马齿型玉米种子定向播种推送装置设计与试验

为了实现玉米种子的定向推送,该文以定向处理完毕且呈平躺姿态的马齿型玉米种子为对象,设计了一种玉米种子定向播种推送装置,能够对玉米种子进行定向接收、移动和推送。对装置的定向接收功能进行了原理分析,以分选缺口的2个形状参数圆弧角度和深度为因素,以保留成功率和剔除成功率为指标,分别对尖端朝前和大头朝前的玉米种子进行仿真试验,得到了最佳的分选缺口参数:圆弧角度为14°、深度为3 mm。搭建玉米种子定向播种推送装置试验平台进行性能试验,结果表明装置的定向接收、移动和推送3个功能实现效果良好,对于定向接收功能,尖端朝前玉米种子的保留成功率达到93.8%,大头朝前玉米种子的剔除成功率为100%。该研究为后续的定向玉米种子弹夹制作及玉米机械化定向播种提供了参考。     

电磁振动料斗内玉米种子分散与排序输送仿真及试验

针对利用电磁振动料斗对成堆玉米种子进行分散与排序输送时无法保证工作效果和效率的问题,该文通过理论分析、EDEM仿真和实际试验对电磁振动料斗内成堆玉米种子分散与排序输送机理进行了研究,得到以下结果:1)成堆玉米种子的分散包含正向圆周运动、离心运动和滑落运动;2)当料斗直径和高度确定时,影响成堆玉米种子分散与排序输送运动状态和效率的因素有:底面倾角、轨道螺距和工作电压,表现为:底面倾角增大,只能提高分散效率;轨道螺距小于35 mm时,增大轨道螺距能够提高总效率,大于35 mm时,继续增大会降低总效率;工作电压小于220 V时,增大工作电压能明显提高总效率,大于220 V时,继续增大对总效率提升不明显;3)电磁振动料斗的最佳工作参数为工作电压220 V、底面倾角4°、轨道螺距35 mm,试验表明该参数下成堆玉米种子分散与排序输送运动状态稳定,且总效率较高。该研究为后续玉米种子定向包装及定向播种提供了参考。     

育种用玉米种子切片取样自动定向方法与试验

为解决玉米育种激光切片取样机器人设计中玉米种子自动定向问题,该文提出了一种计算机视觉与姿态调整装置相结合的定向方法,并使用此方法做了验证试验。使用MATLAB神经网络模式识别工具箱,以种子的部分特征参数作为神经网络的输入,以预定义的种子形态和姿态为输出,建立模型并对模型进行训练,训练完成的模型用于种子姿态识别,姿态调整装置根据识别结果将种子调整到理想姿态。对497组样本进行训练,得到形态识别准确率97.8%,姿态识别准确率99.8%,识别速度1.3 s/幅,能满足设备的设计要求,验证了姿态识别方法的准确性和姿态调整装置设计的合理性。该方法可为玉米种子自动定向问题提供解决方案,为自动育苗机中自动定向装置的设计提供参考。     

马齿形玉米种子尖端激光定向与胚面识别装置研制

为了实现玉米种子的尖端定向与胚面识别,该文以现有尖端定向装置输出的马齿型玉米种子为对象,基于激光开关和测距原理,提出了一种尖端定向与胚面识别方法:依据马齿形玉米种子尖端窄大头宽的轮廓特征,利用激光开关传感器等部件对玉米种子的尖端朝向进行识别,并将大头朝前的玉米种子进行剔除;依据马齿形玉米种子胚面上有胚沟而反面较为平整的表面特征,利用激光测距传感器等部件对尖端朝前的玉米种子进行胚面识别。设计并搭建了玉米种子尖端定向与胚面识别装置,配合现有的尖端定向装置进行试验,结果表明:尖端定向与胚面识别装置的尖端定向成功率达到99.1%,相比现有的尖端定向装置提升了9.5个百分点,胚面识别准确率为96.4%。该方法基本可以实现玉米种子的尖端定向,同时保证胚面识别准确率达到较高水准。该文提出的玉米种子尖端定向与胚面识别方法可为后续玉米种子的自动化定向包装提供参考。     

圆周电磁振动下单粒玉米种子运动特性分析

针对基于圆周电磁振动的玉米种子定向排序输送装置的优化缺乏理论指导的问题,该文以角振幅θ0、玉米种子所处圆周半径r以及正向圆周运动角速度θ?为主要参数,采用柱坐标系对圆周电磁振动下单粒玉米种子的运动特性进行了理论研究和试验分析,得到以下结果:1)玉米种子相对运动特性表现为:其正向圆周运动、反向圆周运动、抛掷运动和离心运动都有着与之对应的临界角振幅(θ01、θ02、θ03和θ04),其中θ01θ02θ03,θ03为0.012 9 rad不变,θ01、θ02和θ04随玉米种子所处圆周半径r的增大而减小;2)玉米种子自身运动特性表现为:只有当胚面朝上时,玉米种子才表现出通过自身运动使尖端朝向与圆周运动切线方向一致的规律;3)圆周电磁振动器的最佳工作角振幅为0.008 rad,此时无论胚面朝上或朝下,玉米种子正向圆周运动角速度θ?均达到最大(胚面朝上时4.15°/s、胚面朝下时4.03°/s)。该研究丰富了圆周电磁振动下物料的运动理论,为玉米种子定向排序输送装置的优化提供了理论基础。     

克氏原螯虾头尾自动定向装置参数优化及试验

为了解决克氏原螯虾加工过程中手动送料劳动强度高、效率低、虾肉易被污染等问题,该研究设计了一种克氏原螯虾头尾自动定向装置。通过统计分析克氏原螯虾样本的体型特征参数,阐述定向装置实现克氏原螯虾连续自动送料和头尾定向的工作原理,并设计电磁振动机构、螺旋轨道和头尾筛选结构等关键部件。以定向装置作业效率和头尾定向准确率为优化目标,选取工作振幅、频率和筛选口数量为主要影响因素,利用EDEM软件实现克氏原螯虾在定向装置中的运动仿真;通过仿真试验结果分析得到,影响作业效率的3个因素主次顺序为频率、筛选口数量、振幅;影响定向准确率的3个因素主次顺序为筛选口数量、频率、振幅。利用Design-Expert 11软件确定影响因素的最优参数组合：当振幅为0.3 mm,频率为65.16 Hz,筛选口数量为2个时,作业效率为1.88只/s,头尾定向准确率为92.52%。对比样机试验与仿真优化结果,仿真试验的作业效率和头尾定向准确率的相对误差为9.04%和2.45%,验证了该定向装置的可行性和有效性。该研究可为研发克氏原螯虾机械加工装备提供技术参考。     

大粒种子定向精量播种装置参数优化试验

针对传统精量播种机难以对大粒种子进行定向精量播种,该文基于直线振动器定向送种、气缸驱动种穴转向及负压针式播种技术,开发了一种可实现大粒种子45°定向精量播种的装置。以瓠瓜种子为播种对象,对定向种穴机构和负压播种机构进行参数优化试验,得到定向种穴与种子输送轨道出口的垂直距离为1.5 mm、水平距离为0、直线振动器送种速度为65 mm/s时,种子进入定向种穴内的成功率可达98.89%;负压吸嘴垂直运种速度为40 mm/s、种子压入基质深度为3 mm、压种停滞时间为1 s时,种子相对于设定方向的角度偏转平均值仅为0.8°。通过对大粒种子定向精量播种装置进行综合播种作业性能试验,得到该装置播种作业生产率可达6000穴/h以上,单粒率为97%,91%以上种子角度偏转小于10°,95%以上种子角度偏转小于15°,种子最大角度偏转小于25°。该研究可为大粒种子定向精量播种机的开发设计提供参考。     

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1 100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16～40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1 210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降...     

基于电磁振动的玉米粒群定向整列系统的参数优化与试验

为提高玉米粒群定向整列系统性能及精度,分析电磁振动系统设计参数对定向整列性能的影响.首先,通过分析系统的工作原理,构建了籽粒的滑移模型;其次,开展了系统动力学分析及定向阶段籽粒的受力分析,探讨了籽粒定向整列过程与系统设计参数之间的关系,选取出对系统作业性能有显著影响的参数,得到满足要求的设计参数临界条件;最后,搭建定向整列试验平台,通过三因素二次正交旋转设计试验,进一步优化设计参数,建立因素与试验指标(定向成功率、整列成功率)的回归方程.经优化计算得出:最佳设计参数范围为振动方向角32°~35°、振幅为0.1~0.15 mm、振动频率为51.5~52 Hz,相对应的试验指标定向成功率范围为63.8%~67.4%,整列成功率范围为95.8%~96.3%,其中最优参数组合为:振动方向角34.42°、振幅为0.14 mm、振动频率51.77 Hz;将系统置于最优参数组合进行验证试验,同时借助高速摄像系统对籽粒定向整列过程实时记录和分析,在无机械机构辅助的情况下,平均定向成功率为66.2%,整列成功率为97.4%.该研究可为玉米籽粒定向种植、定向育苗等相关装备的研制提供参考.     

酿酒葡萄曲轴式振动脱粒收获装置研制

针对酿酒葡萄机械化采收时对植株损伤大、果粒破损率高、脱粒效率低等问题,该文设计了一种曲轴式振动脱粒收获装置,该装置主要由曲轴、弹性夹持振动机构、传动系统、机架等组成。对曲柄摇杆机构的运动和弹性振动杆变形进行了分析,获取了影响作业效果的主要因素。根据Box-Benhnken中心组合设计方法,以夹持间距、转速和偏心距为影响因子,酿酒葡萄脱粒率和破损率为响应函数进行三因素三水平二次回归正交试验设计,建立了响应面数学模型,并进行了参数优化和验证。结果表明,酿酒葡萄脱粒率影响因素的显著性顺序为转速、偏心距和夹持间距,破损率的影响显著性顺序为转速、夹持间距和偏心距;最优参数组合为夹持间距193 mm、曲轴转速720 r/min、曲轴偏心距38.8 mm,在此参数下测得的酿酒葡萄脱粒率为93.06%,破损率为4.57%,与模型优化理论值相比脱粒率降低了1.09个百分比,破损率增加了1.45个百分点。该研究可为酿酒葡萄的机械化收获及其他林果的振动采收装置设计提供参考。     

油菜小麦兼用气送式集排器搅种装置设计及充种性能试验

针对小麦种子在气送式集排器供种装置中因流动性差导致充种能力不足的问题,设计了一种可提高小麦充种性能的搅种装置。该文分析了搅种装置影响充种性能的主要因素,确定了搅种齿与搅种轴的主要结构参数,并构建了种子在搅种装置作用下的充种力学模型。应用EDEM仿真分析了搅种装置安装位置对种群压力、种群与供种机构切向力和型孔充种数量及其变异系数的影响;台架试验研究了搅种齿结构及其排布对充种性能和搅种装置与供种机构转速比对供种性能的影响。结果表明：安装搅种装置能明显增加种群压力、切向力、型孔充种数量、充填角和充种合格率。搅种齿长度显著或极显著影响充填角和型孔充种数,搅种齿排列方式显著影响型孔充种数。研究得出影响充填角和型孔充种数的主次因素为：搅种齿长度>排列方式>搅种齿形状。在搅种齿形状为圆柱形,搅种齿长度为6 mm和双螺旋排列方式条件下,充填角、型孔充种数和充种不合格率分别为78.20°、1.73和0.69%。供种速率随锥孔轮数量、转速比和转速增加而增加,在转速为20～40 r/min条件下,选择锥孔轮数量为6和转速比为1.154优化组合时,供种速率及其变异系数分别为690～1340 g/min和0.23～0.80%。该研究为搅种装置结构改进和供种装置充种性能的提高提供了参考。     

基于机器视觉的玉米种粒定向定位摆放装置研制

为实现玉米定向、定位播种,基于图像处理技术研制了一种玉米种粒定向定位摆放装置。在介绍装置的组成和工作原理的基础上,设计了关键部件的结构,通过试验分析和理论计算,确定了关键部件的尺寸参数和安装方位,测试了导向定位管的定位精度,分析了凹型定位槽连续有效作业的条件,并结合作业精度要求,设计了控制方式并设置了控制参数。同时结合金博士郑单958种粒样本的特点,改进了合格种粒胚芽正反面和尖端朝向的图像检测算法。试验结果表明,胚芽正反面检测准确率为98%,尖端朝向检测偏差小于8°,凹槽定位准确率为97%,定位吸取准确率为94%,定位摆放准确率为99%,摆放后角度偏差不大于10°,满足设计要求。该研究可为实现种粒的定向包装以及后续的定向播种提供参考。     

油麦兼用型气送式集排器增压管气固两相流仿真与参数优化

为明确增压管结构对油麦兼用型气送式集排器分配均匀性的影响,该文运用DEM-CFD气固耦合方法仿真分析了波纹间距、凹窝深度和增压管长度对种子运动特性、分配均匀性和增压管气流场的影响,台架试验研究了增压管长度和气流压强对分配均匀性的影响.结果表明:增设增压管明显提高种子分布均匀度系数,降低种子速度和分配均匀性变异系数.速度流场分析表明增压管波峰与波谷的气流速度和压强交替变化,增压管中种子速度与受力呈现"正弦形"变化趋势.凹窝深度、波纹间距和增压管长度分别为4.2、15和180 mm时,种子分布均匀度系数和分配均匀性变异系数分别为91.17%和4.91%.台架试验表明,在优化结构参数组合下,排种油菜和小麦的气流压强分别为1200和1600 Pa时,分配均匀性变异系数分别达2.84%和2.89%.该研究为分析增压管中种子运动特性和优化其结构参数提供了参考.     

气力滚筒式排种器种子吸附边界模型及验证

为了探索气力滚筒式播种机对不同规格小粒蔬菜种子吸附性能的影响,该文对种子在吸种孔外部气流场中处于临界运动时与吸种孔的位置关系进行了理论分析。通过分析吸种孔外部气流场的气体的流动状态以及种子在气流场中的绕流阻力与其到吸种孔距离的关系,并对种子在气流场中运动临界状态进行受力分析,从而推导出种子吸附边界的数学模型。分析吸附边界大小对种子吸附性能的影响,以菜心种子、芥兰种子、辣椒种子为试验对象,排种器真空度在1 k Pa~12 k Pa变化,吸种孔半径为0.25 mm,导种板为无振动和振幅为0.4 mm。试验结果与模型分析结果一致:种子吸附的前提条件是种子持续不断的进入吸附边界内,种子的吸附性能与种子边界的大小和种子形状和大小有关;对于小粒蔬菜种子,扁平种子的单粒率低于球形种子,球形种子的直径越小,越难获得高的单粒率。对于小粒扁平种子和直径较小的小粒球形种子,合理的供种方法和增大排种器真空度使吸种孔不空种,再清除吸种孔上的多余种子,是实现排种器精密播种的一种途径。研究结果为气力滚筒式播种机的精密播种研究提供参考。     

基于变距光电传感器的小麦精播施肥一体机监测系统设计

为实现小麦精播施肥过程的实时监测,确保播种作业质量,该文设计了一种基于变距光电传感器的小麦精播施肥一体机监测系统。该监测系统以STM32单片机硬件系统为下位机,通过反射式光电传感器和旋转编码器分别获取种肥流动与种肥轴转动信息,判断精播机运行状态,并通过Modbus通讯协议将信息传输至MCGS触摸屏上位机人机交互界面实时显示。下位机排种监测电路仿真测试结果表明,放大电路对种管光电传感器检测距离的改变值为4~7 mm;上下位机通讯测试结果表明,数据传输内容准确率为100%;监测系统样机试验测试结果表明,故障报警准确率≥92.5%,种肥缺失、堵塞、泄漏响应时间分别≤0.2、≤0.3、≤0.3 s。该监测系统实现了对小麦精播施肥机作业的实时高精度监测,有助于提高小麦精播机作业质量。