试析铲式玉米精密播种机工作过程仿真及设计方法研究

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1、V762185分类号5111：!密级博士学位论文铲式玉米精密播种机工作过程仿真及设计方法研究何波指导教师姓名奎盛垡瞳量煎攫监±(卮2选田盔些太堂沈圈直壅瞳路12Q量申请学位级别缝±～专业名称查些趔!撼些工理论文提交日期2QQ§生§旦2Q旦论文答辩日期2QQ§生§旦5旦学位授予单位和日期选豳盛些丕堂2QQ§笙＆旦!拦型答辩委员会主席处壶扎麴援评阅人奎室篷熬．攫评阅人焦塞洼煎援评阅人孙志礼煎援评阅人毯坦盟婴窒旦2005年7月1日沈阳农业大学博士学位论文摘要玉米足我国北方主要粮食和饲料作物，在我国粮食生产中占有重要的地位。我国北方地区早春干旱现象逐年加剧，传统开沟播种作业对土壤扰动较大，造成土壤水分

2、大量损失；同时，传统播种方式种子用量较大，造成种子费用过高。【划此在保墒条件下进行精密播种是玉米种植业急需解决的关键技术。在对国内外现有精密播种机进行深入分析的基础上，本文对由铲式成穴器和倾斜圆盘勺式精密排种器组合而成的铲式玉米精密播种机的工作原理和过程进行了系统的理论分析、计算机仿真和试验研究，并对其仿真设计方法进行了探讨。在分析铲式成穴器的结构特征和工作过程的基础上，对打穴铲各关键点的运动轨迹以及打穴铲端点运动的速度和加速度进行了分析，对打穴铲入土和出土过程进行了计算机模拟。研究结果表明，打穴铲两个下端点的运动轨迹决定着穴孔的形状，成穴器的垂直倾角和水平倾角影响成穴质量。在合理配置成穴器参

3、数的条件下，打穴铲开口在工作过程中不与土壤接触保证投种口不被堵塞。进而对成穴器在土壤中所形成穴孔形状的轮廓和成穴质量与成穴器参数之间的关系进行了分析，建立了成穴质量与参数之间关系的数学模型，为理论分析和计算机仿真奠定了基础。对倾斜圆盘勺式玉米精密排种器分种、排种和投种过程中种子的运动轨迹、速度和加速度进行了分析，确定了保证下落的种子不与打穴铲壁碰撞需满足的条件以及避免种子与投种口发生运动干涉需满足的条件。通过分析种子尺寸的币均匀性对粒距分布均匀性的影响，建立了考虑种子不均、充填性能和种子着地后弹跳滚动的位移后播种粒距分布模型，并对其影响因素进行了讨论。在对分种勺的形状和工作位置进行分析的基础上

4、，提出了持种空间的概念，进丽提出了清种角和滑神角的计算方法以及排种器隔板开口处转角和分种勺项部厚度的确定方法。确定了种子面在排种平面上的倾角、分种勺边缘侧面导种台上种子的极限充种角、分种勺边缘侧面导种台上种子的回落角、清种起始角和清种结束角的计算方法以及种子和排种器各个影响参数对它们的影响。摘要通过编程对铲式成穴器成穴过程、倾斜圆盘勺式精密排种器工作过程和投种过程进行了仿真分析，确定了打穴铲与种子下落发生干涉的位置为打穴铲前端面下侧和后端面上侧。同时将虚拟样机技术引入到播种机的仿真研究之中，对铲式精密播种机单体的各个零部件进行了建模和装配，并进行了运动学仿真，进而对玉米种子在播种机单体中的运动

5、进行了动态仿真，仿真结果与理论分析基本一致。对分种勺盘和打穴铲模型进行了有限元结构分析，确定了分种勺所受最大应力在分种勺下部，分种勺盘容易首先在这个部位损坏；打穴铲最大应力处于下侧连接孔和开口两侧，且打穴铲入土侧面变形较大，因此长时间工作后入土侧面开口边容易卷曲变形。在对铲式成穴器穴孔长度的二次通用旋转组合试验设计的基础上，引入基于人工神经网络的数据处理方法。分析结果表明：BP神经网络拟合结果的相对剩余误差比回归模型拟合结果的相对剩余误差小，拟合精度高于回归模型的拟合精度，为铲式精密播种机的试验研究提供了新的分析方法。选出三种玉米种子，对该播种机进行了试验。根据三因子二次通用旋转组合设计的统计

6、方法，得到了反映播种机的前进速度v、播种机的垂直倾角口和水平倾角y与播种机的重播率和种距变异系数之间关系的回归方程：在此基础上确定了对于j塞三种玉米种子该播种机的最佳参数组合。同时利用BP神经网络对实验数据进行了处理，通过逆映射得到了对书塞三种玉米种子的—组播种}几最佳参数组合。综合两组参数及其它玉米种子的优化参数变化范围，确定了一组较优的播种机参数，对不同尺寸和形状的玉米种子具有较好的适应性，为铲式精密播种机的设计和实际应用提供了实验基础。关键词：玉米；精密播种机；铲式成穴器；精密排种器；工作过程；仿真虚拟样机技术；神经网络沈阳农业大学博士学位论文1前言1．1玉米精密播种的目的与意义玉米是世

7、界上三大粮食作物之一，种植面积仅次于水稻和小麦，居第三位。世界范围内每年玉米的种植面积约1．4亿公顷(20亿亩)，总产量可达4．5亿吨(马成林，1999)。我国每年玉米种植面积在0．14亿公顷以上，总产量超过l亿吨(李力生和潘世强，2001)。玉米是我国北方主要粮食和饲料作物，所以发展玉米生产对发展我国熬个农业、食品工业和饲料工业等都具有十分重要的现实意义。在玉米生产中，除应选用品质优良、高产、多