目前中國、加拿大、印度、歐盟、澳大利亞為世界油菜主產(chǎn)區(qū),而油菜作為我國第一大油料作物,其種植面積和總產(chǎn)量約占世界總量的1/3,居世界第一位,據(jù)《2015中國統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計,機(jī)械直播比例僅16.2%,油菜主要播種方式仍以半機(jī)械或人工播種為主,因此研發(fā)一種高效油菜精量直播技術(shù)及其配套裝備已成為油菜生產(chǎn)的迫切需求。論文在系統(tǒng)比較分析國內(nèi)外油菜機(jī)械化播種技術(shù)與裝備研究進(jìn)展基礎(chǔ)上,提出一種油菜氣力滾筒式精量集排器,以實現(xiàn)油菜精量播種并簡化播種機(jī)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一器多行功能,在此基礎(chǔ)上開展油菜氣力滾筒式精量集排器排種技術(shù)研究與仿真分析,并研制一種集漏播檢測與報警于一體的實時漏播檢測系統(tǒng)。本論文研究的主要內(nèi)容包括:(1)油菜氣力滾筒式精量集排器設(shè)計與排種過程分析。主要開展了集排器關(guān)鍵部件中的排種滾筒、種箱、導(dǎo)種裝置及氣室等結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,建立了集排器排種過程中吸種、攜種、投種等主要環(huán)節(jié)下排種過程的運動學(xué)與動力學(xué)模型。研究得出種箱組合容積為19.3L,種箱組合內(nèi)部的傾斜角度大于27.2°,型孔數(shù)為40,孔徑為1.2mm,排種滾筒直徑為165mm,氣囊組合直徑為280mm,高度為60mm,負(fù)壓氣室容積為3.92×106mm3,正壓氣室容積大小為7.84×105mm3,其負(fù)壓管半徑應(yīng)不少于5.85mm,正壓管半徑應(yīng)不少于4.47mm,為了保證充種性能,獲得最小臨界真空度為32.2Pa,油菜籽種子的拋擲速度分量應(yīng)小于0.3m/s;并明確集排器不同軌跡下油菜籽種子位移方程、傳動比及功率損耗率。試驗結(jié)果表明:集排器排種滾筒轉(zhuǎn)速為18r/min,正壓氣室正壓相對壓力值為1800Pa以及集排器負(fù)壓氣室負(fù)壓相對壓力值為-3400Pa時,油菜氣力滾筒式精量集排器各行排量一致性變異系數(shù)為3.23%,總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為1.38%。(2)油菜氣力滾筒式精量集排器仿真試驗與分析。運用EDEM軟件建立了集排器充種系統(tǒng)與種箱內(nèi)種群模型,通過對集排器中油菜籽群的運動進(jìn)行仿真分析,研究油菜籽種子運動規(guī)律及其影響因素;借助ANSYS/CFX軟件開展了該集排器型孔的氣流場仿真分析,探討了集排器型孔形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)及其對種子吸附性能影響規(guī)律,以集排器型孔端面處平均壓強(qiáng)以及平均流速為主要評價指標(biāo),對集排器排種滾筒上型孔結(jié)構(gòu)、排種滾筒型孔孔徑大小、排種滾筒徑向型孔數(shù)目、排種滾筒型孔排列方式以及氣室有無氣囊組合等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了單因素仿真試驗與正交仿真試驗研究。仿真研究結(jié)果表明:采用階梯孔形式的型孔,型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇為孔徑1.2mm,型孔數(shù)量為40,型孔的排列方式為等間距30mm直線排列為最優(yōu)化參數(shù)組合,有氣囊組合氣室壓力波動誤差范圍為0.19%。四者結(jié)構(gòu)參數(shù)均是影響排種器氣流場分布的重要因素,其中型孔結(jié)構(gòu)形狀為顯著因素,軸向間距為不顯著因素。(3)油菜氣力滾筒式精量集排器預(yù)試驗研究。以各行合格指數(shù)、漏播指數(shù)以及重播指數(shù)等排種性能為評價指標(biāo),開展集排器單因素臺架試驗。單因素臺架試驗表明:當(dāng)正壓氣室相對壓力值為1800pa,負(fù)壓氣室相對壓力值為3400pa,排種轉(zhuǎn)速為18r/min時,各行合格指數(shù)平均可達(dá)90.83%,漏播指數(shù)為4.35%;以各行排量一致性變異系數(shù)、總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為評價指標(biāo),開展了集排器路面試驗。正交試驗表明:集排器負(fù)壓氣室負(fù)壓輸出方式、東方紅854拖拉機(jī)手控油門刻度大小以及過渡軸傳動比為試驗因素對各行排量一致性為顯著因素,并選擇各行排量一致性變異系數(shù)以及總排量穩(wěn)定性最佳的優(yōu)化組合A2B1C2,即集排器負(fù)壓出氣方式采用雙端出氣,過渡軸與仿形地輪傳動比為1.72,東方紅854拖拉機(jī)采用手動油門1/2刻度為輸入動力。(4)精量排種器排種性能檢測系統(tǒng)設(shè)計與試驗。針對油菜粒徑小易引起氣力式油菜精量排種器實時漏播檢測及性能檢測難的問題,設(shè)計研制了一種基于單片機(jī)的精量排種器排種性能檢測與報警系統(tǒng),提出了一種基于排種頻率檢測方法(可用于田間實時漏播檢測),通過測頻裝置對不同轉(zhuǎn)速、不同數(shù)量型孔堵塞的氣力式排種器出口的排種頻率測量試驗,獲得了不同轉(zhuǎn)速下界定漏播嚴(yán)重程度的頻率劃分區(qū)域,即正常區(qū)、弱漏播區(qū)與嚴(yán)重漏播區(qū)。在試驗臺上測試表明:排種頻率法能有效實現(xiàn)漏播程度的檢測,無漏播時檢測準(zhǔn)確率為100%,當(dāng)量型孔堵塞8孔以上時判定為漏播的準(zhǔn)確率為100%;一種基于排種間隔時間檢測方法(可用于排種器性能檢測),開展基于單片機(jī)排種間隔時間性能檢測系統(tǒng)與基于JPS-12型機(jī)器視覺排種器性能檢測試驗臺同步試驗,試驗結(jié)果表明:基于單片機(jī)排種間隔時間性能檢測系統(tǒng)檢測漏播指數(shù)與基于JPS-12型機(jī)器視覺排種器性能檢測試驗臺檢測漏播指數(shù)平均誤差為0.31%,最大誤差為0.7%;基于單片機(jī)排種間隔時間性能檢測系統(tǒng)檢測重播指數(shù)與基于JPS-12型機(jī)器視覺排種器試驗臺檢測重播指數(shù)平均誤差為0.33%,最大誤差為0.55%。(5)油菜氣力滾筒式精量集排器排種系統(tǒng)分析與應(yīng)用。對油菜氣力滾筒式精量集排器與精量排種器排種性能檢測系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析,并開展了油菜氣力滾筒式精量集排器排種系統(tǒng)田間試驗。田間試驗表明:油菜氣力滾筒式精量集排器各行一致性變異系數(shù)為27.72%,總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為14.71%;油菜籽作物跟蹤田間試驗表明:油菜氣力滾筒式精量集排器排種華油雜62,其播種為1m長度的油菜籽平均株數(shù)為11株,各行間株數(shù)變異系數(shù)為33.7%,34.7%,31.1%,35.8%,38.4%,35.7%�；趩纹瑱C(jī)漏播檢測系統(tǒng)在線檢測排種漏播情況,無種子及排種器出現(xiàn)故障時,漏播檢測系統(tǒng)均被檢測為漏播狀態(tài)。創(chuàng)新點1:提出了一種內(nèi)外滾筒結(jié)合的復(fù)式排種盤及其氣囊組合結(jié)構(gòu);創(chuàng)新點2:提出了基于排種頻率法與排種間隔時間法,以實現(xiàn)小粒徑種子排種器漏播檢測與性能檢測;
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S223.2
【部分圖文】：

96 年 Guarella 等人（Guarella et al 1996）研究了排種器響，將重點轉(zhuǎn)移至提高排種性能；1998 年 Zulin 等人（Z數(shù)與排種性能參數(shù)數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化改進(jìn)了液壓氣動式芹菜人(Karayel D et al 2004)針對玉米、大豆、棉花等作物重、球型度、投影面積以及密度建立精密播種機(jī)負(fù)壓氣.C.Singh 等人（R.C.Singh et al 2005）應(yīng)用數(shù)學(xué)迭代法對開展了單因素試驗，結(jié)果表明：當(dāng)轉(zhuǎn)速 0.42m/s、負(fù)壓為 94.7%，有效株距為 251mm，迭代結(jié)果與試驗結(jié)論一人（Maleki M R et al 2006）研究谷物排種器螺旋槽深度對種子均勻性的影響；2007 年 Gaikwad 等人（Gaikwad徑種子設(shè)計了一種低成本氣力式育苗穴盤播種機(jī)，該播種；2007 年丹麥制造商 HE-VA 研制了一種新式播種機(jī)計量以及氣流分配系統(tǒng)，可進(jìn)行大面積精量播種，提高播種機(jī)整體智能水平；2007 年 Arzu 等人(Arzu et al 20

（Robert JO et al 2009），最大種子量看為 1500L，工作幅寬為 6m，每行播種行距為 15cm，動力需求為 150-190 馬力，如圖 1-2 所示。圖1-2 丹麥Kongskilde公司研制的Vibro播種機(jī)Fig.1-2 Developed Vibro seeder from Kongskilde company of Denmark2010 年 Anantachar 等人（Anantachar M et al 2010）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對傾斜圓盤排種器排種性能參數(shù)預(yù)測及確定最佳結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)；2010 年 ZakiDizaji 等人（ZakiDizajiet al 2010）研究了一種氣力式清種裝置，解決了種子破損率高的問題；2010 年 Balsari等人（Balsari et al 2010）分析開展了氣力式排種器田間試驗，試驗表明通過減少風(fēng)機(jī)氣流量提高玉米作物的出苗率；荷蘭 VISSER 公司 Grantte2000 型吸嘴式穴盤播種機(jī)可精確定位穴盤，效率高（Dizaji HZ et al 2010）；美國 Cyclo 系列的氣送式精播機(jī)可對大粒徑種子，如土豆、玉米等實現(xiàn)多路排種（Kara M et al 2010）；2012 年 HRaheman 等人（Raheman H et al 2012）研究了一種氣力式滾筒排種器，實現(xiàn)了一器多行播種，且播種效率較傳統(tǒng)而言提高了 50-55%；2014 年 Hossen M S 等人（HossenM S et al 2014）優(yōu)化后免耕條播機(jī)，其播種效率為 80.19%

上檢測條播機(jī)各個性能指標(biāo)，包括株距，下落種子速度tis（Alchanatis V et al 2002）等人利用機(jī)器視覺對排種器04 年 Shrestha（Shrestha DS et al 2004）等人通過前期對根據(jù)后期視頻處理算法檢測排種性能；2006 年 Karaye檢測系統(tǒng)，并運用到實際田間工作（Karayel D etal，2 等人（M.H.saiedirad et al 2008）利用傳感器對精密播種查，時刻檢測種子發(fā)展趨勢的情況；2009 年具有代表性種機(jī)上配備的電子監(jiān)控系統(tǒng)有效檢測播種機(jī)性能，提高；2011 年 Hajahmed 等人（Hajahmed O et al 2011）研制排種均勻性以及排種流量；2011 年 Navid 等人（Navid排種器性能進(jìn)行檢測；2012 年 Karimi 等人（Karimi H人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對排種器破損率開展試驗研究，通過提取功率譜等特征來識別。目前 Wintersteiger 針對不同地區(qū)土壤深度、播種量進(jìn)行實時監(jiān)控以達(dá)到精量高速播種，型播種機(jī)。
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本文編號：2844975