盘育秧精密播种流水线PLC控制系统设计

超级稻每穴1～2株的栽植农艺给机械插秧的盘育秧播种提出了低播量、高均匀性的严格要求,为满足超级稻少本稀植的农艺要求,研发了振动气吸式盘育秧精密播种流水线。设计了以PLC为核心,集自编程序、传感器、步进电机加减速驱动脉冲控制等技术为一体的自动控制系统。在GX-Developer-C V8的环境下采用梯形图方法编制程序实现播种作业的协调动作和部件运动的精确定位,并可接入PC机实现播种作业的在线监控。试验和检测结果表明,播量精确到每穴1～2粒（格）,均匀度合格率93.8%,空穴率5.6%,盘播种量一致性变异系数为2.5%,作业效率达每小时490盘,能满足超级稻及常规稻盘育秧精量播种要求。     

步行式偏心-变位齿轮行星轮系宽窄行分插机构运动分析

为实现水稻宽窄行插秧,该文将偏心-变位齿轮行星轮系应用于步行式水稻插秧机分插机构中,并设计专用传动箱以满足水稻宽窄行插秧时秧针轨迹和姿态要求。分析了其结构特点和工作原理,建立了该机构运动学分析模型,编写了计算机辅助分析、仿真及优化程序,得到一组满足步行式宽窄行插秧的机构参数,建立了三维虚拟仿真模型,并在ADAMS中进行了虚拟试验,同时研制了样机并进行田间试验。试验结果表明宽行行距为403mm,窄行行距为197mm。虚拟试验和田间试验表明该分插机构满足步行式水稻插秧机宽窄行插秧的农艺要求。     

旋转圆盘式开沟机的改造试验

针对现有开沟机不能适应西南丘陵山区开沟作业的问题，通过对前置式圆盘弯刀式开沟机的技术分析和结构改造，实现农艺要求的开沟效果。田间试验表明，开沟部件田间开沟作业性能良好，工作可靠，能够基本满足丘陵山区开沟作业要求。     

9MSB-2.10型草地免耕松播联合机组的试验研究

从草地免耕播种的农艺背景出发,分析了传统的犁耕播种和免耕播种的利弊关系,提出了草地免耕松播的农艺技术要求。在此基础上将圆盘犁松土部件、少耕凿型铲松土部件和牧草种子排种部件以及前、后镇压轮组合等主要工作部件优化设计在一个通用机架上,研制出草地免耕松播联合机组新机型。并通过性能试验和较大面积的生产考核,各项试验结果达到了预期的研究目标。     

2BYD-6型油菜浅耕直播施肥联合播种机设计与试验

为解决南方冬油菜产区田间前茬作物留茬高及杂草丛生对油菜苗期生长的影响,有必要在播种同时对土壤进行浅耕除草、灭茬。2BYD-6型油菜浅耕直播施肥联合播种机,将浅耕工作部件和旋转开沟部件安装在同一根刀轴上,采用地轮传动提供排种、排肥系统动力。设计了用于改变排种、排肥轴转速从而达到调节和控制播种量和排肥量的变速机构。可以实现浅耕、灭茬、开排水沟、播种和施肥等联合作业。试验表明：该播种机工作安全可靠,灭茬率大于95%,漏耕率小于5%。该机能够满足南方冬油菜的直播技术及农艺措施要求。     

稻茬田油菜免耕播种机开沟部件的研究

稻茬田开沟是南方冬闲田大面积推广油菜种植的重要一环,该文采用旋耕弯刀S245作为开沟的主要部件,设计了稻茬田油菜免耕播种机开沟部件结构,并对以顺铣方式工作的开沟切削抛土过程进行运动学分析,建立了旋耕弯刀横向抛土的数学模型,并用matlab7.0数学软件对其进行数字求解。田间试验表明,开沟部件田间开沟抛土宽度可达1.0～1.5 m,土壤破碎率达90%,开沟作业性能良好,工作可靠,能满足现有油菜等其他经济作物种植的农艺要求,解决了目前免耕开沟难的问题,同时数字求解的结果与试验结果相吻合,为旋耕开沟部件的设计提供了参考依据。     

基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计

为满足水稻插秧机宽窄行插秧的需要,以高速插秧机的行星系分插机构为研究基础,根据宽窄行空间插秧轨迹的要求,提出了一种斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的行星轮系分插机构。确定了分插机构空间插秧轨迹的关键参数,利用D-H变换矩阵建立了机构的轨迹模型,分析了关键参数对插秧轨迹的影响,并进行了机构的运动特性研究。利用编写的机构优化程序,通过人机交互的方式优化出一组满足空间插秧要求的机构参数,并根据参数完成了机构的设计。最后,通过虚拟仿真验证斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。     

基于共轭凸轮的强制推秧机构反求设计

针对传统推秧机构存在的推秧结束时间提前或滞后问题,提出了基于共轭凸轮的强制推秧新型机构。该新型推秧机构由共轭凸轮实现推秧杆的推出和缩回。根据椭圆齿轮行星系驱动机构及插秧农艺要求构造了推秧杆的运动学曲线,建立了该推秧机构反求模型,并基于Visual Basic 6.0编写了该推秧机构的反求设计及仿真软件,反求得到一组满足农艺要求的较优参数,包括机构参数和凸轮廓线。主副凸轮最大压力角都小于许用压力角,表明该新型机构能很好地满足推秧机构效率和受力要求。     

Development of vineyard ditcher with reversal twin rotary tillage wheels

开沟施肥是葡萄园生产过程中的重要环节。传统的葡萄园开沟施肥通常是人工挖掘填埋,劳动强度大,工作效率低。为了提高开沟效率,通过对葡萄园环境及其开沟农艺要求的分析,设计制造了一种驱动型葡萄园小型开沟机,该机为旋耕刀以反转方式进行开沟工作,抛出的土由挡土导流板引导落在沟的两旁。对开沟机进行的性能试验结果表明：该开沟机2次作业开出的沟深可达500 mm左右,沟宽超过200 mm,且沟壁光滑、沟型整齐平直、沟中残留碎土少,满足葡萄园农艺要求;该机开沟部件碎土、抛土性能好,整机操作灵活,能适应葡萄园管理要求,也可用于其他果园、茶园、农田等开沟作业;该开沟机成本低,经济效益较好。     

葡萄园反转双旋耕轮开沟机的研制

开沟施肥是葡萄园生产过程中的重要环节。传统的葡萄园开沟施肥通常是人工挖掘填埋,劳动强度大,工作效率低。为了提高开沟效率,通过对葡萄园环境及其开沟农艺要求的分析,设计制造了一种驱动型葡萄园小型开沟机,该机为旋耕刀以反转方式进行开沟工作,抛出的土由挡土导流板引导落在沟的两旁。对开沟机进行的性能试验结果表明:该开沟机2次作业开出的沟深可达500mm左右,沟宽超过200mm,且沟壁光滑、沟型整齐平直、沟中残留碎土少,满足葡萄园农艺要求;该机开沟部件碎土、抛土性能好,整机操作灵活,能适应葡萄园管理要求,也可用于其他果园、茶园、农田等开沟作业;该开沟机成本低,经济效益较好。     

水稻秧盘育秧播种技术与装备的研究现状及发展趋势

该文在收集、整理并研究国内外关于水稻秧盘育秧播种技术与装备的基础上,按照播种流水线的结构特点和工作原理进行分析归纳,系统地总结了每一类机型的研究现状,详细分析了播种、排土和秧盘同步传动等技术难点,以及主要部件采用的工作原理、技术参数和所能达到的性能指标,通过对现有机型特点的分析比较,给出了各类机型的适用范围.最后,根据水稻插、抛秧种植的农艺要求,尤其是中国超级杂交稻种植技术的要求,提出适合于超级杂交稻精密播种的新型育秧系统,上述研究为适用于中国传统水稻育秧,以及发展中的超级杂交稻低成本高速精准秧盘育秧播种技术研究提供参考.     

水稻机栽钵苗单穴苗数对分蘖成穗及产量的影响

为探明机栽(插)水稻钵苗单穴苗数对其分蘖成穗及产量的影响。该文以常规粳稻武运粳24号为材料,在不同单穴苗数条件下,研究了水稻的分蘖与成穗规律以及产量形成特征。结果表明:1)机插钵苗主茎第1~9蘖位及其同伸二级蘖位均有一定比例发生分蘖并成穗,受单穴苗数影响较大。该品种水稻钵盘每钵成苗1、2株有利于促发秧田期第1~2蘖位的低位分蘖,大田单穴相应插植1、2苗可提升第8蘖位高位分蘖及二级蘖位分蘖发生率,最终穗数主要为分蘖成穗,来源蘖位较广;单穴3、4苗可促进中部第6~7蘖位分蘖发生,分蘖穗主要来源于第5~7中位蘖和少量低位蘖及二级分蘖;单穴苗数增至每穴5、6苗,各蘖位分蘖发生率及成穗率显著降低,主要依靠主茎和中位蘖成穗。各处理中部蘖位分蘖具有较高成穗率,是分蘖穗及总穗数的主要来源。2)产量表现为单穴3、4苗较高,5、6苗次之,1、2苗较低。单穴苗数与有效穗数呈极显著正相关,与每穗粒数呈极显著负相关,二者是决定产量变化的重要构成因素。通过解析单穴苗数对产量的多元回归函数,并综合产量实际表现,认为常规粳稻品种(偏大穗型)以育秧田每钵成苗3~4株、大田单穴插植3~4苗为宜。该文揭示了钵苗机栽(插)水稻分蘖成穗规律,并为大面积生产中钵苗育秧适宜用种量和插植苗数提供技术依据。     

生物降解秧盘及播种量对机插水稻秧苗素质及产量的影响

为探明生物降解秧盘稀播育秧、带盘机插的生产适用性,以籼型杂交稻中浙优8号和籼粳型杂交稻甬优538为材料,普通平盘作对照,研究了生物降解秧盘不同播种量(30,50,70和90 g/盘)育秧对机插水稻秧苗素质、机插特性与产量的影响。结果表明,生物降解秧盘育秧显著提高出苗率(P0.05),且播种量越低,出苗率越高,中浙优8号30 g/盘处理的出苗率较普通平盘育秧高20.57个百分点。生物降解秧盘采用上毯下钵设计,所育秧苗根系独立成钵状,白根多且粗壮,其平均根直径较普通平盘宽8.63%,且盘根力均大于100 N,满足机插对秧块成毯的要求。同时,可带盘按钵精准机插,中浙优8号30 g/盘处理的漏秧率仅7.78%,较普通平盘机插低6.67个百分点。生物降解秧盘处理结实率和千粒重略低于普通平盘,群体颖花量则高于后者,最终产量较普通平盘机插略高。综合育秧、机插效果及产量表现,生物降解秧盘育秧播种量以70 g/盘为宜。因此,生物降解秧盘带盘机插可发挥稀播培育壮秧优势,提高机插质量,有助于杂交稻少本稀植、充分发挥增产潜力。     

气力式包衣杂交稻单粒排种器研制

为满足杂交稻单粒播种的作业需求,该研究结合包衣稻种设计了一种单粒气力式排种器,分析了吸种姿态对吸种精度的影响,利用稻种导流原理,设计了一种导流式吸种盘,对稻种在该吸种盘导流作用下的运动过程进行了分析,建立了吸附过程中稻种与吸种盘之间的运动模型。采用包衣稻种（杂交稻五优1179）为试验材料,采用三因素三水平全因素试验方法,在不同吸种盘转速、吸室负压和吸种盘结构情况进行试验分析。试验结果表明：在转速30 r/min、吸室负压1 400 Pa时,有导流槽和辅助吸种装置的吸种盘吸种效果最佳,单粒吸种率最高为81.58%,漏吸率为2.89%。试验结果验证了该吸种盘可有效提高单粒吸种率,满足杂交稻单粒播种的作业需求,为杂交稻单粒播种提供了一定理论基础。     

水稻钵苗机插秧苗素质的调控

为探讨适宜水稻钵苗机插培育壮秧新技术,促进技术大面积推广应用。该文以武运粳24号为材料,研究了钵苗机插稻育秧中的播种量、秧田水分管理及二次化控组合施用对秧苗素质的影响。结果表明：1）播种量试验中,钵苗的秧苗素质随播量的增加而趋劣。高播量处理秧苗群体通风透光受限,穴钵内个体竞争激烈,秧苗素质较差;低播量处理苗质各性状得到优化,但钵体成球度差,难以配套插秧机田间正常栽插作业,且基本苗偏少、漏插率高。偏大穗型常规粳稻品种武运粳24号适宜的播量为45～60 g/盘,平均每孔成苗3～4株。2）秧田水分管理下,旱育钵苗群体带蘖率和叶片叶绿素含量较湿润秧有一定优势。旱育方式推迟水稻群体茎蘖滞增期,叶片叶绿素降解率低、持绿能力较强,该试验条件下适栽秧龄可延长至35 d。3）二次化学调控中,通过多因子正交试验对秧苗充实度进行分析,确定了二次化控最优组合。表明适量、适时二次化控可显著提高秧苗素质,有效控制苗高,增加秧苗整齐度。在具体调控措施上,认为播量45 g/盘、旱育方式下,每100 kg底土拌入0.5 kg壮秧剂,2叶期每盘施多效唑0.06 g,钵苗秧苗素质表现最佳。该研究可为水稻钵苗机插培育壮秧提供技术参考。     

基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验

对于工厂化育秧作业的水稻、蔬菜、花卉等,尤其是超级杂交稻,其机械化秧盘育秧播种的理想目标为2~3粒/穴,且普遍存在空穴和单粒穴的情况,为了保证秧盘育秧成秧率,提高精密播种合格率就显得非常重要。该文基于机器视觉技术,提出了一种智能补种方法,设计并研制了智能补种装置,主要用于超级杂交稻钵体秧盘育秧播种质量检测与补种过程。首先利用CCD摄像头采集秧盘图像,对图像处理与分析后得到空穴和1粒穴位置坐标,再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能。应用LabVIEW图形化编程软件,针对空穴和单粒穴的补种方案,开发出秧盘播种质量在线检测与补种运动控制系统,实现了智能补种任务。由试验结果统计可知,当补种率小于2%时,双补种器能够满足450盘/h的生产需求。     

育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻机插质量和产量的影响

为探索杂交稻机械化种植方法,根据杂交稻少本稀植的农艺要求,该文对不同育秧播种密度与插秧机取秧面积耦合栽插的质量和产量进行研究,于2017年和2018年在广东省江门市、肇庆市和汕头市进行不同育秧播种密度(30～90 g/盘)和取秧面积耦合栽插对比试验,分析了耦合栽插对栽插质量、根系损伤率和发根力的影响;以钵体苗人工手插为对照,开展不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插的大田生产试验,分析了杂交稻毯状苗不同育秧播种密度耦合栽插方式的产量表现及其特征。结果表明:1)现有技术条件下,基于育秧播种密度与取秧面积耦合栽插方法可实现不同育秧播种密度下较高质量的栽插,1～3株/穴的比例介于80.67%～95.33%之间,1～4株/穴的比例超过90.67%;育秧床土对栽插质量有较大影响,采用基质育秧或"基质+旱地土"育秧,当育秧播种密度超过50 g/盘时,漏插率为3.50%～6.38%,平均为5.11%,基本满足杂交稻机插农艺要求。2)不同育秧播种密度耦合栽插方式的根系损伤率为15.37%～31.16%;当育秧播种密度大于40 g/盘时,根系损伤率随育秧播种密度的增加而增大;发根力与根系损伤率之间呈负相关关系,相关系数为-0.949 3;当育秧播种密度差异不超过10 g/盘时,发根力没有显著差异,当育秧播种密度差异超过20 g/盘,发根力的差异达到显著水平。3)不同耦合栽插方式中,50 g/盘机插的单产最高;从产量角度看,不同耦合栽插方式及对照的产量规律为:50 g/盘机插钵苗手插60 g/盘机插70 g/盘机插或90 g/盘机插;与各品种的区试产量表现比较发现,不同耦合栽插方式的实际产量都未达到区试产量,其原因是单位面积有效穗数和结实率都不及区试中的表现,但穗长达到或略超过区试中的表现。研究结果对攻克杂交稻机械化种植难题具有参考价值。     

机插水稻适宜基本苗定量参数的获取与验证

在水稻基本苗计算的研究基础上,选择常规粳稻宁粳3号和杂交粳稻常优1号为材料,设置机插不同单穴苗数试验,对机插水稻基本苗计算的定量参数进行了获取研究,并将所得参数输入机插水稻设计栽培系统设计试验对其进行验证。结果表明,机插常规粳稻和杂交粳稻的分蘖缺位叶龄数有所不同,机插常规粳稻分蘖缺位叶龄数为1.5叶,机插杂交粳稻分蘖缺位叶龄数为0.5叶;单穴移栽苗数对校正系数有显著影响,其中常规粳稻单穴3苗处理、杂交粳稻单穴2苗处理产量较高,因此确定常规粳稻矫正系数为1.5,杂交粳稻为1.0;2种类型水稻的分蘖发生率表现一致,均为0.8左右。验证结果表明,产量、产量构成指标与群体质量指标的平均值与设计值的偏差均在5%以内,验证了机插水稻基本苗计算参数的可靠性。该研究为机插稻精确定量基本苗提供技术支撑。     

双季稻区杂交稻机插秧低播量精密育秧试验

根据杂交稻种植少本稀植的要求,该文以杂交稻天优998和五优308为材料,采用机械化精密田间育秧试验方法,研究了4种秧盘和4个播种量水平对机插杂交稻秧苗成毯效果、秧苗素质和栽插质量的影响。结果表明:钵体毯状秧盘播种量在65 g/盘以上、毯状秧盘在45 g/盘以上、窄行秧盘在36 g/盘以上,应用华南农业大学研制的"水稻田间工厂化育秧精密播种机"进行精密播种,采用常规田间育秧管理育成的秧苗成毯效果能满足机插的要求;不同秧盘类型对秧苗素质的影响存在显著差异,4种不同秧盘育秧方式中,以钵盘培育的秧苗素质最好,整齐性也最好,钵毯秧苗次之,毯状秧苗与窄行秧苗相差不大;不同播种量对秧苗素质的影响较大,不同播种量之间,秧苗素质各项指标的差异都达显著水平,随着播种量的增加秧苗素质明显下降,表现为叶龄减少,苗高变矮,苗茎宽变细,根长变短,百株鲜质量、百株干质量和百株根质量都变轻;而秧盘与播种量的交互作用对秧苗素质的影响不显著;从栽插质量和满足栽插的农艺要求角度看,对杂交稻天优998而言,钵毯和毯状秧盘的最佳播种量范围为65~80 g/盘,窄行秧盘的最佳播种量范围为52~64 g/盘,钵盘的最佳播种量范围为41~50 g/盘。本文的研究结果对解决杂交稻机插秧技术问题具有理论意义和实际应用价值。     

气吸式纸夹定位水稻精密育秧设备的研制

大量农艺试验表明：播种量和秧苗素质是影响水稻优质高产的主要制约因素,应用先进的精密播种技术培育均质壮秧是增加水稻单产的一个重要途径。针对现有水稻工厂化育秧方式一次性投资大,秧盘土采集困难和育秧过程繁琐等问题,在分析国内外水稻秧盘育秧精密播种技术与装备的基础上,根据水稻育秧的农艺要求,提出了应用纸介夹持定位封种的一种新的水稻无秧盘育秧精播方法,设计出气吸式纸夹定位水稻精密育秧设备并进行育秧试验。试验结果为单粒率达80%以上,合格指数（每穴1～2粒种子）超过95%,重播率（每穴3粒以上种子）小于4%,粒距合格率大于90%,纸介种带封固基本可靠,培育秧苗矮壮,栽插后发根能力强。