【摘 要】
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青菜头为我国特产,也是我国的副食珍品,长期以来受到国内外消费者的青睐。随着青菜头产业的发展,人们对于青菜头的需求量日益增加,而播种施肥作为青菜头种植的关键环节,其作业的好坏直接影响着青菜头的质量和产量。目前,青菜头种植基地多采用传统的人工撒播方式,存在着劳动强度大、种肥浪费严重、出苗率较低、难以规模化种植等问题。由于青菜头独特的种植农艺要求（种子和肥料混合后直接播种到厢面）,现有的播种施肥装置的适
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青菜头为我国特产,也是我国的副食珍品,长期以来受到国内外消费者的青睐。随着青菜头产业的发展,人们对于青菜头的需求量日益增加,而播种施肥作为青菜头种植的关键环节,其作业的好坏直接影响着青菜头的质量和产量。目前,青菜头种植基地多采用传统的人工撒播方式,存在着劳动强度大、种肥浪费严重、出苗率较低、难以规模化种植等问题。由于青菜头独特的种植农艺要求（种子和肥料混合后直接播种到厢面）,现有的播种施肥装置的适用性较小,因此研制一种适用于青菜头的播种施肥装置具有重要意义。本文结合青菜头种植农艺要求,针对上述问题研制了一种机械化穴播并种肥混施的青菜头播种施肥装置,并申请了相应国家专利,主要完成工作内容如下:（1）青菜头种子、肥料的物理机械特性研究选取青菜头种子“涪杂2号”为研究对象,对其含水率、三轴尺寸、千粒重、密度、休止角等参数进行了测定;同时选取草木灰细砂肥为研究对象,对其含水率、密度、休止角等参数进行了测定。为播种施肥装置关键部件的设计分析以及离散元模拟仿真分析提供了参考。（2）青菜头播种施肥装置总体方案设计根据青菜头种植农艺要求,提出了青菜头播种施肥装置的总体方案,采用青菜头机械化穴播同时种肥混施的方式,确定了整体方案设计思路;对搭载播种施肥装置的机械底盘结构进行了设计,完成了动力传动系统的设计。（3）青菜头播种施肥装置关键部件结构设计根据青菜头播种施肥装置总体方案,参考青菜头种植农艺要求,并结合青菜头种子、肥料物理机械特性,对排种和排肥工作过程进行了分析,确定了影响排种和排肥性能的主要因素;完成了装置关键部件中的排种机构（种箱、排种轮等）、排肥机构（肥箱、螺旋绞龙等）、种肥混合机构（种肥杯、挡料盖等）的设计分析,运用Creo对播种施肥装置各部件进行了建模以及模拟装配。（4）青菜头播种施肥装置离散元仿真分析运用离散元仿真软件EDEM建立了播种施肥装置的仿真模型,对装置播种施肥过程以及作业效果进行了仿真试验,分析了青菜头种子与肥料在播种施肥过程中的运动;采用二次回归正交旋转组合试验对关键工作参数进行了寻优,分析了各工作参数对播种施肥性能的影响,并建立了相应的回归方程。试验结果表明:装置最优工作参数为排种轮转速13.97r/min,螺旋绞龙转速112.12r/min,挡料盖开口度95.24°;在此试验条件下,穴粒数合格率预测值为90.97%,穴距合格率预测值为92.66%,排肥量均匀性变异系数预测值为9.44%,预测可取性为94.6%。（5）青菜头播种施肥装置控制系统设计选用电机驱动排种和排肥的工作方式,以PLC为核心控制器、旋转编码器作为测速位移装置、光电窗口落料传感器为排种计数装置;通过GX Works2和SK Workshop软件分别对主体控制程序和人机交互界面进行了设计,使得控制系统能实现设定的控制策略以及方法命令,同时通过人机交互界面直接控制与监测播种施肥装置的工作状况。（6）青菜头播种施肥装置性能试验完成了播种施肥装置的样机试制,并对试制样机分别进行了信息测试试验、台架试验以及田间试验,以验证仿真的有效性与所研制装置的可行性,并检验了该装置的实际应用性能。信息测试试验结果表明:采集信息参数与实测参数偏差较小,验证了传感器采集信息的有效性。台架试验表明:各行的排肥量均匀性变异系数最大为10.84%,4行平均值为10.59%,与仿真结果误差为12.18%;各行穴粒数合格率平均值最小为85.5%,4行平均值为86.88%,与仿真结果误差为4.5%。田间试验表明:装置运行稳定,无明显拖料、漏料现象,各行的穴距合格率平均值最小为84.07%,4行平均值为85.76%,与仿真结果误差为7.44%;追踪作业后的出苗情况,发现出苗效果良好,出苗率为86.33%,表明装置具有良好的实际作业性能。
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