自然科學基金項目(1610RJZA088)、甘肅省高等學?？蒲许椖?2016B-039)和甘肅農(nóng)業(yè)大學盛彤笙科技創(chuàng)新基金項目(GSAU-SLS-1623)

石林榕(1983—)，男，助教，主要從事西北旱區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備研究，E-mail: getmao@qq.com

趙武云(1966—)，男，教授，博士生導師，主要從事農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備研究，E-mail: zhaowy@gsau.edu.cn

S223.2

A

1000-1298(2017)08-0087-08