移栽机曲柄滑槽式栽植机构设计与试验

为了提高膜上移栽机的钵苗栽植直立度并减少破膜程度,提出了一种曲柄滑槽式栽植机构,阐述了移栽工作原理及结构组成,并建立了机构的运动数学模型。基于该模型采用Matlab软件编写了栽植机构的仿真分析与优化程序,分析了主要参数对机构运动轨迹特性的影响规律;以钵苗栽植直立度较高且破膜程度较低为优化指标(即鸭嘴栽植点出、入土轨迹尽量垂直垄面,且出、入垄面点和栽植点间距尽量小),利用程序优选出了一组最优的机构参数组合:在移栽机组作业速度v=500 mm/s时,L_1=150 mm、L_3=120 mm、L_4=310 mm、L=680 mm、θ_1=10°、θ_3=15°、θ=20°;在此组合下栽植器鸭嘴端的绝对运动轨迹在出入垄面时呈显著"γ"型轮廓,利于钵苗直立与穴口较小撕膜。提出了一种破膜程度检测方法,以烟草钵苗为对象进行了整机田间试验,结果表明:钵苗栽植直立度较高,优良率超过93%,较现有七杆式栽植机构提高10个百分点;栽植器鸭嘴的破膜程度有效减小,最低可降至8%。     

花椰菜钵苗移栽机栽植机构设计与试验

针对云南省丘陵山区地形特点和坡耕地条件下的作业环境，设计了一种双曲柄五杆式花椰菜钵苗移栽机栽植机构。通过对移栽机五杆机构的分析，确定了五杆机构各杆件长度，并基于线性独立矢量法得到满足五杆机构惯性力平衡条件的各杆件质量矩；结合Matlab软件图像处理功能设计了与钵苗轮廓相匹配的打孔器；应用RecurDyn与ANSYS仿真软件，对栽植机构栽植轨迹和打孔器结构强度进行了分析；采用高速摄像验证了栽植机构的栽植轨迹。根据仿真结果，进行了栽植机构栽植性能台架试验，以台架前进速度、栽植频率和入土深度为试验因素，建立了栽植合格率、露苗率和株距变异系数的数学模型，采用响应曲面法优化得到了最佳工作组合，即台架前进速度0.4~0.54m/s，栽植频率50~68株/min，入土深度10cm时，栽植合格率大于90%，露苗率小于5%，株距变异系数小于5%。设置花椰菜钵苗移栽机机组的前进速度为0.52m/s，花椰菜钵苗的栽植频率为61株/min，打孔器入土深度控制在10cm，进行田间试验，结果表明，花椰菜钵苗的栽植合格率为91.67%，露苗率为3.33%，株距变异系数为4.17%，满足花椰菜钵苗移栽农艺要求。     

旱地栽植机八连杆栽植机构的优化设计与试验

目前旱地移栽机为了满足栽植株距的要求，常需要保证速比不变同时调节栽植频率和机具前进速度，否则栽植轨迹将发生改变，从而影响栽植质量，为此，提出一种八连杆栽植机构。在分析八连杆栽植机构工作原理的基础上，建立了八连杆栽植机构的运动学模型，分析了关键连杆长度对吊杯挂接点K的y向位移、轨迹、速度、加速度的影响规律以及对极位夹角、摇杆摆角的影响规律；建立MATLAB GUI仿真优化界面，采用逐次逼近的方法，得到一组满足设计目标的杆件长度： l_(1)=39mm, l_(2)=42mm, l_(3)=152.04mm, l_(4)=153.6mm, l_(5)=40mm, l_(6)=30mm, l_(7)=100mm, l_(8)=154mm。使用人工制作的辣椒苗模型，以总合格率、优良率为评价指标，对优化得到的栽植机构进行栽植性能测试试验，结果表明，在两种前进速度和两种栽植频率下栽植优良率达94%以上，总合格率达96%以上,且株距变异系数可达3.25%，所设计的八连杆栽植机构具有良好的栽植性能，能满足移栽作业的农艺要求。     

行星轮栽植机构优化设计与试验

针对不同作物移栽时的不同株距问题,以自制行星轮转臂式栽植机构为研究对象,阐述了栽植机构组成及工作原理,构建了行星轮转臂平动机构及鸭嘴开合机构的运动学模型,在此基础上分析建立了栽植器前、后鸭嘴栽植点的运动轨迹数学模型。利用Matlab对该数学模型进行编程,建立其分析程序模型,并基于Matlab GUI 平台开发计算机辅助优化设计人机交互界面,借助该界面对栽植点轨迹数学模型进行求解,从而模拟得到鸭嘴式栽植器前、后栽植点的运动轨迹曲线。分析栽植机构的行星架旋转半径,开合机构的后鸭嘴摆杆长度、后鸭嘴摆杆初始位置与水平线夹角及后鸭嘴末端点至鸭嘴转轴中心的距离等主要参数对栽植点运动轨迹的影响,以特征系数λ大于1,栽植点轨迹环扣高度大于苗钵体高度,前后鸭嘴不带苗、不挂苗,前后鸭嘴轨迹与垄面交点处形成的穴口尺寸较小等条件为优化目标,通过人机交互优化得到一组能同时满足3种栽植株距要求的机构参数组合,并模拟验证该机构参数组合在3种栽植株距下的栽植轨迹。选用72孔穴盘培育的黄瓜苗为试验对象,以株距变异系数和直立度为评价指标,对优化得到的机构参数进行栽植性能试验。结果表明：在3种株距下的栽植直立度优良率高于81%,总优良合格率达94.8%以上,株距变异系数小于3.2%,证明优化设计的行星轮转臂式栽植机构能够满足多种株距移栽要求。     

高速变姿态接苗鸭嘴式栽植机构优化设计与试验

为了提高蔬菜钵苗栽植效率,提出了一种高速变姿态接苗鸭嘴式栽植机构。以羊角椒钵苗为作业对象,建立了机构运动学模型,设定优化目标,运用Visual Basic 6. 0开发栽植机构计算机辅助设计优化软件,通过优化得到满足要求的"水滴"形理论轨迹和一组符合栽植要求的机构参数。建立了三维模型,并运用ADAMS软件进行虚拟仿真,形成仿真轨迹,对栽植机构摆角变化与速度曲线进行分析,验证了栽植机构设计的合理性。运用3D打印技术加工物理样机,并进行台架试验,得到实际轨迹,验证了理论轨迹、仿真轨迹及实际轨迹的一致性。接苗-栽植试验表明,平均栽植合格率为99. 8%,平均栽植深度合格率为99. 2%,验证了该栽植机构的实用性。     

旱地栽植机八连杆栽植机构优化设计与试验

旱地移栽机为了满足栽植株距的要求，常需要在保证速比不变的同时调节栽植频率和机具前进速度，否则栽植轨迹将发生改变，从而影响栽植质量，为此，提出一种八连杆栽植机构。在分析八连杆栽植机构工作原理的基础上，建立了八连杆栽植机构的运动学模型，分析了关键连杆长度对吊杯挂接点Ky向位移、轨迹、速度、加速度的影响规律，以及对极位夹角、摇杆摆角的影响规律；建立Matlab GUI仿真优化界面，采用逐次逼近的方法，得到一组满足设计目标的杆件长度：l1为39mm，l2为42mm，l3为152.04mm，l4为1536mm，l5为40mm，l6为30mm，l7为100mm，l8为154mm。采用人工制作的辣椒苗模型，以总合格率、优良率为评价指标，对优化得到的栽植机构进行栽植性能测试试验，结果表明，在2种前进速度和2种栽植频率下，栽植优良率达94%，总合格率达96%,且株距变异系数在3.25%左右，所设计的八连杆栽植机构具有良好的栽植性能，满足移栽作业要求。     

全自动滑道式旱地钵苗移栽机构设计与试验

针对目前移栽机构取苗速度快导致钵苗易损伤和栽植器在栽植过程中水平方向与地面存在相对运动导致钵苗栽植直立度低等问题,设计了一种全自动滑道式旱地钵苗移栽机构,该机构通过滑道控制栽植臂实现取苗、送苗、栽植和复位功能,使取苗和栽植运动轨迹和运动速度达到最优状态。通过对移栽机构的理论分析,建立运动学模型。基于VB开发了计算机辅助优化设计软件,优化出一组满足理想移栽轨迹要求的机构参数,根据此参数对移栽机构进行整体设计,完成三维建模。应用ADAMS软件对移栽机构进行运动学仿真分析,验证了设计的合理性。在物理样机上利用高速摄像系统进行了轨迹验证试验,通过对比可知理论轨迹、仿真轨迹与样机工作轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。在栽植频率为62株/min工况下进行了机构性能试验,结果表明平均取苗成功率为95%、秧苗平均栽植直立度为82°、秧苗平均直立度合格率为93.4%,满足钵苗移栽要求。     

蔬菜钵苗高速移栽机吊杯式栽植器参数优化

为了获取高速状态下蔬菜钵苗移栽机吊杯式栽植器的最佳工作参数,设计了移栽参数可调的栽植器试验台,并进行了钵苗移栽土槽试验。采用二次正交旋转中心组合设计法,以移栽速度、特征参数和吊杯倾角为影响因子,以直立度合格率、株距变异系数和栽植深度合格率为响应值,利用SAS 9.1软件进行回归分析和响应曲面分析,探究单因子及交互因子对响应值的影响效应,并结合非线性优化计算方法,对栽植器的结构参数和工作参数进行优化计算。结果表明:在满足栽植频率大于90株/min的高速移栽状态下,各因子对直立度合格率的影响贡献由大到小为吊杯倾角、特征参数、移栽速度;对株距变异系数的影响贡献由大到小为移栽速度、特征参数、吊杯倾角;对栽植深度合格率的影响贡献由大到小为移栽速度、吊杯倾角、特征参数。优化所得栽植器最佳参数条件:移栽速度为0.47 m/s、特征参数为1.18、吊杯倾角为87°,此时理论最优值为直立度合格率98.01%、株距变异系数5.93%、栽植深度合格率89.25%,优化后验证试验表明直立度合格率为96.6%,株距变异系数为6.1%,栽植深度合格率为87.8%,试验结果与理论结果一致,所建立的回归模型合理;优化后直立度合格率、栽植深度合格率较优化前分别提高5.8、3.6个百分点,也高于国家和行业标准规定的指标值。     

非圆齿轮系大蒜直立移栽机构优化设计与试验

根据大蒜鳞芽直立朝上栽植的农艺需求,设计了一种可实现复杂栽植轨迹的二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构。采用D-H方法建立了移栽机构的数学模型,通过对大蒜移栽轨迹与姿态进行分析,确定了直立移栽机构所需实现的优化目标;在Matlab平台下编写了移栽机构的GUI优化设计软件,利用参数导引启发式优化算法对机构进行了多目标参数优化设计,通过人机交互优选出一组非劣解;采用自上而下的参数驱动设计方法,在CATIA中完成了移栽机构的参数化建模,并对机构进行了虚拟样机验证;通过台架试验,获得各试验因素对大蒜移栽后倾斜角的影响规律;提出了针对不同工况的优化模型,在最佳参数组合方案下进行了验证。结果表明,当移栽深度为17 mm、机构转速为29.6 r/min、匹配速比为100%时,获得的蒜瓣倾斜角平均值为8.54°,当提高机构转速时,通过对参数方案进行优选可将倾斜角控制在合理的范围内,以满足大蒜直立栽植的农艺要求。     

油菜钵苗开沟槽水平推苗栽植机构设计与试验

为了提高油菜钵苗移栽效率与质量,设计了一种适合厢面开沟槽水平推苗移栽的栽植机构。为了分析和优化该机构的结构参数,建立了数学模型和运动学方程,并编写了基于Matlab的人机交互式程序。结合油菜钵苗水平推苗移栽的农艺要求,探讨了栽植机构运动轨迹与幼苗移栽直立度合格率的关系。研究了水平推苗移栽的运动机理,优选了栽植机构杆件长度、安装位置和初始角度等参数,并根据该参数设计了油菜钵苗幼苗移栽试验装置。进行了栽植机构运动静、动轨迹验证试验和栽苗试验,轨迹验证试验表明,样机实际运动规律符合仿真设计要求,栽苗试验表明,在行驶速度0. 4～0. 6 m/s、栽植机构循环频率在1～1. 5 Hz之间,移栽株距0. 2～0. 3 m,移栽深度0. 04～0. 06 m时,水平推苗栽植合格率不低于90%,说明水平推苗移栽满足油菜钵苗移栽要求。     

半自动烟苗栽植器的结构设计与试验验证

烟苗栽植器是烟草移栽机的核心机构,该机栽植器设计应用偏置双圆盘四连杆旋转工作原理,适合于栽植钵苗和漂浮苗。分析烟苗移栽时的运动情况知特征系数λ>1是栽植器设计及保证移栽质量的基本依据和正常工作的必要条件,同时通过在不同栽植速度和深度情况下的正交试验确定了栽植器各设计参数的具体值,从而建立鸭嘴运动轨迹的数学模型。     

旱地钵苗移栽复式作业机栽植机构优化设计与试验

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成,实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能,使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构,夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下,解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件,多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数;建立栽植机构三维模型,利用ADAMS运动学仿真分析,验证了栽植机构优化设计的合理性;样机田间试验表明,在钵苗高度约为15 cm、作业速度20 m/min工况下,钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%,满足旱地钵苗移栽要求。     

新型六杆移栽机构的设计与运动仿真分析

为设计一种结构简单、栽植稳定、质量高、效率高的移栽机构,提出设计一种新型的六杆移栽机构。简化为数学模型后建立矢量方程,并得到移栽部件的位移、速度、加速度模型,分析其工作原理和运动轨迹规律,并借助ADAMS软件仿真分析,对其设计要求进行验证。栽植部件可实现株距为200 mm的栽植动作,轨迹平滑,在每个时长为1.5 s的周期内回程时间相对去程减少0.23 s。此新型六杆移栽机构满足栽植直立度要求、栽植深度和栽植株距要求,并且有急回特性,移栽效率较高,为进一步研究性能优良的移栽机打下理论基础。     

残膜回收机弹齿参数优化

针对残地膜回收机弹齿应力效应问题,对弹齿长度L、截面直径D、入土角θ、回转角速度ω等4个参数进行虚拟正交试验,建立相应的数学模型,考察各参数对弹齿应力的影响。正交试验结果显示:弹齿所受应力随着L、ω的增大而增大,随着D、θ的增大而减小;弹齿应力最小参数为L=180mm、D=10mm、θ=70°、ω=0.79(即π/4)rad/s,最大为L=280mm、D=3mm、θ=15°、ω=2.09(即2π/3)rad/s。弹齿截面直径对临界入土角影响较大,随截面直径的增大,临界入土角明显减小,即增大弹齿截面直径有利于弹齿的顺利入土。     

小株距高密度蔬菜植苗机构设计与试验

针对现有植苗机构用于小株距蔬菜移栽时出现的轨迹不合理、穴口太大及秧苗直立性差等问题,提出一种适用于蔬菜小株距高密度移栽的史蒂芬森(Stephenson)型六连杆植苗机构。首先,建立史蒂芬森型六连杆植苗机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发植苗机构辅助分析优化设计软件,分析了不同机构参数对植苗轨迹姿态的影响,并通过优化人机交互的方式得到一组满意的机构参数;其次,对植苗机构进行结构设计,三维建模并进行虚拟样机仿真,搭建试验台并进行空转试验得到实际植苗轨迹,将理论轨迹、虚拟仿真轨迹和实际植苗轨迹进行对比,三者轨迹基本一致,验证了该植苗机构设计的合理性。最后开展了植苗试验,在转速20～40 r/min下进行植苗试验时,植苗平均合格率91.7%,移栽后钵苗株距控制在110 mm左右,直立度接近于90°,满足小株距高密度移栽要求,验证了植苗机构具有较好的可行性和实用性。     

复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置设计与试验

针对蔬菜膜上移栽膜口大、栽植频率低等问题,设计了一种复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置。在分析复合曲柄摇杆式栽植机构工作原理的基础上,建立栽植机构的运动学模型。采用Matlab软件编写栽植机构仿真分析与优化程序,分析各个参数对栽植轨迹及运动特性的影响,采用逐次逼近的方法,得到一组满足膜上栽植要求的杆件长度：lOA=48mm,lAB=125mm,lBC=160mm,lAD=200mm;根据优化后的参数组合设计样机并进行虚拟仿真和样机田间试验。结果表明：各组试验栽植合格率均在90%以上,栽植深度合格率在94%以上,株距变异系数最大为6.35%,膜口长度平均值为10.44cm,破膜程度约为18%,栽植频率达到70株/(min·行),满足蔬菜膜上移栽的要求。     

蔬菜移栽机五杆栽植机构的仿真与试验

针对各类移栽机存在的移栽速率低、直立度低、加工精度要求高等问题,设计了一种蔬菜移栽机五杆栽植机构,由五连杆机构、鸭嘴栽植器、链轮传动机构及鸭嘴开合机构等部分组成。根据零速投苗的原理要求,通过Solid Works建模软件建立了五杆栽植机构虚拟样机模型,通过模型简化和格式转换导入ADAMS中进行运动学仿真,得出其运动轨迹以及速度位移曲线,验证了结构选择和参数设计的合理性。根据设计参数制作了样机,进行了田间试验,结果表明:株距误差率仅为2. 93%,秧苗与地面的夹角α均大于70°,满足栽植要求。     

油菜钵体苗移栽栽植孔成型机设计与试验

为实现打穴式移栽机高效成型满足农艺要求栽植孔,基于打孔移栽作业的工作特点,融合油菜移栽农艺要求,设计了一种纯滚动式油菜移栽栽植孔成型机。通过分析纯滚动机构运动机理,研究成孔机构的运动参数方程,建立成型栽植孔的参数方程。采用Matlab软件生成栽植孔理论轮廓线,并生成成型栽植孔的外形图,运用CATIA软件进行仿真分析得出成型栽植孔的轮廓曲线图,并将上述图形进行拟合模拟,验证了成孔机构结构参数与运动参数的合理性。试制样机,进行田间试验,试验结果表明:机具以慢2挡工作状态下前进速度为1.80~1.96 km/h,作业效率达到0.306~0.333 hm~2/h,在黏土、壤土和砂土3种土壤中试验,其成孔的平均合格率分别达到了94.4%、93.3%、90.4%,表明研制的成孔机能成型满足设计要求的栽植孔。     

花生穴播器播深自动调节装置设计与试验

针对传统花生播种机穴播器工作过程中播种深度调节过程繁琐的问题,设计一种可根据土壤含水率变化做出相应深度调节的播种装置。通过分析调节过程中推杆机构运动轨迹,明确调节深度与转臂角度变化关系,结合花生播深自动控制系统,使穴播器在机具工作过程中可根据土壤含水率变化实现无级调节。选取土壤含水率范围、设置播种深度、机具前进速度为试验因素,播种深度合格率为试验指标进行田间试验,采用Design expert软件对试验结果进行分析,明确各因素对试验指标影响规律,并得出回归曲线方程。试验结果表明：播种深度控制过程中调节效果良好,土壤含水率范围为14%~17%、设定播种深度为3.5 mm、机具前进速度为4 km/h情况下,播种深度具有很好的一致性。当土壤含水率为15.83%,设定播种深度为3.18 mm,机具前进速度为3.91 km/h时,播种深度合格率为最大值98.19%,符合相关国家标准及花生种植农艺要求,为花生精准播种提供参考。     

新型高密度灌木幼苗移栽机仿真与试验研究

针对裸根灌木幼苗具有根系软、乱,股头多等特点,已有的链夹式移栽机不能满足小行距高密度移栽要求的问题,提出了一种可用于株距小于200mm、行距小于160mm,10行同时推进的新型灌木幼苗移栽机械。对高密度灌木幼苗的移栽工艺研究后,设计了移栽机栽植机构、放苗机构、起垄机构、旋耕机构及悬挂系统,并进行传动系统仿真,仿真表明,移栽机的传动系统达到移栽过程中设计要求。设计了一种的新型开沟器,且根据开沟器的实际受力特点,运用离散元技术和有限元分析技术对其进行仿真,仿真实验表明：开沟器的强度满足强度要求。对新型移栽机的物理样机进行现场移栽试验,试验结果表明,该移栽机能高效的解决根系软、乱,股头多的裸根灌木幼苗的移栽问题,并且平行排布,除草方便,适合小行距高密度移栽。 幼苗的植入深度（移栽深度）达7-12厘米,直立度达800-900, 移栽苗成活率达90%以上。