王朝辉[1]2003年在《基于高速摄像的精密排种器性能检测的研究》文中进行了进一步梳理排种均匀度是反映精密排种器工作性能与质量的重要指标，也是一项较难测定的参数。其检测手段，直接影响对精密排种器的准确评价，从而不仅关系到植株养分吸收的均衡性和粮食产量的高低，也影响精密排种器的生产周期和制造成本，因此寻找一种简单易行的排种器性能检测方法尤其必要。 本文以计算机图像处理作为技术手段，结合运用小波变换、数学形态学等理论，成功地解决了计算机图像处理用于排种器性能检测的难点和关键性技术问题，实现了群体颗粒相似运动目标的规律检测，开发出排种器性能检测程序(VDSSP)。并通过大量试验证明所建立的基于高速摄像的排种器性能检测系统是可行的、适用的。系统具有体积小、操作简单、精度高、检测速度快等特点。论文的主要研究工作和结论概括如下： 1)建立了基于高速摄像的排种器性能检测系统 分析了运动图像的采集现状及建立基于高速摄像的排种器性能检测系统的技术难点。提出了由KODAK高速摄像机和AHA2940图像采集卡组成的摄像系统，详细探讨了硬件的选择对采集速度、图像质量、检测速度等方面的影响。讨论了减少图像中种子运动的拖尾现象及获取清晰种子图像的方法，开发了基于计算机图像处理的排种器性能检测软件包——VDSSP。 2)提出了提取运动种子目标的方法 建立了运动种子图像去模糊数学模型、恢复了采集瞬间图像中种子的初始位置、提高了种子质心坐标提取的精度。并根据小波变换多尺度多分辨率特性及其降噪原理，给出了基于小波变换的种子图像去噪方法，合理地选择小波基及阈值，较好地去除了种子图像因变频器、试验台振动、自然光和周围环境等带来的噪声。最后，给出了基于矩法快速种子质心搜索的数学模型。 3)给出了高速摄像机的标定方法 根据摄像机的成像特点，采用线性方法建立了由摄像机和采集卡组成摄像系统的数学模型，求出了摄像系统参数。同时，综合考虑了摄像机镜头存在的各种畸变，进行了摄像系统参数修正，使摄像系统定标更加科学、准确，吉林农业大学硕士学位论文摘要为提高整个系统的标定和检测精度打下了坚实的基础。 4)推导出递推式序列种子图像空间点拼合的计算公式 通过种子离开排种口初速度确定、种子空间位置的坐标变换和采集图像时间间隔的求取，提出了种子序列图像中重复目标的去除方法，实现了种子空间数据的准确拼合。导出了种子落在匀速直线运动粘胶带上的水平间距，并参照精密播种机的有关试验标准、建立了基于计算图像处理的检测排种器性能各项指标的数学模型。 5)分析了误差产生的原因、给出了排种器性能检测精度的验证方法 通过基于高速摄像机的排种器性能检测与人工检测方法的试验对比，对图像处理的检测精度进行了验证，表明检测系统的测试精度是完全可靠的，且具有检测速度快，抗干扰强，稳定性好等优点，完全可以替代人工检测法。最后分析了误差产生的原因。 总之，本文着眼于提高排种器性能检测精度和检测过程的实用化，在高精度摄像系统标定、运动模糊去除、小波降噪、种子空间点的递推拼合等环节取得了较好的成果，可适合多种排种器的性能检测以及生物仿生的研究。但因检测用的计算机要求较大的内存容量、高速的系统总线和处理芯片，还没有达到实时性要求。
边疆[2]2009年在《基于高速摄像系统的精密排种器性能检测方法及试验研究》文中指出精密播种是现代化农业技术发展的重要方向,精密排种器是实现精密播种的核心部件,排种器性能检测是改进排种器性能的重要环节。本文在现有JPS-12精密排种器性能检测试验台基础上,运用高速摄像系统对精密排种器的排种过程进行图像采集,将采集的排种图像进行处理,研究了精密排种器性能检测方法,在不同工作参数下进行试验对比。本文的主要研究工作和结论如下:1)分析排种器性能检测系统工作原理以及试验台结构,建立由高速摄像机、光源以及计算机等组成的高速摄像检测系统。使用高速摄像机采集排种过程中种子运动的图像。2)研究了排种图像处理方法,主要包括:提取图像R分量完成灰度化;通过差分法将图像背景去除;比较两种常见平滑滤波,采用十字形中值滤波法进行图像滤波;采用Soble算子对图像进行锐化处理;使用预处理式固定阈值法进行阈值分割,较好地去除了图像因试验台振动、自然光和周围环境等带来的噪声。提取图像中种子的特征量,完成其面积统计,并利用矩特性求出种子质心坐标。3)对摄像机进行标定,求出排种图像中像素坐标系与实际坐标系的变换比例因子U_x,U_y。通过对采集的排种图像时间间隔和排种位置差求取,求出了种子粒距。选用基于序列帧图像种子面积和粒距的排种器性能检测方法。4)对基于高速摄像系统的排种器性能检测系统进行安装及试验研究,着重对滚筒转速、正压差和负压差叁个参数进行分析。以油菜种子为试验对象,在不同参数条件下进行播种试验。经试验对比,高速摄像检测和人工检测的排种合格率相对误差小于1%,播种变异系数相对误差小于3%,高速摄像检测法检测精度满足检测要求。对检测系统误差进行分析,指出了其中的几种主要误差。本文着眼于排种器性能检测系统精度和实用性的提高,开展了基于高速摄像系统的排种器性能检测方法的研究。经试验验证,该方法检测精度较高,具有广泛实用价值。
颜辉[3]2012年在《组合内窝孔玉米精密排种器优化设计新方法研究》文中认为本文以一种新型玉米精密排种器——组合内窝孔玉米精密排种器和叁种玉米种子为研究对象，对非规则形状颗粒——玉米种子的建模方法、复杂结构机械部件——排种器的建模方法和非规则形状颗粒的离散元法计算方法等进行了深入研究，在此基础上采用课题组研发的基于离散元法的叁维CAE软件，对组合内窝孔玉米精密排种器进行了设计和工作过程仿真分析，并与排种器的台架试验结果进行了对比，以期建立一种玉米精密排器优化设计的新方法，本文的主要研究工作和结果如下。1）按照玉米排种器工作过程仿真分析的需要，选择平安18、吉峰218和长单228叁种玉米种子作为实验样本，对叁种玉米种子的物理力学性质进行了测试，包括叁轴尺寸、千粒重、颗粒密度、刚度系数、碰撞恢复系数、动静摩擦系数等。在此基础上，对于种子品种、种子含水率等相关因素对碰撞恢复、刚度、摩擦系数等产生的影响进行了分析，为排种器工作过程仿真分析提供参数依据。2）对颗粒建模方法进行了综述，总结了非规则形状颗粒的五种球充填建模方法。对以玉米种子为代表的非规则形状颗粒的建模方法进行了深入研究。以叁种玉米种子——平安18、吉峰218和长单228为研究对象，提出基于形状特征和基于扫描数据的玉米种子颗粒建模方法。建立了基于点云和基于叁角形网格面的球颗粒自动填充建模算法；在Pro/ENGINEER软件环境下，建立了球颗粒手动充填建模方法。分别采用两种建模方法，建立了较为精细的玉米种子颗粒模型，并对其性质进行了分析，建立了求解颗粒质心、惯性主轴及其转动惯量的方法。最后通过一些简单实例验证了所建立模型的可行性和有效性，为后续仿真实验奠定基础。3）提出由边界的叁维Pro/ENGINEER模型，建立其叁维离散元法分析模型的方法。在对Pro/ENGINEER软件进行二次开发的基础上，深入研究了边界Pro/ENGINEER实体模型中与颗粒材料接触的规则曲面的识别及读取、运动及材料属性的绑定和数据存储等问题；初步建立了平面、球面、圆柱面、圆锥面、球冠面、圆台面和球台面等十余种规则曲面的离散元法分析模型；在此基础上，实现了由组合内窝孔玉米精密排种器的叁维Pro/ENGINEER实体模型建立其叁维离散元法分析模型，为该排种器工作过程和性能的仿真分析奠定基础。4）研究了采用球颗粒组合方法，建立非规则形状颗粒——玉米种子分析模型时，非规则形状颗粒的离散元法计算方法，包括非规则形状颗粒的邻居搜索方法、接触判断方法、接触迭合量求解方法、接触作用力计算方法和颗粒运动计算方法等，初步建立了非规则形状颗粒的离散元法计算方法。5）进行了组合内窝孔玉米精密排种器工作过程的台架试验。采用透明有机玻璃研制出组合内窝孔精密排种器试验样机，选择叁种玉米种子（平安18、吉峰218、长单228）和叁种排种轮转速（26.82r/min、39.33r/min、51.96r/min），在PSJ排种器性能试验台上，进行了该排种器的台架试验，并采用高速摄像系统和爆破分析软件，对排种器的工作过程及其性能进行了深入分析。得到了叁种转速下,叁种玉米种子的单粒率、双粒率和空穴率；对叁种转速下,叁种玉米种子的清种开始角、清种终止角、种子面倾斜角进行了分析；对种子的运动轨迹、合速度等进行了分析。6）利用Pro/ENGINEER软件，设计了组合内窝孔玉米精密排种器的叁维实体模型；采用课题组自主研发的边界建模模块，通过读取排种器的叁维实体模型数据，建立了该排种器的叁维离散元法分析模型；采用课题组自主研发的离散元法仿真模块，仿真分析了组合内窝孔玉米精密排种器的工作过程及性能，包括排种性能指标、清种角、投种角、种子面倾斜角、种子的运动轨迹、合速度等，同时将仿真分析结果和排种器的台架试验结果进行了对比，可知：①叁种转速下，仿真与试验的单粒率、双粒率和空穴率相对误差最大值为9.89%；②清种开始角和清种终止角的仿真值均比试验值小，其绝对误差最大值分别为8.49°、19.8°，相对误差最大值为12.38%；③投种角的仿真值与试验值相差不大，其绝对误差最大值为2.78°，相对误差最大值为14.11%；④充种轨迹和投种轨迹的仿真与试验结果均比较接近，且相对误差较小；⑤种子运动合速度的仿真值与试验值绝对误差很小（均在0.1单位以内），相对误差除个别位置外均在10%以内，仿真值与试验值的变化趋势基本一致；⑥以长单228种子为例，分析了不同刚度系数（300、3000、30898N/m）、不同摩擦系数及不同颗粒建模方法对仿真结果的影响。综上所述，虽然仿真结果与试验结果有误差，但两者比较接近、变化趋势一致；由此验证了采用离散元法和自主研制的CAE软件分析玉米排种器的可行性和有效性，为组合内窝孔玉米精密排种器的优化设计建立了一种新方法。
陈进, 边疆, 李耀明, 赵湛, 汪加林[4]2009年在《基于高速摄像系统的精密排种器性能检测试验》文中进行了进一步梳理运用高速摄像系统对精密排种器的种子排种过程进行图像采集,将采集的图像进行背景去除、滤波、锐化、二值化等图像处理,提出了根据种子面积和质心位置特征值检测精密排种器性能的方法。在不同的工作参数下对排种精度和播种均匀性进行试验分析。试验结果表明:高速摄像检测和人工检测的排种合格指数相对误差小于1%,变异系数误差小于3%,此方法的检测精度满足精密排种器性能检测要求。
金汉学[5]2004年在《基于高速摄像技术的水稻芽播精密排种器研究》文中认为水稻是世界上主要的粮食作物，全世界水稻种植面积约占谷物总面积的23%，稻谷总产量约占谷物总产29%。我国是水稻生产大国。2002年，我国种植水稻面积占全国粮食作物总面积的27%以上，总产量占各类粮食总产量的38%以上，居第一位；占世界水稻种植面积的19%，总产量占世界的31%。世界水稻平均单产约为3750公斤/公顷，我国则为6300公斤/公顷，单产高出世界平均水平68%。进一步提高我国水稻的单产及总产量将对全球水稻生产的持续发展和世界粮食的安全问题，具有十分重要的意义。提高水稻单产的一项重要措施是提高水稻种植机械化水平，采用先进的种植技术。目前，我国水稻种植机械化水平比较低。从1995年开始，我国水稻种植机械化水平有了一定的提高，2002年达到了5.64%，但是这与其它作物种植机械化相比有明显的差距，如玉米机械化程度达46.64%、小麦72.99%；与发达国家相比差距更大。水稻种植机械化包含水稻栽植机械化和直播机械化两种方式。亚洲地区以育秧移栽为主，机械化水平以日本、韩国为代表，韩国是继日本之后，率先实现了农业精细化种植和农业机械化的国家；美国、澳大利亚以及一些欧洲国家普遍采用直播种植方式，美国、澳大利亚等国目前已经100%实现了水稻机械化直播。水稻直播技术具有作业效率高，劳动强度低，作业机具简单，生产成本低等特点。近年来，随着社会经济的发展，劳动力成本在逐渐提高，尤其是淡水资源的缺乏，亚洲一些水稻生产国，如马来西亚、泰国、菲律宾、韩国、日本等国家的种植方式有从传统移栽转向直播种植的趋势。水稻直播以其特有的优越性受到各国农民的欢迎，现已成为国际上水稻种植机械化的一种主要种植方式。国内外水稻直播机械化大多采用条播或撒播技术，精密直播尚处于起步阶段，目前还没有较理想的排种器，究其原因一是种植方式与其它作物不同，基本上都是水田作业；二是水稻种子几何形状不规则，催芽后种子含水率高、流动性差，精播难度较大。精密播种技术在发达国家得到大力推广，精密播种机广泛地应用到农业生产当中。气力式精密播种是一种先进的播种技术，具较多的优点，适合高速精密播种，在国内外已广泛应用，因此我们提出采用垂直圆盘气吸式排种器进行<WP=49>水稻精密芽播。本文建立了排种器性能检测试验台和高速CCD摄像系统，通过高速摄像对排种器的一些结构参数进行优化，建立了排种盘吸孔孔径、孔数与性能指标间等的数学模型，讨论影响排种器性能的主要因素，找出影响清种、投种的因素，等等。主要研究工作和结论概括如下：1、通过对种子在充种区的受力分析，建立了在该区域的受力模型，推出了真空度计算公式，试验结果与理论计算值基本一致；2、通过正交试验找出影响排种器性能的主要因素，在真空度一定的情况下，主次因素依次是排种盘吸孔孔径、转速以及吸孔孔数；3、在真空度一定的条件下，随着吸孔孔径的增大，排种性能提高，当孔径达到一定值后，因漏气量的增加而使排种性能下降。通过孔径合格指数、漏播指数的回归方程η=87.3087-3.7963x-0.7437x2+0.1913x3与Ψ=3.4483+0.6178x +0.1867x2-0.0328x3的计算，适合于农大10号水稻种子的孔径d取2.3mm比较合适；4、在机速一定的条件下，随着吸孔孔数的增加，排种盘转速降低，充种时间增加，排种性能逐渐提高，当孔数增加到一定值后，因孔与孔之间的间距较短而出现相互干扰现象，排种盘上种子排列出现混乱现象，使得投种后种子着地分布的均匀性降低。通过孔数的合格指数、漏播指数回归方程η=84.198+1.024x-0.02x2-0.003x3与Ψ=5.542-0.545x +0.02x2计算，适合本次设计的排种盘的吸孔孔数选择54比较合适；5、真空度是种子能顺利吸附到吸孔上的最重要保证，其过大或过小都严重影响排种性能。如过小，吸力不足，漏播指数增大；如过大，每孔吸附不止一粒的数量增加；6、通过高速摄像检测与实测结果对比可知，前者的性能指标要比后者高一些，这说明在种子投种阶段种子的均匀性发生了变化，如果对投种阶段能进行有效的控制，那么排种器性能将有很大的提高潜力，播种机的效率也将得到提高；7、从断芽与没断芽种子的出苗对比情况来看，都基本出全苗，但断芽对种子出苗要晚1-2天，说明还是有一定的影响，因此需要控制断芽损伤，其中<WP=50>最好的方法就是控制胚芽的长度，种子催芽露白，一般芽长1-3mm，最好控制在1.5mm以下为宜，此时胚芽较粗壮，不易损伤。8、种子飞出现象：通过高速摄像分析，种子飞出的原因是排种盘转速较高，种子经过清种器时被清掉的种子中有少量种子没有回落到种室内，进入排种通道；对种子飞出现象提出改善措施。9、通过高速摄像分析，对不能靠重力完成投种的种子采取推种板强制投种；投种后种子的翻转是造成分布不均的主要原因之一。
周茉, 张学明, 刘志刚[6]2016年在《基于高速摄像系统和图像边缘检测的精密排种器设计》文中研究说明为了综合优化排种器的单粒率、双粒率、空穴率、平均间距、重播和漏播指数,设计了一种基于高速摄像和图像边缘检测的排种器,提高了播种机的播种精度。利用高速摄像系统和图像边缘检测技术获取种子堆积的图像反馈信息,采用PID自动化调节的方式,用链条对排种轮的驱动轴进行了有效的调节,从而达到了精密播种的目的。为了测试设计的排种器的有效性和可靠性,对其综合指标进行了测试。通过测试发现:使用高速摄像边缘提取系统的排种器比人工检测播种方法的单粒率、双粒率、空穴率的相对误差要低,平均间距控制平稳,并且有效地降低了重播指数和漏播指数。
姚鹏飞[7]2016年在《型孔容积可变式精密排种器设计与粒距一致性试验研究》文中研究表明实现大豆增产丰收,对于提升我国大豆国际竞争力、保障国家粮食安全具有重要的战略意义。精密播种粒距分布研究属于精密播种理论研究中的重要组成部分,提高排种器的粒距一致性对于农作物的增产丰收具有关键作用。由文献总结出提高排种器粒距一致性需要具备两个条件:排种时形成等时距种子流;各种子从排种器相同位置排出,且投种轨迹一致。由机械式强制排种入手,设计出采用凸轮推杆机构实现定点强制排种的型孔容积可变式精密排种器。从理论上分析出采用凸轮推杆排种机构减少了投种形式(仅存在强制投种),且该排种器对种子外形和尺寸差异不敏感,能满足“两个条件”,为提高垂直圆盘排种器的粒距一致性提供了理论支撑。对型孔容积可变式精密排种器进行了整体设计。型孔转动到排种器最底部时强制排种,采用依靠弹簧力锁合、带尖底从动件的盘形凸轮机构。型孔圆盘和凸轮机构的参数为:圆盘直径200 mm,型孔数30,型孔直径8~10 mm,型孔深度6.4~7 mm,型孔倒角1~3 mm;凸轮基圆半径49 mm,推程运动角24°,升程5 mm,远休止角12°,回程运动角36°。选用“抛物线-直线-抛物线”从动件运动规律设计出凸轮轮廓极坐标方程。最后,对排种器的传动方式、整体结构进行了设计,并在CATIA中完成了排种器零部件的建模、虚拟装配和干涉分析。采用响应曲面模型(RSM)中的Box-Behnken试验设计方法对排种器型孔参数的优化进行试验设计,并在离散元软件EDEM中实施试验方案。利用Design-Expert软件进行响应曲面回归分析及预测寻优,得出:(1)单粒率和空穴率受直径和倒角影响显着;(2)单粒率、空穴率的回归方程;(3)对于所选大豆,型孔参数最优解为,直径10 mm、深度6.5mm、倒角2 mm。为验证离散元方法用于型孔参数优化是否正确,进行了离散元和JPS-12排种器试验台对比试验,两者结果相近,表明:离散元仿真试验的结果准确,型孔参数的最优解可信。为验证型孔容积可变式精密排种器可提高粒距一致性,与毛刷轮式排种器进行了粒距分布对比试验。为精确研究合格粒距一致性,采用合格粒距纵向一致性(粒距纵向一致性)和合格粒距横向一致性(粒距横向一致性)表示合格粒距一致性;用粒距标准差()、种子偏离中心线距离的标准差()分别衡量两者的大小。试验结果表明:(1)两排种器的粒距纵向、横向一致性均随作业速度增大而变差;(2)型孔容积可变式精密排种器比毛刷轮式排种器粒距纵向一致性提高14%~21%,粒距横向一致性提高18%~26%,型孔容积可变式精密排种器可提高粒距一致性。为深入分析型孔容积可变式精密排种器提高粒距一致性的原因,借助高速摄像技术对上述排种器进行了投种对比试验,从排种时距和投种轨迹上进行分析,结果表明:采用凸轮推杆机构、实现定点强制排种的型孔容积可变式精密排种器,提高粒距一致性的原因为,排种时距稳定,投种轨迹均匀一致,即满足提高排种器粒距一致性需要具备的“两个条件”。本文对精密播种理论、精密排种器研究均进行了有益的探索。
陈玉龙[8]2018年在《气吸机械复合式大豆高速精密排种器研究》文中研究说明高速精密播种作为播种作业的主要发展方向,其作业质量主要取决于精密排种器的性能。目前,排种器主要有机械式和气力式两种,气力式排种器中的气吸式排种器由于具有种子适应性强、伤种率低和排种频率高等优点,适用于高速精播作业,但其作业质量对负压要求较高,高速作业时需较高负压,且在气压波动时易造成作业性能下降。本文为降低气吸式排种器对负压的依赖性,结合气吸式与机械式的取种原理,设计一种以大豆为作业对象的气吸机械复合式排种器,完成低负压下的高速精密排种作业。(1)测量分析了大豆种子千粒重、密度、叁轴尺寸等物理参数,以及其与接触材料间的动静摩擦系数、碰撞恢复系数和弹性模量等力学参数;并研究了含水率对力学参数的影响规律,研究结果表明随着含水率增大,动静摩擦系数增大,而碰撞恢复系数和弹性模量减小。(2)通过力学分析和数学建模方法,研究气吸机械复合式排种器结构参数对取种、运种、清种和排种过程的影响规律;通过设计气室调整盘,研究气室形状对排种性能的影响;通过对复合式排种器的取种、清种、运种和投种过程的理论分析,分析复合式排种器的工作过程和取种机理;设计具有搅种槽、取种孔和吸孔复合结构的排种盘。(3)通过离散元软件EDEM对复合式排种器的排种过程进行仿真分析,研究种群数量和排种盘转速对种群运动状态的影响,发现种群倾角始终保持在40°左右,种群数量和排种盘转速对种群倾角影响不显着;种群数量和排种盘转速对充种率具有显着影响,种群数量对充种率具有促进作用,而排种盘转速对充种率具有不利影响。研究搅种槽结构参数对搅种和导种性能的影响规律,得出搅种槽的最优深度为2mm、倾角为45°。通过双因素五水平二次正交旋转组合仿真试验,研究取种孔尺寸和前进速度对充种性能的影响规律,得到最优参数组合为取种孔前壁面上边距离后壁面10.2mm,前壁面下边距离后壁面6.0mm,深度6.3mm,宽度10.2mm时,此时充种合格率大于96%,漏充率小于3%。(4)通过排种器气流场分析,研究风机转速对复合式排种器的气室负压的影响,结果表明吸孔数目、直径与气室的负压呈反比,距离出气口越远负压越低。运用Solidworks Flow Simulation软件对气流场进行模拟分析,观察排种盘静止和转动状态下气流运动规律,发现排种盘转动会造成种室内气流呈螺旋状流动,同时气室内气流速度降低。通过对比复合式排种器和2BDB排种器的吸孔附近负压变化,发现复合式排种器吸孔附近气流的衰减速度小于2BDB排种器,说明取种孔对负压具有促进作用。研究气室调整盘厚度和起止角度对负压均匀性的影响规律,结果表明气室调整盘厚度20mm时气压均匀性最优,且负压衰变较小。(5)利用排种试验台和高速摄像系统,分别针对复合式排种器的气吸式、机械式和气吸机械复合式作业状态进行充种性能和排种性能试验。在气吸作业状态下,充种起始角、排种盘转速和负压对充种性能具有显着影响,在充种角大于50°时充种性能趋于稳定,随着排种盘转速增大,充种性能逐渐降低,且降低的趋势随着负压的增大而减小。投种角度、排种盘转速和负压对排种性能具有显着影响,回归方程表明39.5°投种角时合格率最大。随着排种盘转速增大,排种性能逐渐降低,且降低的趋势随着负压的增大而减小。在机械作业状态下,护种板的起始角对充种性能具有显着影响,回归方程表明35.7°起始角时充种性能最佳。通过为护种板添加柔性缓冲装置,降低了破碎率,当缓冲区长度为60mm时,充种性能较好,且破碎率为0%。在气吸机械复合作业状态下进行排种性能试验,其结果优于气吸作业状态和机械作业状态。黑龙江省勃利县的田间试验结果表明:气吸机械复合式排种器在负压值2.9kPa时,前进速度在6~8km/h时合格率大于85%,10~12km/h时合格率大于72%,满足大豆精密播种作业要求,其排种性能显着优于传统气吸排种器,本文的研究成果可为高速精密排种器的设计与研制提供理论依据与支撑。
赵湛[9]2009年在《气吸振动式精密排种器理论及试验研究》文中研究表明排种器是实现精密播种技术的核心部件,其工作性能的好坏直接影响着播种精度、均匀性、种子的出苗率等。由于气吸振动式排种器具有对种子尺寸要求不高、不伤种子、通用性好、适应性强的优点,且易于提高播种速度,实现自动控制,是一种较为先进的排种装置,已成为当前国内外精密排种器发展的主要方向之一。种子在种盘内的振动以及在吸排种气流场中的受力运动是影响排种器播种精度的主要因素,本文以油菜种子为试验对象,开展了气吸振动式排种器的工作机理研究和性能试验分析,主要工作包括:1、实验测量了油菜种子的几何尺寸、形状特征以及密度、接触刚度、摩擦系数等力学参数,建立了叁维模型。根据电磁激振器的工作原理,分析了振动种盘的幅频特性。2、推导出种子与种盘二自由度碰撞振动系统周期运动的Poincar(?)映射,以振动频率为控制参数,计算得到映射Jacobi矩阵特征值的变化曲线,根据其穿越复平面单位圆的位置,分析了映射不动点的稳定性,获得种子由稳定周期运动通向混沌的过程,通过轨迹相图分析得到混沌运动状态有利于实现种群的离散。3、根据油菜种子的机械特性,采用线性弹簧-阻尼-滑动接触力学模型,编写离散元程序,模拟了振动种盘内种群的叁维运动规律。为了描述种群空间运动状态,给出了重心波动和体积膨胀系数的计算方法。计算结果表明:碰撞接触时间和最大变形量随接触刚度的增大而减小;最大变形量随碰撞相对速度和恢复系数的增大而线性增加;接触时间随恢复系数的增加而减小,相对速度对其影响不显着。种群重心波动和体积膨胀系数的特征频率出现在种盘振动频率附近。种盘作小幅高频振动时,种子几乎在原地作垂直运动,水平位移较小,种群可以有效分离以减小摩擦力;体积平均膨胀系数H_0随着振动强度K_v的增加而增大,随种层厚度的增加而减小,在相同振动强度下,种盘振幅越大,种群离散程度越高;对于薄层种子,随着种子与种盘、种子与种子之间的碰撞恢复系数的增大,体积平均膨胀系数H_0有明显增大的趋势,随着层厚的增加,这一趋势逐渐减弱;在弱振动条件下,种子之间以摩擦接触为主,体积平均膨胀系数H_0随摩擦系数的增加而增大,在强振动时,摩擦系数的影响很小。4、运用Gambit软件建立滚筒正负气压腔的叁维几何模型,将其划分为结构化四面体网络,在恒压力边界条件下,利用Fluent软件中的标准k—ε湍流模型和壁面函数法对滚筒内部全流道气流场分布进行了数值计算。结果表明:吸种过程中,滚筒负压腔为恒压区域,可以起到稳压稳流作用,在轴向不同位置的吸孔气流速度相对误差小于4%。滚筒与负压轴之间的气流通孔存在压力损失,并且随着气流通孔和孔吸种截面积比γ_s的增加,压力损失率η_p逐渐减小,当γ_s大于500%时,η_p小于5%。排种过程中,轴向不同位置的排种孔气流速度存在明显差异,且正对底板连接座的排种孔气流速度最大,随着γ_s的增大,流速差异逐渐减小,且当γ_s大于300%时,流速差异小于5%,正压差对流速差异影响不明显。5、基于气固两相流力学理论,分析了种子在吸种气流场中的受力情况。将种子受力在吸孔轴向和径向进行分解,由Fluent计算了离散空间节点上吸力的大小。运用插值运算法从垂直吸种距离z、径向吸种距离r和有效吸种空间体积V叁个方面综合分析排种器的吸种性能,确定不同结构形式吸孔的有效吸种区域和瞬间吸种运动过程,并对吸孔结构参数进行了设计。在此基础上,通过假设种群在振动种盘内呈正四面体空间分布,分析了种群层数n、负压差Δp、间隙系数λ、吸孔直径d_k对种子受力的影响,揭示振动和负压吸种机理。结果表明:吸附运动主要是由压力梯度力所控制;锥孔的吸种能力优于直孔和沉孔;增加吸孔直径d_k比提高负压差Δp更有利于提高排种器吸种能力;随着吸孔直径d_k的增大,z、r随之线性增加,V成3次方增加;增加负压差Δp,z、r和V也随之增加,且在Δp较小时,增加速度较快,Δp较大时,增加速度较为缓慢;对于多层种子,随着间隙系数λ的增加,种子受力呈现增加趋势,且λ小于1.25时,受力增长较为迅速,可以有效提高排种器垂直吸种距离,λ大于1.25时,受力增长比较缓慢。6、根据湍动射流力学理论计算了排种过程中种子受力大小,分析正压差、排种角和滚筒转速对排种运动过程的影响,在JPS-12气吸振动式排种器性能试验台上,对排种过程种子运动状态进行了高速图像采集,采用颜色向量建立种子模型,提出用Mean shift算法编程进行目标跟踪,获取种子实际运动轨迹,验证了数值计算的正确性。分析得到:湍动射流产生的瞬间冲击加速度是决定排种过程种子运动状态的主要因素,正压差和排种角的波动是造成落种位置误差的重要原因,计算了不同工作参数下的落种速度和时间。当正压差在1～1.5kPa、排种角在0～-10°范围时,落种精度最高。7、在JPS-12气吸振动式排种器性能检测试台进行单因素和正交试验,建立合格指数与负压差、滚筒转速、种盘振动频率和吸种角的数学关系,通过自适应遗传算法对排种器工作参数进行优化。结果表明:锥孔的吸种能力优于直孔和沉孔,孔径对吸种性能影响显着,吸孔与种子的直径比应选定在0.4～0.6。增大孔径和负压差,在提高吸种能力的同时,又会造成重吸率的增加。初始油菜种层厚度约为8～10mm时,吸种精度较高。滚筒转速在15～25r/min范围内,排种器合理负压差和吸种角范围分别为2.8～3.0kPa、25.5～36.5°,合格指数能达到94～97%。落种位置误差随滚筒转速提高而线性增大,正压差在1.5kPa、排种角在-5～-10°范围的播种均匀性最高。试验结果和理论分析结论相互吻合,为气吸振动式精密排种器的理论设计提出了新方法。
王业成[10]2012年在《摩擦式精密排种器的设计与试验研究》文中研究表明排种器是精密播种机的核心部件，其性能是保证精密播种机工作质量的前提。随着现代农业科学技术的发展，播种机已成为实现高效、优质、低耗农业生产的关键性技术装备。本论文针对机械式排种器存在排种频率低、种子损伤率高等问题，结合黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11551043)，在对国内外相关技术研究的基础上，应用农业机械设计学、计算机仿真、高速摄影等理论和方法，对摩擦式排种器进行了理论分析、结构设计及试验研究。大豆种子物理力学特性研究为排种器的分析、设计提供了基本参数和设计依据。通过实验测试获得了部分大豆种子的长轴、短轴、中轴直径及单粒质量等数据，计算获得了大豆种子的算数平均径、几何平均径、单粒大豆体积、球形率、密度等基本物理参数；采用倾斜法测试了大豆与聚氯乙烯板、冷轧钢板、镀锌钢板、有机玻璃的静摩擦系数；采用直接剪切法测试了大豆籽粒的内摩擦角；采用注入法测试了大豆籽粒的休止角；通过对整粒大豆的挤压试验，获得了大豆籽粒的最大挤压力、名义抗压极限、弹性模量。提出了摩擦充种原理，基于该原理设计了新型排种器。通过可行性试验研究表明：依靠摩擦元件、型孔轮对种子的摩擦力使种子流动、受压，来提高排种频率是可行的；立式圆盘结构在充种空间、清种形式等方面优于外窝眼式结构。设计了摩擦型立式圆盘排种器总体结构及壳体、摩擦式排种盘、充种结构、清种钢丝、型孔防堵机构、投种装置等关键部件。通过对充种力理论分析，获得充种区内种子群各横截面及纵向截面的压力。选用电测法采用全桥单片组桥方案测试了压板对种子的正压力，采用二次正交旋转回归试验设计方法，研究了排种器参数对种子正压力的影响。通过高速影像研究发现，种子充填可以分为直接滑入型孔、慢速挤入型孔、高线速度滑入型孔叁种情况；型孔与种子之间的适应性对排种均匀性有较大影响。研究了排种盘转速对充种空间内流出种子粒数及每转流出种子粒数的影响。基于滑出、滚出型孔的清种原理，设计了新型清种结构。通过对常用的刚性清种板、弹性清种板、旋转清种轮清种过程进行受力分析，把种子受力分为滑出型孔可清种、保持在型孔内不可清种、自锁运动清种叁种受力状态，并对种子自锁时运动清种过程进行了分析，发现清种轮容易使种子滚出型孔的清种机理。设计了新型钢丝机械清种结构，对其清种过程进行受力分析及运动仿真分析，探索钢丝清种机理。针对摩擦型立式圆盘排种器提出了采用重力、机械（钢丝）联合清种的方式，通过高速影像观察该方式清种效果良好。为了提高摩擦型立式圆盘排种器投种的精确性，减小投种过程中种子与土壤接触时种子滑移、弹跳对播种均匀性的影响，在直接投种排种器的基础上设计了二次投种装置，来降低投种口高度，减小种子相对种沟的水平速度及下落速度，提高播种均匀性。对投种过程中的种子进行运动仿真分析及高速影像研究，研究了各因素对种子轨迹、速度、加速度及种子受力的影响，研究了排种盘转速对一次投种口位置、宽度及投种管长度的影响。采用叁因素五水平二次正交旋转回归试验设计方法，对排种器参数进行了优化分析。摩擦型立式圆盘排种器结构简单、性能可靠、排种质量高，可以满足大豆作物高速精密播种的要求。
参考文献：
[1]. 基于高速摄像的精密排种器性能检测的研究[D]. 王朝辉. 吉林农业大学. 2003
[2]. 基于高速摄像系统的精密排种器性能检测方法及试验研究[D]. 边疆. 江苏大学. 2009
[3]. 组合内窝孔玉米精密排种器优化设计新方法研究[D]. 颜辉. 吉林大学. 2012
[4]. 基于高速摄像系统的精密排种器性能检测试验[J]. 陈进, 边疆, 李耀明, 赵湛, 汪加林. 农业工程学报. 2009
[5]. 基于高速摄像技术的水稻芽播精密排种器研究[D]. 金汉学. 吉林大学. 2004
[6]. 基于高速摄像系统和图像边缘检测的精密排种器设计[J]. 周茉, 张学明, 刘志刚. 农机化研究. 2016
[7]. 型孔容积可变式精密排种器设计与粒距一致性试验研究[D]. 姚鹏飞. 吉林大学. 2016
[8]. 气吸机械复合式大豆高速精密排种器研究[D]. 陈玉龙. 吉林大学. 2018
[9]. 气吸振动式精密排种器理论及试验研究[D]. 赵湛. 江苏大学. 2009
[10]. 摩擦式精密排种器的设计与试验研究[D]. 王业成. 沈阳农业大学. 2012