导苗管栽植系统中苗体运动的控制

导苗管栽植系统中苗体运动的控制

种植技术在国内外得到广泛使用，尤其是在种植蔬菜和果树的方法。种植技术和设备的发展是迅速的。国外有许多种植机。用于移植苗苗的植物育种器包括钳子型（链式和盘式）、张牙白色圆盘型、吊兰型和直落苗型。1导苗管直落苗式栽植器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确定该运动阶段的苗体倾斜角度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。1)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θα。4)从整个苗体移出导苗管口到土钵(或裸苗根)接触地面,为具有初速度的刚体平面运动,取质心为基点,可求出该运动阶段末苗体倾斜角度θb和苗体落地点e距导苗管口的水平距离L5)假设苗体与地面为塑性碰撞,碰撞力对触地点e的冲量矩为0,苗体对e点的动量矩守恒,则可求出碰撞后苗体转动的初角速度ω6)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P至苗体落地点e的距离L则从苗体触地到开始复土所需的时间为:t式中:l一苗体长度,cm。可采用尤拉折线一次叠代法解此定积分,求出θ。若允许苗体对垂线的最大倾斜度为φ,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允许∑θ的范围:∑θ=л/2±φ,由θ和∑θ定出t分别算出L现以机组作业速度V由上述分析的数据可以看出:1)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杆仿形机构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。3.1导苗、活门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。3.2覆盖物的开沟器大型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25cm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65°～85°范围内调整。3.3次复土回土口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裸苗试验21)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4～5cm,钵苗6～7cm。栽植机速度:0.7～0.9km/h,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±20°允许倾斜:90±60°严重倾斜:<30°,>150°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30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α:65°、70°、75°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:4～12cm,每间隔2cm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)。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α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。由表3可以看到:65—6—Z的优良指标略低于70°—10—Z,但是后者的变异系数高于前者,合格率又低于前者较多,因此65°—6—Z是较理想的参数。所有直角回土口的三组试验的合格率都达95%以上,优良率达80%以上,优于斜角回土口。建议采用:65°—6—Z参数组合。5导苗管、栽植器在复土回用后,在一定的条件下,选择二次复土,使苗体不稳定。在已经复土后,1)苗体运动分析和试验证实:影响直落苗式栽植器作业质量的主要因素是导苗管安装倾斜角度、苗体落地点的位置及土壤工作部件的相对位置。2)经过多次试验后认为:在合适的导苗管倾斜角条件下,苗体着地点的位置是决定苗体直立度的重要因素。导苗管应将苗体导向复土流的前端,若过于靠前则不能及时复土造成过度倾斜;稍靠后则使苗体落在已复土上,更易造成歪斜。这就是说,导苗管倾角应随工作条件在一定范围内调整。3)滑刀式开沟器末端形成的复土流,以一定的推力将苗体扶正并定位,复土镇压轮对已定位的苗体进行第二次复土并压实。这种二次复土方式提高了苗体的直立度,它结构紧凑,效果显著。镇压轮的前缘和开沟器的末端的重叠量在6cm左右为宜。4)导苗管直落苗式栽植器,经过多次反复试验,不断优化工作部件的类型和结构参数,使苗体的直立度由最初30%的优良率、60%的合格