目前中國(guó)、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(guó)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(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì),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(guó)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(shí)現(xiàn)油菜精量播種并簡(jiǎn)化播種機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一器多行功能,在此基礎(chǔ)上開(kāi)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(cè)與報(bào)警于一體的實(shí)時(shí)漏播檢測(cè)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(jì)與排種過(guò)程分析。主要開(kāi)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(jì),建立了集排器排種過(guò)程中吸種、攜種、投種等主要環(huán)節(jié)下排種過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)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(dòng)比及功率損耗率。試驗(yàn)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(duì)壓力值為1800Pa以及集排器負(fù)壓氣室負(fù)壓相對(duì)壓力值為-3400Pa時(shí),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(yàn)與分析。運(yùn)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(guò)對(duì)集排器中油菜籽群的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真分析,研究油菜籽種子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其影響因素;借助ANSYS/CFX軟件開(kāi)展了該集排器型孔的氣流場(chǎng)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(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)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(wú)氣囊組合等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了單因素仿真試驗(yàn)與正交仿真試驗(yàn)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(dòng)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(chǎng)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(yàn)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(píng)價(jià)指標(biāo),開(kāi)展集排器單因素臺(tái)架試驗(yàn)。單因素臺(tái)架試驗(yàn)表明:當(dāng)正壓氣室相對(duì)壓力值為1800pa,負(fù)壓氣室相對(duì)壓力值為3400pa,排種轉(zhuǎn)速為18r/min時(shí),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(píng)價(jià)指標(biāo),開(kāi)展了集排器路面試驗(yàn)。正交試驗(yàn)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(mén)刻度大小以及過(guò)渡軸傳動(dòng)比為試驗(yàn)因素對(duì)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(guò)渡軸與仿形地輪傳動(dòng)比為1.72,東方紅854拖拉機(jī)采用手動(dòng)油門(mén)1/2刻度為輸入動(dòng)力。(4)精量排種器排種性能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。針對(duì)油菜粒徑小易引起氣力式油菜精量排種器實(shí)時(shí)漏播檢測(cè)及性能檢測(cè)難的問(wèn)題,設(shè)計(jì)研制了一種基于單片機(jī)的精量排種器排種性能檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng),提出了一種基于排種頻率檢測(cè)方法(可用于田間實(shí)時(shí)漏播檢測(cè)),通過(guò)測(cè)頻裝置對(duì)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(cè)量試驗(yàn),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(yàn)臺(tái)上測(cè)試表明:排種頻率法能有效實(shí)現(xiàn)漏播程度的檢測(cè),無(wú)漏播時(shí)檢測(cè)準(zhǔn)確率為100%,當(dāng)量型孔堵塞8孔以上時(shí)判定為漏播的準(zhǔn)確率為100%;一種基于排種間隔時(shí)間檢測(cè)方法(可用于排種器性能檢測(cè)),開(kāi)展基于單片機(jī)排種間隔時(shí)間性能檢測(cè)系統(tǒng)與基于JPS-12型機(jī)器視覺(jué)排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)同步試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:基于單片機(jī)排種間隔時(shí)間性能檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)漏播指數(shù)與基于JPS-12型機(jī)器視覺(jué)排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)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(shí)間性能檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)重播指數(shù)與基于JPS-12型機(jī)器視覺(jué)排種器試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)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(duì)油菜氣力滾筒式精量集排器與精量排種器排種性能檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析,并開(kāi)展了油菜氣力滾筒式精量集排器排種系統(tǒng)田間試驗(yàn)。田間試驗(yàn)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(yàn)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(zhǎng)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%。基于單片機(jī)漏播檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)排種漏播情況,無(wú)種子及排種器出現(xiàn)故障時(shí),漏播檢測(cè)系統(tǒng)均被檢測(cè)為漏播狀態(tài)。創(chuàng)新點(diǎn)1:提出了一種內(nèi)外滾筒結(jié)合的復(fù)式排種盤(pán)及其氣囊組合結(jié)構(gòu);創(chuàng)新點(diǎn)2:提出了基于排種頻率法與排種間隔時(shí)間法,以實(shí)現(xiàn)小粒徑種子排種器漏播檢測(cè)與性能檢測(cè);
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：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(diǎn)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(dòng)式芹菜人(Karayel D et al 2004)針對(duì)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(duì)開(kāi)展了單因素試驗(yàn)，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(yàn)結(jié)論一人（Maleki M R et al 2006）研究谷物排種器螺旋槽深度對(duì)種子均勻性的影響；2007 年 Gaikwad 等人（Gaikwad徑種子設(shè)計(jì)了一種低成本氣力式育苗穴盤(pán)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(jì)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(dòng)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(duì)傾斜圓盤(pán)排種器排種性能參數(shù)預(yù)測(cè)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(wèn)題；2010 年 Balsari等人（Balsari et al 2010）分析開(kāi)展了氣力式排種器田間試驗(yàn)，試驗(yàn)表明通過(guò)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(pán)播種機(jī)可精確定位穴盤(pán)，效率高（Dizaji HZ et al 2010）；美國(guó) Cyclo 系列的氣送式精播機(jī)可對(duì)大粒徑種子，如土豆、玉米等實(shí)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(shí)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(cè)條播機(jī)各個(gè)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(jué)對(duì)排種器04 年 Shrestha（Shrestha DS et al 2004）等人通過(guò)前期對(duì)根據(jù)后期視頻處理算法檢測(cè)排種性能；2006 年 Karaye檢測(cè)系統(tǒng)，并運(yùn)用到實(shí)際田間工作（Karayel D etal，2 等人（M.H.saiedirad et al 2008）利用傳感器對(duì)精密播種查，時(shí)刻檢測(cè)種子發(fā)展趨勢(shì)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(cè)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(cè)；2012 年 Karimi 等人（Karimi H人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)排種器破損率開(kāi)展試驗(yàn)研究，通過(guò)提取功率譜等特征來(lái)識(shí)別。目前 Wintersteiger 針對(duì)不同地區(qū)土壤深度、播種量進(jìn)行實(shí)時(shí)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(hào)：2844975