【摘要】：我國是一個(gè)缺水嚴(yán)重的國家。河北省又屬于極度缺水地區(qū),而我省農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的64.1%,缺水和水資源利用率低嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。華北地區(qū)玉米播種后為保證出苗率通常在播后一周內(nèi)進(jìn)行澆水作業(yè),但有些地區(qū)仍采用傳統(tǒng)地表漫灌方式,嚴(yán)重浪費(fèi)水資源,同時(shí)存在農(nóng)民澆水排隊(duì)耽誤農(nóng)時(shí)的問題。針對這一問題,本課題研究的目的是研制一臺玉米精準(zhǔn)施水播種機(jī),在播種同時(shí)進(jìn)行施水作業(yè),依據(jù)作業(yè)速度自主調(diào)節(jié)施水量以保證施水均勻性。玉米精準(zhǔn)施水播種機(jī)符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)環(huán)保集約型理念,并有利于提高農(nóng)業(yè)用水利用率,節(jié)省農(nóng)時(shí)。施水播種機(jī)以機(jī)械式居多,在查閱了相關(guān)文獻(xiàn)并分析了多種施水播種機(jī)結(jié)構(gòu)后,確定了采用電控式施水方案。電控式施水相比機(jī)械式施水優(yōu)點(diǎn)在于播種速度變化時(shí),通過改變舵機(jī)開閉角度就能改變施水量,不會出現(xiàn)由于速度變大導(dǎo)致泵腔蓄水不充分的情況,若要改變基礎(chǔ)施水量只需要在程序中更改相應(yīng)數(shù)值即可,不需要更換不同尺寸的棘輪、泵腔等機(jī)械結(jié)構(gòu)。玉米精準(zhǔn)施水播種機(jī)機(jī)械部分主要對播種單體進(jìn)行了改進(jìn),使出水結(jié)構(gòu)更為合理,將出水口設(shè)計(jì)在落種口前,有利于避免水對種子的沖擊。設(shè)計(jì)了水箱支架并對支架強(qiáng)度進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明支架可承受壓強(qiáng)遠(yuǎn)大于其最大形變時(shí)的壓強(qiáng)。為避免地輪打滑導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確設(shè)計(jì)了一款測速輪,并使用EDEM軟件對不同角度的防滑齒進(jìn)行仿真,結(jié)果表明防滑齒角度為45度時(shí),測速輪受力更為平衡,揚(yáng)塵更少。在多次試驗(yàn)中,測速輪均未出現(xiàn)滑移現(xiàn)象,后又應(yīng)用于小麥播種機(jī)上�？刂葡到y(tǒng)主要包括單片機(jī)、編碼器、大扭矩舵機(jī)、水位監(jiān)測和報(bào)警模塊。旋轉(zhuǎn)編碼器是主要測速器件,與測速輪同軸安裝。單片機(jī)根據(jù)編碼器發(fā)送的脈沖頻率,計(jì)算出作業(yè)速度,并進(jìn)一步控制舵機(jī)打開角度,從而改變出水量。除對播種機(jī)機(jī)械部分及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)外,還對水箱容積、安裝位置及整機(jī)橫向、縱向穩(wěn)定性進(jìn)行了理論計(jì)算。確定了水箱容積為1立方米,采用背負(fù)式安裝方式,背負(fù)式相比拖車承載式,作業(yè)效率更高,在田間試驗(yàn)中,實(shí)測作業(yè)速度達(dá)到5.4km/h。通過SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件對出水量與舵機(jī)打開角度關(guān)系曲線進(jìn)行擬合,找出了最佳擬合關(guān)系表達(dá)式為三次項(xiàng)形式。通過對田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量與統(tǒng)計(jì),施水作業(yè)的種子發(fā)芽率較無施水作業(yè)的大大提高,出芽更快,且播深一致性有所提高。施水前土壤含水率為9.8%,施水播種作業(yè)23天后土壤含水率降為15.6%,此時(shí)仍處于適合苗期生長的含水率階段。當(dāng)施水量分別為670ml/m、300ml/m和240ml/m時(shí),播后6天發(fā)芽率分別達(dá)到95.00%、88.77%、85.91%,而傳統(tǒng)無施水播種的種子發(fā)芽率僅為63.38%。電控式玉米精準(zhǔn)施水播種機(jī)一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化施水作業(yè),提高了農(nóng)業(yè)用水利用率,緩解了澆水排隊(duì)耽誤農(nóng)時(shí)的問題,對于節(jié)約水資源意義重大。
【圖文】：

用水占用水總量的 62.3%。據(jù)《2017 年河北省水資源公報(bào)》顯示，2017 源總量 138.34 億 m3，全省總用水量為 181.56 億 m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水量3，占總用水量的 63.0%。由此可以看出我國本就是缺水國家，而河北省度缺水地區(qū)，在河北省全年總用水量中農(nóng)業(yè)用水又占據(jù)一半以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超和生活用水量。若能在農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀中有所改進(jìn)，在一定程度上減少水資源農(nóng)業(yè)用水率。對于節(jié)約水資源意義重大，才能更好地服務(wù)于綠色農(nóng)業(yè)，有康可持續(xù)發(fā)展。玉米生長對于各類氣候和土壤的要求不高[21]，廣泛分布于世界各地，但玉22]，全生育期每公頃需水量為 3000--5400m3，，但播種出苗期需水量很少即芽，這一時(shí)期需水量占玉米生長期總需水量的約 3.1%。播種后若土壤干芽率低，出苗緩慢，而在播種后施少量水對加快種子發(fā)芽有極大幫助。玉對水分和溫度因素較為敏感。華北地區(qū)夏玉米播種后為保證高發(fā)芽率和縮往在播后一周內(nèi)進(jìn)行澆水作業(yè)，但有些地區(qū)仍采用傳統(tǒng)地表漫灌方式，在需要如此大量水的情況下，造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)，若玉米地經(jīng)過深松耗更大量的水資源。同時(shí)存在農(nóng)民澆水排隊(duì)耽誤農(nóng)時(shí)的問題。施水播種機(jī)時(shí)進(jìn)行施水作業(yè)，在一定程度上可以緩解耽誤農(nóng)時(shí)的問題。有較大現(xiàn)實(shí)意

圖 1-2 2BQMS-2 型坐水免耕氣吸播種機(jī) 圖 1-3 2BGM-2 覆膜施水播種機(jī)Fig. 1-2 BQMS-2 no-tillage air-suction seeder Fig. 1-3 2BGM-2 mulching water seeder1.5.2 國內(nèi)穴灌坐水播種機(jī)械研究現(xiàn)狀近年來雖然穴灌坐水播種機(jī)在我國已得到一定的研究，但其目前機(jī)型較少還未得到大規(guī)模推廣仍處于發(fā)展與試驗(yàn)階段，主要機(jī)型有一下幾種：地輪泵式坐水播種機(jī)，2006 年由南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制，如圖 1-4 所示。工作原理是，在拖拉機(jī)前進(jìn)中通過凸輪與鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)周期性打開泵腔，泵腔每打開一次，完成一次施水作業(yè)。該機(jī)理論穴施水量為 100mL/穴，作業(yè)行數(shù)為 4 行。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(2010)研制的水種同穴同施坐水播種機(jī)，如圖 1-5 所示。其采用鴨嘴式成穴釘齒進(jìn)行打穴，排種器類型為氣吸式排種器，地輪輪芯內(nèi)側(cè)裝有取種器，地輪釘齒數(shù)量與取種器數(shù)量相等且位置相符，輸水管與螺桿泵相連，為其提供壓力水，且螺桿泵的出水量與其轉(zhuǎn)速成正比以保證穴施水量的穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)定量穴施水，種水同時(shí)播施，機(jī)組可實(shí)現(xiàn)無級變速。西北農(nóng)林科技大學(xué)研制的 2BSSF-3 型淺松間歇施水播種機(jī)，該播種機(jī)的施水機(jī)構(gòu)主要由棘輪、推桿、水閥和水閥推桿構(gòu)成，主要通過更換不同尺寸的棘輪來改變出水量。
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;S223.2

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