基于PVDF双压电薄膜的油菜播种监测系统的设计与试验

针对苏南地区油菜播种一体机作业过程中种子监测困难的问题,设计了一种基于PVDF双压电薄膜的油菜单粒精密播种机播种性能监测系统。系统通过播种机安装在测速轮上的编码器采集机具作业速度,结合设定的目标播量,得到理论排种间距,采用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜监测装置,采集油菜种子落粒数。为了滤除机器振动信号干扰,设置参照压电薄膜,通过逻辑运算模块降低振动干扰,采用施密特电路迟滞原理消除比较器抖动干扰。系统采用STM32F103VBT6单片机作为中央处理器,结合设定的理论株距、相邻脉冲电压信号的时间间隔与播种机前进速度,计算得出播种量、排种速度、漏播率与重播率等性能指标。试验台试验表明,在26.5~42.2 r/min排种轴转速下,系统对排种量的检测精度不低于96.4%,漏播检测精度高于95.8%,重播检测精度高于98.4%;振动频率8~16 Hz条件下,系统播量检测精度高于95.2%。     

精密排种器排种质量的机器视觉检测与分析

为开发具有较高效率和精度的精密排种器试验检测系统,研究了一种机器视觉检测技术,它采用视觉传感器采集排种口动态种子流下落时的序列图像,通过图像处理、排种时间检测、型孔种子数识别等过程,获得型孔种子数的频率分布,进而计算合格指数、重播指数、漏播指数等排种质量指标。研究结果表明,采用平稳随机过程模型描述排种时间和型孔种子数序列,采用帧间隔及最大帧种子时间与排种间隔合理匹配的图像采集模式以使种子重复成像,既可保留有用信息,又可在较宽范围内选用帧频率,能够在25~30 Hz常见帧频率下对单粒播和穴播排种器的排种质量进行有效检测。     

气吸式辣椒精量穴直播机的研制与试验

【目的】针对辣椒种植育苗移栽方式存在的成本高、劳动强度大和生产效率低等问题,结合南方辣椒种植模式和农艺要求,研制一种气吸式辣椒精量穴直播机。【方法】该机具由主机架、仿形机构、风机、传动系统、变速器、气吸式排种器、开沟装置和镇压装置等组成,可一次完成开沟、播种、覆土和镇压作业。利用负压取种和断压排种的原理,根据辣椒种子物理特性和播种要求,确定了气吸式排种器排种盘尺寸、排种孔数量和大小,满足播种精度和播种量要求。播种部分通过平行四杆仿形机构与主机架连接,可实现播种单体对地仿形,保证开沟和播种深度。【结果】播种量1～3粒/穴的平均合格率为91.16%,平均漏播率为0.18%,平均重播率为8.66%。不同穴距试验的播种穴距合格指数均大于89%,重播指数均小于4.85%,漏播指数均小于11%,穴距变异系数均小于23.77%,播深合格率为86%。【结论】整机工作性能满足辣椒种植要求,本研究可为蔬菜精密播种机的研制和开发提供参考。     

基于EDEM的自扰动内勺式大豆精密排种器的设计与试验

为提高大豆精密排种器的充种性能，研究了一款自扰动内勺式大豆精密排种器，通过搅动杆随排种轴的转动提高了排种器勺轮孔内的充种率。研究测量了黄淮海地区常见大豆品种的物理参数，并应用EDEM软件对自扰动内勺式大豆精密排种器进行了仿真试验。结果表明，单粒率最大为97.15%,最小为94.81%;重播指数最大为3.84%,最小为1.95%;漏播指数最小为0.52%,最大为3.64%。台架试验结果显示，单粒率最小为93.31%,重播指数最大为3.92%,漏播指数最大为4.03%,与仿真结果的最小单粒率误差为1.01%,最大重播指数误差为2.08%,最大漏播指数误差为9.68%。说明应用EDEM软件分析自扰动内勺式大豆精密排种器的工作过程是可行的，可以为排种器的优化提供理论基础。     

玉米种子形态对窝眼轮式精量排种器性能的影响

【目的】本文研究了玉米种子形态对窝眼轮式精量排种器性能的影响,为鉴选适合西南地区机播的玉米品种提供理论依据。【方法】选用西南地区审定推广的53个玉米品种,设置3种转速,用窝眼轮式精量排种器进行试验,研究各品种种子长、宽、厚等形态特征对重播、漏播等播种指标的影响。【结果】随播种器转速的增加,漏播率增大,重播率降低,窝眼轮式精量排种器转速以15 r/min为宜;籽粒长与漏播率呈极显著正相关关系,单粒重和单粒体积与重播率呈极显著负相关关系,籽粒长、单粒重和单粒体积,以及指标阈值可作为适合机播品种及种子分类的主要参考指标。【结论】通过测定不同转速下各品种的重漏率,筛选出成单30、荣玉188、正红505、绵单118、国豪玉13等27个品种适宜窝眼轮式精量排种器;种子长、单粒重和单粒体积是影响排种性能的主要因素。     

超窄行棉花精量排种器设计与性能试验

【目的】针对目前新疆棉花播种行距大,喷洒脱叶剂受药效果差,导致机械采收采净率偏低的问题,研制了一种播种行距更窄,能实现高度密植的超窄行棉花精量排种器.【方法】对超窄行精量棉花排种器的结构及参数进行理论分析,确定排种器的主要结构与性能参数.以排种器的单粒率、重播率、漏播率为排种性能评价指标,在PSY-1200鸭嘴滚筒式排种器性能实验台上进行排种器转速、负压区相对压力、落种角等运行参数的单因素及正交试验.【结果】经田间测试,当排种器转速为41r/min,负压区相对压力为-4500Pa,落种角为60°时,排种器单粒率为93.5%,重播率为3.8%,漏播率为4.2%,单行株距均匀性变异系数为5.82%,双行行距稳定性变异系数为6.04%.【结论】该排种器最小行距可调至4cm,满足超窄行种植农艺要求且能实现精量播种.     

花生排种器型孔结构的优化设计与试验

为解决现有花生排种器对种子尺寸适应性差的问题,设计了由调整片控制种窝尺寸大小的内充型孔轮式花生排种器.以单穴单粒率、重播率、漏播率为试验指标,以排种器转速、种窝长度、种子大小为试验因素进行二次正交旋转组合试验.试验结果表明,影响排种性能的主次顺序为:种窝长度、种子大小、排种器转速.在转速40 r/min,种窝长度9 mm,种子大小15.6 mm的条件下,排种性能最佳,单穴单粒率95.3%,重播率2.7%,漏播率2.2%.结果表明,通过调整种窝长度控制排种器的排种量,使排种器对种子尺寸具有良好的适应性.     

基于虚拟仪器技术的排种器漏播检测技术

按照虚拟仪器设计的思想,以Lab、VIEW作为开发平台,应用光电传感器,建立了精密排种器漏播虚拟仪器检测系统.通过对检测系统的标定、对所测粒距样本的试验结果分析,得出了排种器的合格率、重播率、漏播率、标准差及变异系数等排种指标,验证了检测系统的可靠性和准确性.设计了漏播补偿电磁阀驱动电路,当检测到的粒距大于理论粒距的1.5倍时视为漏播,此时将检测的信号反馈给数据采集卡PCI-6040E的计数器端,通过计数器产生高电平脉冲能够准确触发执行机构进行补种.     

单粒排种器单片机检测系统性能研究

采用压电声电传感器将单粒排种落粒物理量转变电量，通过惠斯登电桥和比较放大器进行信号变换。代表落粒脉冲的电压矩形波被送到单片机系统的守量／计数器，精确检测每两次落粒之间的时间，通过软件设计，可以检测单粒排种器排种的合格率，重播率，漏播率，标准差，变异系数等性能参数。     

棉花播种质量实时监测系统设计与试验

【目的】针对新疆地区使用的棉花穴播机作业过程中，驾驶员无法及时发现穴播器漏播、重播的问题，设计了一套棉花播种质量实时监测系统。【方法】该监测系统以STM32F103C8T6微控制器硬件系统为下位机，通过安装在穴播器存种圈上的对射式光电传感器和光电编码器分别获取棉花种子漏播、重播信息，判断棉花播种状况，并通过nRF24L01模块将播种信息传输至DWIN触摸屏上位机人机交互界面实时显示。搭建棉花播种质量监测系统试验台，通过田间试验验证监测系统的准确性。【结果】台架试验结果表明：当穴播器转速为30 r/min时，系统的合格播种、漏播和重播监测精度最高，分别为96.65%、94.59%和92.00%。当穴播器转速高于30 r/min时，监测精度明显下降。田间试验验证结果表明：系统对合格播种、漏播和重播平均监测精度分别为94.51%、92.38%和86.55%。利用SPSS软件对田间试验数据进行分析，结果显示试验数据具有统计意义，采用监测系统获得的棉花播种质量数据与人工实测数据具有较高的相关性，实际值可以由系统监测值反映出来。【结论】该系统满足田间作业对棉花播种质量监测的需求，对实现棉花种植提质...     

一种新型玉米精量排种器的设计

精量排种器是精量播种机的核心部件,设计在传统精量排种器的基础上提出新的设计方案,将气吸式取种与窝眼式取种相结合,使空穴率有效降低;同时缩小了气室的大小,节约了用风量;并且简化了传动结构,能够有效地改善精量播种机的性能,适合小型全株距玉米精量播种机的配套安装。     

基于EDEM的窝眼轮式油菜排种器排种性能仿真与试验

【目的】研究不同型孔结构对窝眼轮式油菜排种器种子群扰动及排种性能的影响。【方法】借助离散元分析软件EDEM对3种不同型孔结构的窝眼轮式油菜排种器进行仿真分析,并进行试验验证。【结果】型孔结构对种子群扰动影响明显,种子群扰动量越大充种性能越好;转速在10~50 r·min~(-1)时,种子群扰动最大的30°倒角窝眼轮合格指数为86.6%~95.8%,明显优于不倒角窝眼轮的67.5%~90.6%和半径1.25 mm倒圆角窝眼轮的79.2%~93.5%。各轮对比试验发现,相同转速下,种子群扰动量越大漏播指数越小,型孔囊种空间大小因倒角方式而不同,且囊种空间越大,重播指数和变异系数也越大。【结论】影响各轮排种性能的主要因素是工作转速;由于重播指数较小,故合格指数主要受漏播指数影响;仿真与试验的结果有偏差,但变化趋势及其相互之间关系基本一致,用EDEM对排种器进行仿真分析具有一定可行性。     

小麦精密排种器伤种的计算机模拟

内充种垂直轮式小麦精密排种器(专利号:ZL98244378.1)实现了小麦精密播种的精确、定量、可控,播种量的确定性和播种均匀性高于其他小麦排种器,解决了小麦精密排种的关键。根据该排种器的清种原理,不应有种子损伤。但试验结果表明其伤种率高于国家标准规定。因而解决如何降低其伤种率即成为研究该排种器的难点。本研究从种子的损伤形式入手,分析了种子尺寸、排种器的结构参数和运动参数对种子损伤的影响,并用计算机仿真模拟进一步优化了该排种器的结构和参数。     

基于线阵CCD的油菜条播排种器播量在线监测装置的设计及试验

针对油菜条播机窝眼轮式排种器存在多粒种子同时下落难以监测的问题,设计加装了一种基于线阵CCD传感器的播量监测装置。监测装置发射端采用点光源,通过一组凸透镜形成由平行光线覆盖的种子监测区域,接收端采用线阵CCD传感器,通过实时监测像素值的连续变化,监测油菜种子播量,从而实现对播量的精确计量。运用室内试验台架,对窝眼轮式油菜排种器进行了单粒排种、排种计数、播量监测以及漏播和堵塞报警试验。结果表明:投种高度小于150 mm时,监测装置对单粒投种的监测准确率达100%;排种轴转速分别为20、30和40r/min时,监测装置对1000粒油菜种子计数的准确率分别为98.98%,98.26%和97.32%,对于5、10和20min连续排种播量计量的准确率均能达到97%以上。     

链传动水稻穴盘精密播种机的研制

针对机械式水稻精密播种机播种质量差、机构传动复杂及伤种率高等问题,设计一种链传动/输送式水稻播种机。设计的链传动水稻播种机主要由型孔轮式排种器、波纹滚筒式覆土器及链条传动/输送机构等工作部件组成,完成了主要工作部件结构参数的设计计算。样机播种性能试验结果表明:随着生产率的提高,播种合格率下降,伤种率增大,当电机输出转速n0=0.1r/s,排种轮转速n2=0.05r/s时,播种机生产率为360盘/h,播种合格率94.3%,单粒率1.0%,重播率5.4%,空穴率0.3%,伤种率仅0.4%,播种效果最好,试验指标均达到或超过水稻精密播种机试验要求。     

光电感应式油菜种子流监测装置设计与试验

针对油菜气力槽齿盘式精量排种器高速排种过程中种子流不易准确监测的问题，设计出一种光电感应式油菜种子流监测装置，对排种器的落种数量进行实时监测。该监测装置调用ARM嵌入式系统的中断，定时器资源，在时间窗口中采集回归反射型光纤传感器的输出脉冲，计算得到排种器双路各自落种数量以及落种总数，并在液晶屏上显示。选用华油杂62号作为试验对象，以排种盘转速和吸室真空度作为试验变量，以落种数量的监测值和实际值的相对误差作为试验指标，在油菜气力槽齿盘式精量排种器上进行该监测装置的实时监测试验，得到落种数量的监测值；再利用数粒仪计算落种数量的实际值，求出监测的相对误差。试验数据表明，监测值的相对误差不大于5.21%。该装置能够有效实现油菜种子的实时监测，对提高油菜气力槽齿盘式精量排种器排种性能的监测水平，推进油菜排种监测装置的研究具有重要意义。     

基于EDEM的双排型孔轮式油菜排种器的排种性能分析

基于离散单元法和EDEM软件,建立了双排型孔轮式油菜排种器的离散元模型,对不同排种轴转速下种群扰动强度进行分析,研究排种轴转速和不同排型孔对排种器排种量和排种均匀性变异系数的影响。结果表明:当排种轴转速为30～90r/min时,单独使用第一排型孔排种,排种均匀性变异系数为42.75%～54.17%,单独使用第二排型孔排种,排种均匀性变异系数为38.46%～44.1%;排种器使用双排型孔同时排种,排种均匀性变异系数为28.2%～40.1%,双排型孔工作较单排型孔工作排种均匀性提高。该排种器种子充入型孔的极限转速为60 r/min,当转速为0～60 r/min时,单位时间的排种量呈线性变化,当排种器转速超过极限转速时,单位时间的排量相对减小。     

水稻气压滚筒式集中排种器设计与试验

为提高水稻集排式精量穴直播的排种性能，采用正压气流充种、携种和投种原理，设计一种水稻气压滚筒式集中排种器。基于杂交稻机械物理特性参数和精量穴播农艺要求，提出一种气流孔均布于“碗状”型孔的结构，确定其主要结构参数，构建种子在充种和投种过程的力学模型。台架试验研究气流孔直径、滚筒转速和气流孔数量对排种性能的影响，并分析集中排种器对杂交稻品种的适应性。试验结果表明:影响排种性能的主次因素依次为气流孔数量、气流孔直径和滚筒转速；当排种滚筒转速为20 r/min、气流孔数量为7、直径为1.7 mm时，排种合格率为93.33%，漏播率2.50%，重播率4.17%，空穴率0.58%，各行排量一致性变异系数为2.08%。繁优609、F优 498和天优华占3个品种的排种合格率均达到90.00%，漏播率和重播率分别不高于6.00%和5.00%，种子破碎率低于0.20%，各行排量一致性变异系数低于3.00%，说明该排种器对不同杂交稻品种具有较好的适应性。田间试验结果表明，单穴平均播种量为3.56粒，播种合格率89.33%，平均穴距190.3 mm，达到水稻精量穴播排种要求。该研究可为水稻气压滚筒式集中排种器设计提供参考。     

同步铺膜铺管旱作水稻播种机的设计与试验

针对目前旱作水稻不易大规模推广的难题,研制开发一种旱作水稻铺膜铺管播种机。根据旱作水稻种植农艺要求,采用滑刀式开沟器,在距种行水平距离110~130mm处开出宽45mm,深20mm的沟,将滴灌带铺设于沟内;地膜通过随动仿形机构铺设于地表;通过改变容腔容积调整机械翼勺式排种器下种量大小;螺旋导土板将土壤送至种行完成覆土。以杂交稻种"秋田小町"为播种对象,采用3因素4水平的正交试验设计方法,研究播种机前进速度、容种腔长度和种面高度对播种性能的影响。试验结果表明,影响合格指数和重播指数的主次因素为:播种机前进速度容种腔长度种面高度;影响漏播指数的主次因素为:容种腔长度播种机前进速度种面高度;当播种机前进速度1.0m/s,容种腔长度14mm,种面高度140mm时,播种机播种性能最为优良,此时合格(6~8粒/穴)指数为86.5%,漏播(6粒/穴)指数为10.2%,重播(8粒/穴)指数为3.3%,满足旱作水稻农艺种植要求。