摘要：精密播种技术已成功运用于多种作物的种植，是农业增产、增收和降低粮食生产成本的重要措施之一。精密播种技术要求播种量精确、株距精确及播深精确，以而保证种子在田间的合理分布，为作物生长发育创造最佳的条件。精密播种历程是由仿形、开沟、施肥、播种、覆土、镇压等多种工作部件配合完成的一个复杂历程，其田间指标要求高，任何环节都可能影响其最终的精确度。目前多数学者的探讨集中在精密播种论述和各种排种器的研发上，并开发出了气吸式、气吹式、勺式等多种精密排种装置，实现了播量的精确。但是播深和株距的形成是由仿形、开沟、覆土、镇压等多个部件共同完成，并与种沟的土壤情况密切相关，任何一个环节可能都会影响种子在土壤中的最终分布状态，种子的播深一致性和覆盖质量对种子出苗和作物产量有着重要影响，由此精密播种机的播深一致性和覆土质量将决定着播种质量的优劣。然而由于对影响播深精确的仿形装置和开沟装置缺乏深入系统的探讨，使得田间实际播深达不到最佳状态。本论文以影响播深制约的精密播种机仿形机构为探讨对象，运用机构学、动力学、土壤流变学等知识，通过试验探讨土壤下陷量与时间联系，进而确定了旱田土壤的流变模型和流变参数，建立了土壤下陷量与相关参数的回归模型，并将土壤流变模型引入平行四杆式精密播种单体的动力学浅析中，建立了平行四杆式仿形机构开沟深度变化的数学模型，采取Matlab软件进行了开沟深度的计算机仿真，浅析了影响开沟深度的参数和变化规律，找出开沟深度稳定性的影响因素。运用Pro/E软件的参数化设计功能，建立精密播种机三维参数化模型库，利用ADAMS软件对建立的平行四杆式精密播种单体的仿形机构进行了结构参数的优化设计和运动仿真模拟，进行了仿形机构开沟深度的浅析和室内的开沟深度性能试验，试验结果与仿真结果变化走势一致，最大误差小于23%，表明本论文所建立的开沟深度数学模型的正确性和仿真浅析策略的可靠性。最后，为满足大型精密播种机对播深的精确制约，研制了一种由平行四杆机构与电液自动仿形系统结合的精密播种单体，对仿形传感装置、仿形制约器、液压系统进行了设计。利用Simupnk软件对建立的液压系统模型进行了仿真。通过机械仿形和电液仿形的田间比较试验，表明在仿形精度上电液自控仿形式显著优于机械式仿形，实现了播深的精确制约，为提升大型精密播种机的自动化程度提供了技术参考。本论文是高等学校博士学科点专项科研基金（20040183024）和吉林省科技进展计划项目（200405045）、国家现代农业产业技术系统建设专项资金（CARS-01-33）的部分内容，其主要探讨成果如下：（1）通过土壤的单轴压缩试验，观察土壤承载后变形与时间的联系曲线，选择了四元件Burgers模型来描述土壤流变特性，并得到了土壤变形量与时间的方程为：通过方程可知，土壤的下陷变形主要由瞬时下陷、延迟下陷和稳定蠕变三部分组成。方程也表明松散土壤的下陷变形与时间有关，且为非线性的。在此基础上，采取试验法测定了镇压力为400N、600N、800N，土壤含水率为16%、18%、20%的条件下的土壤流变曲线，通过数值模拟得到在不同试验条件下的土壤流变参数，进而确定了对应条件下的土壤流变模型。（2）为了获取土壤下陷量与影响因素之间的联系，选择含水率、镇压强度、作业速度为影响因素，通过响应面优化设计试验案例，得到了土壤的下陷量与相关因素的回归拟合方程：以回归模型可以得出，土壤的下陷量与镇压强度、含水率、作业速度呈非线性联系，影响下陷量的主要因素是镇压强度，其次是土壤含水率，而作业速度与下陷量呈负相关，但影响极小。以回归模型可更直观地浅析相关因素与下陷量的影响联系。（3）以平行四杆仿形式精密播种机单体为探讨对象，引入土壤流变参数，建立了精密播种单体开沟深度的数学模型。模型表明，播种单体仿形历程中为线性单自由度阻尼振动系统，系统的稳定与地表几何特点、播种单体的结构参数以及土壤的力学性质有关，式中的K2、η2分别是Burgers模型中的弹簧刚度系数和阻尼系数，A是与瞬时下陷量和延迟下陷量有关的变形系数，可以通过土壤下陷量回归模型计算得到。利用Matlab软件对开沟深度进行模拟仿真，浅析了影响精密播种单体的仿形、开沟稳定性的因素，获得了较优的参数组合。（4）运用Pro/E软件的参数化设计功能，构建精密播种机零部件的三维参数化模型库，建立了不同形式的播种单体三维实体模型，以开沟深度为目标，利用ADAMS软件对平行四杆式精密播种单体仿形机构进行了结构参数的优化设计和运动仿真模拟，得到最优参数值：平行四杆长450mm，仿形轮配置在开沟器前面距离300mm时，开沟稳定性能够满足设计要求。（5）进行了仿形机构开沟深度的浅析和室内的开沟深度性能试验，试验结果与仿真结果变化走势一致，最大误差小于23%，表明本论文所建立的开沟深度数学模型的正确性和仿真浅析策略的可靠性。（6）研制了平行四杆机构与电液自动仿形系统相结合的精密播种单体，对所需的仿形装置、传感装置、仿形制约器、液压系统进行了设计。建立了液压系统的仿真模型，利用Simupnk软件对液压系统的运动进行了仿真，通过试验探讨，仿真值和试验值基本吻合，最大误差为16.4%，满足了设计要求，以而验证了模型的正确性。对电液自控式和机械式两种不同仿形播种单体进行了田间比较试验。田间试验结果表明，在仿形精度上电液自控仿形式显著优于机械式仿形，满足了对播深精确制约要求，提升了大型精密播种机的自动化程度。本论文所进行的论述探讨、试验探讨、计算机仿真等探讨成果为精密播种机的研制及农机系统建模与仿真设计提供了新的思路和策略，对丰富精密播种论述，进展精密播种技术具有重要作用。关键词：精密播种论文播深论文平行四连杆论文仿形机构论文数学模型论文仿真论文电液制约论文
前言4-5
摘要5-9
Abstract9-16
第1章 绪论16-27
1.1 本论文探讨的目的和作用16-17
1.2 精密播种机的播深制约与虚拟仿真探讨概况17-25
1.2.1 精密播种技术与播深制约进展概况简述18-20
1.2.2 精密播种机播深制约机构的探讨进展20-23
1.2.3 虚拟仿真技术在播种机械方面探讨运用23-25
1.3 本论文探讨的内容25-27
第2章 农田土壤流变特性的试验探讨27-56
2.1 农田土壤流变特性的探讨近况27-29
2.2 土壤流变特性试验探讨29-34
2.2.1 试验目的29
2.2.2 试验设备和材料29-32
2.2.3 试验策略32-34
2.3 农田土壤流变模型的选择与参数测定34-41
2.3.1 农田土壤流变模型的选择34-36
2.3.2 土壤流变特性的试验与流变参数计算36-41
2.4 土壤下陷量的试验探讨41-54
2.4.1 响应面优化法介绍41-43
2.4.2 土壤下陷量的测定策略43-44
2.4.3 试验因素的选择与案例确定44-45
2.4.4 试验结果浅析45-54
2.5 本章小结54-56
第3章 精密播种单体开沟深度的仿真探讨56-71
3.1 播种机仿形机构的分类及特点57-62
3.1.1 仿形机构的要求57
3.1.2 仿形机构的分类57-62
3.2 平行四杆式精密播种单体的动力学浅析62-66
3.2.1 平行四杆式仿形精密播种单体62
3.2.2 平行四杆式精密播种单体的动力学浅析62-66
3.3 开沟深度变化的仿真结果浅析66-69
3.4 本章小结69-71
第4章 精密播种单体开沟深度仿真与试验探讨71-97
4.1 基于 PRO/E 的精密播种机三维参数化模型库构建71-78
4.1.1 参数化造型技术与开发平台的选取71-72
4.1.2 基于 Pro/E 的精密播种机三维参数化模型库构建72-75
4.1.3 精密播种机单体装配与建模75-78
4.2 ADAMS 与 PRO/E 之间的数据交换78-81
4.2.1 Pro/E 和 ADAMS 联合开发虚拟样机流程78-79
4.2.2 ADAMS 与 Pro/E 之间的数据交换79-81
4.3 基于 ADAMS 的精密播种单体仿真浅析81-92
4.3.1 仿真前的准备工作83-85
4.3.2 平行四杆式仿形机构的结构参数对仿形效果的初步浅析85-90
4.3.3 优化后仿真模型的开沟深度仿真效果浅析90-92
4.4 精密播种单体开沟深度的试验探讨92-96
4.4.1 试验设备与试验策略93-94
4.4.2 试验数据浅析94-96
4.5 本章小结96-97
第5章 电液自控仿形式精密播种单体的设计与试验探讨97-117
5.1 电液自控仿形系统的设计98-107
5.1.1 电液自控仿形案例的提出98-99
5.1.2 电液自控仿形系统的设计99-107
5.2 液压系统的仿真与试验探讨107-113
5.2.1 液压伺服系统模型建立与仿真历程107-108
5.2.2 液压系统的建模与仿真108-113
5.3 田间性能比较试验113-115
5.4 本章小结115-117
第6章 总结与展望117-121
6.1 全文总结117-120
6.2 展望120-121
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