基于图像法的清粮室中颗粒运动规律的研究

论文摘要

随着市场对高品质谷物需求的增加和谷物种植面积的扩大,研制适合谷物生产收割、脱粒分离以及清选的高效收获机械是当今农业生产中亟待解决的重要问题。其中,谷物清选装置是联合收获机械的重要组成部分,它直接影响到整机的工作性能。风筛式清选装置的应用已有悠久的历史,但这种装置仍然存在着很多问题:如潮湿物料的清选损失率大;清选效率不能适应联合收割机高速、高效、高性能、高可靠性的发展要求等。究其原因,到目前为止,该装置的设计主要靠经验进行,振动筛分时物料颗粒运动规律的理论研究还不成熟,为此,开展农业物料颗粒运动规律的研究非常必要。本文从气固两相流的角度分析物料颗粒在清粮室中的运动状态,总结了关于气固两相流中粒子速度检测的方法,充分掌握高速摄像法在农业领域的研究方法,确定了用高速摄像法来研究清选筛上物料的运动规律。首先,本论文分析了清选装置内脱出物在气流场中的运动,通过研究脱出物在气流场中的运动微分方程,建立了脱出物在气流场中的运动模型,并利用ADAMS软件研究了气流参数变化对脱出物运动状态的影响,依据仿真分析结果合理选择了清选的气流参数。同时,分析了脱出物在清选筛面上的运动规律,推导出脱出物在筛面上各种运动条件下的运动方程。其次,建立了本课题的试验系统,包括小型清选试验台和图像采集系统。试验台主要包括清选筛,电动机、风机以及变频器,图像采集系统主要包括摄像机,镜头、传输线和计算机;并且对摄像机进行了标定,得到了摄像机的隐性参数。最后,采用高速摄像机拍摄了物料在不同参数下的运动状态,参数主要包括振动筛的振动频率、筛面倾角、气流速度和气流角度等。然后对所得到的图片进行处理,识别出图像中的物料颗粒,并且得到了颗粒的运动轨迹图和速度图。试验证实了用高速摄像法分析物料运动规律是可行的,通过研究物料在不同参数情况下的运动轨迹和运动速度,发现在影响物料运动状态的各个参数中,气流速度的变化对物料运动状态的影响要显著于其他参数的变化对物料运动状态的影响,其次,筛面的倾角对物料运动状态的影响也比较明显。本文在物料颗粒运动规律的建立、试验系统的设计和试验研究等方面进行了一些有益的探索,为进一步研究奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 气固两相流测速技术的现状
• 1.2.1.1 常用的接触式测试方法
• 1.2.1.2 常用的非接触式测试方法
• 1.2.2 高速图像获取技术在农业中的应用
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 脱出物在清粮室中的运动分析
• 2.1 脱出物在气流场中的运动分析
• 2.1.1 脱出物在气流中运动方程的建立
• 2.1.2 脱出物在气流场中的运动分析
• 2.2 脱出物在筛面上的运动分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 物料运动图像的试验系统
• 3.1 清选试验台
• 3.2 图像采集系统
• 3.3 摄像机标定
• 3.3.1 标定原理
• 3.3.1.1 三个层次的坐标系
• 3.3.1.2 坐标系变换关系
• 3.3.2 标定试验
• 3.3.2.1 标定板
• 3.3.2.2 试验数据
• 3.4 图像预处理
• 3.4.1 单幅图像分割
• 3.4.2 序列图像分割
• 3.4.3 二值图像的几何特征及处理方法
• 3.4.4 序列图像中运动目标的跟踪
• 3.4.5 速度分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 试验结果和分析
• 4.1 试验方案
• 4.2 相同参数下不同物料的摄录试验
• 4.3 曲柄转速变化时对物料运动的影响
• 4.4 筛面倾角变化时对物料运动的影响
• 4.5 气流倾角变化时对物料运动的影响
• 4.6 气流速度变化时对物料运动的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢