水稻田间育秧精密播种机设计与试验

为提高田间育秧播种机的播种合格率和播种稳定均匀性,设计了一种适用于南方水稻田间育秧的精密播种机。在深入分析螺旋勺轮式播种器的播种原理,以及播种器行走控制系统的基础上,采用正交试验方法,研究了螺旋勺轮的凹槽深度、螺旋升角、播种器行走速度对播种合格率和空穴率的影响规律,得出杂交稻播种合格率和空穴率影响因素的最佳参数组合:凹槽深度h为3 mm、螺旋升角α为81.73°、播种器行走速度v为0.35 m/s。试验表明,采用闭环控制系统后的播种机播种杂交稻2~6粒/格合格率由87.14%提升到93.21%,常规稻3~8粒/格的播种合格率为92.14%,播种性能满足常规稻和杂交稻精密播种育秧的技术要求。     

基于图像处理的田间水稻叶瘟病斑检测方法

针对病斑在叶片上易形成封闭边缘的特性,采用色度学模型、边缘提取和形态学等方法对田间稻叶瘟病斑进行检测。利用2R-G色差分量提取图像上的图斑;采用Canny算法对2R-G色差分量图斑进行边缘检测,通过自定义边缘封闭修复模版对边缘进行修复;利用HIS模型的H分量提取的叶片正常部位信息与修复后图像做掩膜运算,获得叶片范围内的病斑边界,然后,运用形态学运算剔除图斑中未闭合的边缘线;最后,采用归一化绿蓝差值指数(Normalized Difference Green and Blue Index,DNGBI)对封闭的非病斑区域进行阈值过滤,提取出稻瘟病病斑。试验结果表明:对叶瘟病斑的正确识别率可达到90.26%。     

水稻育秧播种机钵体苗底土压实装置

设计了一种能实现水稻精密育秧播种机钵体软、硬秧盘穴孔底土压实的通用装置,该装置以AT89C51单片机为控制系统核心,采用步进电动机和送盘行程开关实现秧盘供送,以及限位行程开关和对准接近开关实现秧盘穴孔与压实辊指对准,压实辊指与秧盘穴孔内底土相互作用完成底土压实。通过系统的试验研究,确定了该装置的最佳工作参数。压实试验表明,该系统能满足秧盘穴孔底土压实的工作要求,实现了穴孔与压实辊指的精确对准和底土压实,当生产率在500盘/h、提前角对应弧长为1 mm时,对准率为98%,满足钵体苗穴孔底土压实的技术要求;育秧试验表明,增加穴孔底土压实深度,可提高秧苗素质,保持土壤根系坚实不散,有利于栽插作业,压实深度为6 mm时效果最佳。     

华南双季稻区水稻不同机械化栽植方式对比试验与评价

为探索不同机械化栽植方式对华南双季稻区的适应性及其影响机理,2011-2014年连续4 a在广东省肇庆市和江门市,以钵体苗人工手插为对照,安排了钵体毯状苗机插、毯状苗机插和毯状苗窄行机插3种机械化栽植方式的对比试验。应用主效可加互作可乘(additive main effects and multiplicative interaction,AMMI)模型对影响水稻产量的栽植方式、环境和二者的互作进行了分析,进而对不同栽植方式的适应性进行了评价。结果表明:不同栽植方式水稻产量的单因素方差分析显示,3种机械化栽植方式对常规稻都具有良好的适应性,可替代人工手插大面积推广使用;而杂交稻各次试验中3种机插秧栽植方式的产量都低于人工手插,杂交稻机插秧问题还需进一步研究。AMMI分析中,栽植方式平方和、环境平方和及二者的互作平方和分别占处理平方和的6.39%、85.29%和8.31%,都达到了极显著差异水平(P0.01);AMMI模型的交互效应主成分(interaction principal component analysis,IPCA)前2个达到显著水平,两项累计解释了互作平方和的92.99%;残差均方根(root mean square,RMS)的值为49.34 kg/hm2,占总均值的0.71%,表明AMMI2模型对试验的数据结构进行了很好的拟合。适应性评价显示,人工手插的平均产量最高,与环境存在较大正互作,是目前杂交稻种植中最好的栽植方式,但稳定性欠佳;毯状苗机插的平均产量最低,与环境的互作最小,是一种稳定性较好的栽植方式;钵体毯状苗机插的稳定性不及毯状苗机插,但平均产量高于毯状苗机插,与毯状苗机插相比平均增产约-2%~6%;毯状苗窄行机插的稳定性不及钵体毯状苗机插,但平均产量与钵体毯状苗机插相差不大,在杂交晚稻种植中常常高于钵体毯状苗机插。研究结论对推进华南双季稻区种植机械化的发展具有重要参考价值。     

耙压式除草轮与水田土壤作用的流固耦合仿真分析及验证

为探明水稻机械除草过程中,除草轮的工作阻力大小变化及水田土壤的动态行为,该文利用ANSYS软件的显式动力分析模块LS-DYNA对耙压式除草轮在水田环境下的作业过程进行仿真分析。采用ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)多物质耦合算法建立了土壤-水两物质耦合有限元模型;运用流固耦合算法分析除草轮与土壤-水模型的相互作用过程。采用有交互作用的正交试验方法选取土壤种类、水层厚度和除草轮旋转速度3个因素进行仿真试验分析,得到各因素及其一级交互作用对除草轮和土壤-水模型的耦合应力和土壤扰动率的影响规律。利用多目标优化设计方法综合评判仿真试验结果,综合评分结果表明,在不同的土壤工作环境下,除草轮在水层厚度为60mm、转速为160r/min的作业条件下均可获得较优的工作性能。影响除草轮和土壤-水模型耦合应力的因素主次顺序为:土壤种类水层厚度土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速除草轮转速水层厚度×除草轮转速。影响土壤扰动率的因素主次顺序为:土壤种类除草轮转速土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速水层厚度水层厚度×除草轮转速。为验证仿真结果,进行了田间试验和土槽试验,根据仿真所得耦合应力值推导出除草轮所受土壤反作用力扭矩值,与田间实测值相对误差为8.84%;仿真所得土壤扰动率与土槽试验实测值相对误差为9.86%;仿真所得综合评分结果与试验综合评分结果相对误差为7.02%。仿真分析结果可为轻简式水稻除草机应用在不同稻区的田间作业参数提供参考。     

QSC-2型步进式水稻除草机的设计与试验

为解决水稻田草害问题并减少除草剂施用对环境的影响,研制了QSC-2型步进式水稻除草机。该机由汽油发动机提供动力,利用蜗轮蜗杆传动系统进行减速和传动,通过一对除草轮耙压、抛送土壤进行除草作业。田间试验结果表明:随着机具前进速度的增加,除草率下降,伤苗率上升;随着除草轮转速的增大,除草率和伤苗率均上升;综合除草率和伤苗率指标考量,除草机在前进速度为0.6m/s、除草轮旋转速度为120r/min时,除草作业质量较好;除草机除草率平均值为85.9%,伤苗率平均值为4.4%,满足水稻田除草的作业质量要求。     

不同机械种植方式对水稻产量的影响

为研究不同机械种植方式对水稻产量的影响,2010-2012年在肇庆市怀集县以人工手插为对照进行3种机械种植方式对水稻产量影响的比较试验.结果表明:与人工手插相比,机直播生育期缩短15d左右,机械插秧种植的生育期与人工手插基本相当;2010、2011年,毯状机插、钵毯机插和机直播的产量均低于人工手插,但机直播的平均日产量高于人工手插;2012年毯状机插、钵毯机插的产量都高于人工手插,机直播的产量与人工手插基本相当,3种机械种植方式的平均日产量均高于人工手插.     

不同光质与光照度对水稻温室立体育秧秧苗素质的影响

水稻温室立体育秧技术具有节省秧田、减少土地浪费,利于标准化集中育秧等特点,但立体育秧中秧架各层之间光线互相遮挡造成的秧苗采光不足的问题,需要采用补光技术来改善秧架内光照条件以保证秧苗生长。该文基于植物光学理论分析确定水稻秧苗生长所需的红蓝光通量比(简称红蓝光比)范围,运用光照分析理论确定温室内光照度,并采用Ecotect软件进行温室内光环境模拟仿真。在理论分析和仿真结果的基础上研究不同补光条件对水稻秧苗生长质量的影响,采用LED植物补光灯分别对立体秧架上除顶层外的各层秧苗进行补光,设计红蓝光比、光照度及秧层间距3个因素的正交试验,分析不同红蓝光比、光照度和秧层间距对水稻秧苗素质的影响。试验结果表明,红蓝光比10:1、光照度2 500 lx的光处理对水稻苗茎伸长生长促进作用更好;红蓝光比8:1的光处理则对水稻幼苗干物质积累和根系盘结作用更好,而且比红蓝光比10:1和6:1的光处理的壮苗指数要高。分析得出各个因素对水稻秧苗素质影响的主次顺序为:红蓝光比光照度秧层间距,最佳的补光条件为:红蓝光比8:1,光照度2 500 lx,秧层间距45 cm。该文的研究结果为水稻工厂化立体育秧技术提供了参考。     

基于Pro/E的水田除草机人机工程学设计及试验

为提高步进式水田除草机的工作效率,减轻操作人员的劳动强度,进而提高除草效果,对步进式除草机进行了人机工程学设计。根据人体尺寸参数,除草机整机尺寸设计为长1 420mm、宽530mm、高900mm。利用Pro/E的质量分析模块对步进式水田除草机进行了质量属性分析,获得除草机的整机质量为2 5.2 kg,并估算出操作人员握扶手时的提升力为49N,表明操作除草机的劳动强度较低。对该除草机进行田间性能试验,结果表明:平均除草率为85.9%,平均伤苗率为4.4%,除草效率为0.173hm~2/h,操作人员劳动强度较低,符合水稻田间机械除草的作业质量要求。     

基于ANSYS/LS-DYNA的松土刀切削土壤有限元仿真

利用ANSYS/LS-DYNA,对四刀松土刀和六刀松土刀在不同转速下切削土壤的过程进行数值模拟,对不同转速下松土刀的阻力和功耗进行分析。仿真结果表明:两种松土刀在以1m/s前进速度下,转速低于45rad/s时,其阻力随着转速的增加而增加,在4 5 rad/s左右时达到最大值,之后阻力随转速增加而减小;同时,根据可决系数拟合出阻力-转速曲线,建立了拟合方程,并对不同转速下的功耗进行分析,发现功率和阻力具有相同的规律。对于不同排列的松土刀,六刀切削土壤时比四刀切削更加稳定和高效,但是所受的平均阻力和功耗更大。仿真数据分析结果可为实际生产中松土作业提供参考。