论文题目：油麦混编种子带编织机的设计与试验
摘要：创意景观农业是一种以增加农业附加值为主要目的,以农作物景观造型为主要手段,以氛围营造、广告宣传和农耕文化及农事体验为主,同时兼顾农产品生产的新型农业行为,近年来,创意景观农业有了很大的发展。目前,在景观图案造型实施过程中,因图案边界有着严格的精度要求且存在不同类别或品种作物混合种植的情形,现有种植机械很难实现,纯人工进行田间造型设计与播种或移栽作业。虽然可借助GPS等技术手段进行辅助定位,但仍费时费力且出错率极高,很难进行大规模推广。为实现大田景观图案的造型机械化,本文基于种子带播种技技术,设计了一种油麦混编种子带编织机（油菜与小麦混合编织）。本文按照“原理设计—结构设计—设备试制—试验研究”的技术路线,对油麦混编种子带编织机进行设计。油麦混编种子带编织机主要由气吸式排种系统、导种管、标记装置、棉线缠绕装置、计米器装置、往复丝杆装置、种绳辊装置组成,本文重点围绕混编景观种子带景观造型的基本原理、关键部件的结构设计、上位机与下位机的设计、装置试验研究而展开。主要完成内容如下:（1）基于混编景观种子带景观造型的基本原理与种子带播种技术,确定了油麦混编种子带编织机的总体结构设计方案,阐述了油麦混编种子带编织机的结构组成和工作原理,确定了气吸式排种系统等主要零部件的结构参数。（2）根据种子带编织原理与工艺流程和单粒精量排种的要求,对油麦混编种子带编织机关键零部件进行了设计,阐明了上述装置的总体结构与工作原理,通过计算分析与预试验确定了零部件的主要外形尺寸参数。对排种盘排种过程进行了理论分析,确定了充种时间与排种盘直径的关系,根据编织机走纸模式、排种盘转速、外形尺寸、质量等因素,设计排种盘直径为100 mm,总厚度为25 mm,排种盘壁厚为4 mm,吸种孔数量为20个。确定气吸式排种系统动力传递方式为带传动,传动带截面为圆形,直径为4 mm,材料为聚氨酯,传动比为1,大带轮与小带轮公称直径均为80 mm,外径均为88 mm,带轮厚度为8 mm;拟定排种器带轮传动中心距为300 mm,计算得出圆形带内周长为850 mm。根据两个排种器装配位置及种子从吸种孔掉落后的运动轨迹,设计小麦导种管倾斜角度为35°,导种管长为150 mm,高为110 mm,内部管道截面形状为9 mm的正方形,壁厚为2 mm。为减小油菜种子掉落在纸带表面后的滚动距离,通过对油菜掉落在V型纸带表面后运动状态进行受力分析,结合所用纸带宽度与测得的小麦种子平均长径,确定V型槽整体长度50 mm、槽壁长度10 mm、最佳折叠角度40°。设计了标记装置、棉线缠绕装置、计米器装置、往复丝杆装置、种绳辊装置;对各部件的结构与作业流程、原理进行了陈述,并确定了主要零件的外形尺寸参数与标准件选型。（3）通过对油麦混编种子带编织机工作原理的分析,参考市售相关机器的控制逻辑与相关研究文献,设计了本机工作流程与控制系统。根据图案编码原理与图像处理程序设计了上位机图案处理软件,确定了主控芯片选型、下位机各部件步进电机PWM频率参数与电机驱动器细分设置,基于YSHMISC1074串口屏设计了人机交互界面,可实现一键启停、对电机转速的控制、显示当前的播种进度等功能。（4）基于试制完成的油麦混编种子带编织机样机,开展了一系列性能试验。结果表明,油菜在气流负压2500 Pa、吸孔直径1.2 mm和电机转速3 r/min的条件下,小麦在气流负压2500 Pa、吸孔长径为3.9 mm和短径为1.9 mm、电机转速3 r/min的条件下,排种性能达到最优,播种合格率分别为94.1%和92.2%,重播率分别为1.8%和3.1%,漏播率分别为4.1%和4.7%。机器走纸精度稳定,种子排布均匀性较好,株距变异系数小于6%。当设定作物株距与行距为5 cm,总编织点数目在100～900范围内逐渐增加时,图案相对位置变异系数和编织面积变异系数整体上均随图案尺寸增大而减小,图案编织精度逐渐提高,最终分别稳定在17%与8%左右。田间试验结果表明,苗期图案的相对位置变异系数为18.26%,编织面积变异系数为10.87%,基本呈现出预期的图案视觉效果,研究结果可为大田作物景观化种植的机械化作业提供参考。
关键词：农业机械;油菜;小麦;景观作物;创意景观农业;混编种子带
学科专业：农业机械化工程
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外排种器研究现状
1.2.1 国内排种器研究现状
1.2.2 国外排种器研究现状
1.3 国内种子带播种技术研究现状
1.3.1 国外种子带播种技术研究现状
1.3.2 国内种子带播种技术研究现状
1.4 国内外景观农业种植技术发展现状分析
1.5 研究目标与研究内容
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.6 技术路线
2 油麦混编种子带编织机总体设计方案
2.1 混编景观种子带景观造型的基本原理
2.2 景观图案数字化编码原理
2.2.1 图案预处理
2.2.2 剖面线图元提取
2.2.3 采样点路径
2.2.4 图元剖面线颜色提取
2.3 设计要求
2.4 整机结构及工作原理
2.4.1 总体结构设计
2.4.2 工作原理
2.4.3 技术参数
2.5 本章小结
3 关键部件设计
3.1 气吸式排种系统设计
3.1.1 气吸式排种系统总体结构
3.1.2 排种盘直径设计
3.1.3 排种盘吸种孔形状与数目设计
3.1.4 带轮结构设计与参数分析
3.2 导种装置与V型槽设计
3.2.1 导种装置设计及参数分析
3.2.2 V型槽设计及参数分析
3.3 标记装置及其他零部件设计
3.3.1 标记装置设计
3.3.2 棉线缠绕装置设计
3.3.3 计米器装置设计
3.3.4 往复丝杆装置设计
3.3.5 种绳辊装置设计
3.4 本章小结
4 控制系统设计
4.1 上位机工艺规划软件设计
4.2 下位机设计
4.2.1 主控芯片选型
4.2.2 电机选型
4.2.3 步进电机工作参数设计
4.2.4 人机交互界面设计
4.3 本章小结
5 试验与结果分析
5.1 排种器性能试验
5.1.1 试验材料及仪器设备
5.1.2 评价指标
5.1.3 正交试验设计
5.1.4 试验结果与分析
5.1.5 参数优化与试验验证
5.2 走纸精度试验
5.2.1 试验材料及仪器设备
5.2.2 评价指标
5.2.3 正交试验设计
5.2.4 试验结果与分析
5.2.5 参数优化与试验验证
5.3 图案编织效果试验
5.3.1 试验材料及仪器设备
5.3.2 评价指标
5.3.3 试验设计
5.3.4 试验结果与分析
5.4 田间试验
5.5 田间种植图案实例
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢