玉米植株在切碎装置中的运动规律研究

论文摘要

保护性耕作是相对于传统翻耕的一种新型耕作技术。玉米植株切碎覆盖技术是保护性耕作技术的核心技术之一。传统的玉米秸秆还田是利用秸秆直接粉碎还田机,将摘穗后仍直立于田间的秸秆粉碎并抛撒在田间,随后将秸秆翻埋入土还田；玉米植株切碎覆盖则是利用玉米植株切茎装置,将玉米植株粉碎并覆盖于田间。但植株切碎覆盖地表后的麦田会出现出苗率低、苗弱、死苗现象,影响了小麦正常生长发育。跟踪试验表明,影响因素主要是茎秆的覆盖量、切碎长度、分布均匀度等,要从根本上解决这些负面效应,须从用于切碎覆盖的玉米植株在切碎装置中的运动规律入手。基于以上问题,针对黄淮海玉米小麦一年两熟地区的玉米植株切碎覆盖实际情况,深入研究玉米植株在切碎装置中的运动规律,以期为玉米植株切茎装置的研发提供理论指导,最终解决因切碎覆盖效果不佳引起的后续作业困难和出苗率低等问题,为保护性耕作技术的进一步推广提供技术支持。主要研究成果包括：1.通过对玉米植株切碎装置关键部件——动刀片的理论分析,建立了动刀片运动情况的数学模型,确定了动刀片的转速、切碎装置的行进速度,并结合摘穗辊的运动情况,研究得出了玉米植株切碎长度的理论值。2.选取影响玉米植株切碎效果的三个主要因素,包括喂入位置、行进速度、刀盘转速。通过单因素试验初步确定了各影响因素的较优工作参数,建立了行进速度对切碎合格率的回归模型和刀盘转速对切碎合格率的回归模型,同时验证了玉米植株切碎装置设计过程中动刀片转速和切碎装置行进速度的合理性；通过正交试验确定了各影响因素的较优水平,为植株运动规律的研究奠定了基础。3.模拟玉米植株切碎覆盖环境,搭建了基于高速摄影技术的综合试验台。试验台主要包括玉米植株喂入系统、高速摄影系统、玉米收获割台、总体控制系统四部分。试验台的整体搭建能够实现调速喂入、调速切割、实时记录切碎运动图像、自动采集工作参数等功能,安全可靠,操作方便,是研究玉米植株运动规律的有效工具和手段。4.理论研究了高速摄像机成像原理,重点分析了摄像机标定原理,对三个层次的坐标系进行了理论研究,用数学语言描述了三个层次的坐标系之间的变换关系；对玉米植株运动图像的预处理技术进行了研究,重点分析了最大类间方差阈值分割技术。5.在影响玉米植株切碎效果的各因素较优水平条件下,利用高速摄影技术跟踪记录玉米植株切碎运动图像。将玉米植株切碎过程主要分为与刀盘接触瞬间、受切过程中和被切碎后三个阶段,对各阶段运动图像进行数据处理分析,研究玉米植株在各阶段位移、速度、加速度等运动参数,得出了各参数的回归模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究内容和关键问题
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 解决的关键问题
• 1.4 本章小结
• 第二章 玉米植株切碎装置研究
• 2.1 结构与工作原理
• 2.1 动刀片运动分析
• 2.3 切碎装置试验研究
• 2.3.1 喂入位置对切碎效果的影响
• 2.3.2 行进速度对切碎效果的影响
• 2.3.3 刀盘转速对切碎效果的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 玉米植株运动规律研究的试验系统
• 3.1 试验台的搭建
• 3.2 高速摄影技术介绍
• 3.2.1 高速摄影系统组成
• 3.2.2 图像采集系统
• 3.2.3 图像处理系统
• 3.3 高速摄像机镜头选择
• 3.4 高速摄像机的标定
• 3.5 高速摄像机标定原理
• 3.5.1 三个层次的坐标系
• 3.5.2 三个层次的坐标系之间的变换关系
• 3.6 本章小结
• 第四章 玉米植株运动规律试验研究
• 4.1 玉米植株运动图像预处理
• 4.1.1 最大类间方差阈值分割技术
• 4.1.2 阈值分割模型
• 4.2 玉米植株运动规律研究
• 4.2.1 试验设备
• 4.2.2 试验材料
• 4.2.3 试验方案
• 4.3 数据处理
• 4.3.1 玉米植株与刀盘接触瞬间
• 4.3.2 玉米植株受切过程中
• 4.3.3 玉米植株被切碎后
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 论文结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附件