蔬菜自动移栽机顶夹拔组合式取苗装置试验研究

针对插拔式取苗机构单靠取苗爪插入钵体夹取苗时,因受钵体与穴盘之间粘附力和盘根性不佳双重影响,造成取苗成功率低、钵体破碎率高的问题,提出了一种顶夹拔组合式取苗技术,阐述了取苗装置结构和工作原理,开展了顶夹拔组合式取苗试验研究。首先以72孔和128孔黄瓜穴盘苗为试验对象,通过顶压脱盘粘附力试验,测试了不同顶苗速度（10、20、30、40mm/s）下黄瓜苗的脱盘粘附力以及顶压脱离位移,试验结果表明：顶苗速度对于苗钵粘附力及脱离位移影响不大,粘附力与苗钵脱离位移呈正相关,两种规格穴盘苗顶苗脱离位移平均值分布在5.5~6.9mm之间,综合考虑苗盘落水孔直径和顶压脱盘粘附力试验结果,确定顶杆直径为6mm,顶杆顶苗位移需大于5mm。其次以生长周期为25d的72孔黄瓜穴盘苗为试验对象,开展了先顶后取、边顶边取、先插后顶3种取苗模式试验,结果表明：先顶后取模式下取苗成功率和钵体完整率最高。最后以顶杆顶入位移、取苗爪插入苗钵取苗深度及插入取苗速度为试验因素,开展了三因素三水平正交试验,通过极差分析和方差分析得出顶夹拔取苗装置的最优工作参数组合为：顶入位移为15mm、插入苗钵深度为35mm,插入取苗速度为225mm/s,此组合下取苗成功率94.12%,苗钵完整率94.12%,满足了自动取苗高质量要求。     

一体式蔬菜钵苗取苗爪夹持力检测传感器设计与试验

针对入钵夹取式全自动蔬菜钵苗移栽机取苗爪体积小，夹持力检测传感器结构与安装方式干涉取苗爪正常取投动作、影响自身精度与使用寿命等问题，本文选用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)薄膜作为传感器介电层，设计了一种内置式钵苗夹持力传感器，并通过嵌入方式实现取苗爪与传感器一体化设计。建立穴孔、钵体基质、取苗爪仿真模型，应用LS-PrePost软件对取苗过程进行耦合仿真，得到取苗爪与钵体基质接触部位最大受力区域，确定了取苗爪与传感器的结构与尺寸；设计夹持力信号检测系统，将硬件电路与采集软件结合，完成电容量-电压转换、信号放大、噪声滤除，实现夹持力信号的采集、处理、显示与保存等功能。为验证传感器性能，进行传感器标定试验与室内验证试验。标定试验表明，在不同振荡频率下，夹持力传感器平均灵敏度为0.372 8 N/V,平均线性决定系数为0.989 2,精度为7.548%,量程为7 N,满足移栽过程中夹持力检测的准确度要求；室内验证试验表明，夹持力检测传感器具有良好的稳定性与适应性，可用于移栽机取苗机构夹持实时精准检测。     

动圈式力马达特性有限元建模与分析

动圈式力马达又称为动圈式比例电磁铁,是电液比例阀、伺服阀的基础核心部件,广泛应用于电液系统、电磁振动系统中。动圈式力马达磁路计算因影响因子分散、非线性因素和强耦合因素过多,采用传统的磁路理论计算极为困难。本文基于有限元方法,建立了动圈式力马达的精确数学模型,通过Ansoft软件仿真,对永磁体半径、永磁体高度、主气隙高度、极靴厚度等关键结构参数对输出力特性的影响进行了分析,为进一步提升动圈式力马达的输出力特性提供了可靠依据。     

取苗机械手双气缸三位置的驱动及优化

自动移栽机取苗机械手是实现自动移栽机的关键,而取苗机械手的驱动是实现自动移栽的前提。为实现平行夹式取苗机械手的自动驱动,参考穴盘苗茎秆所能承受的夹持力,设计了基于双气缸驱动的摆臂3位置控制结构,使摆臂能在居中位置准确停止进行对穴取苗和放苗,在夹苗行程开始时运动迅速,还能在摆臂摆动到夹苗位时以适当的夹持力分别夹持对应位置的穴盘苗。通过计算分析,确定了l为130mm、h为130mm与长度为60mm的摆臂形成的Y字型结构,使平行夹在夹苗时具有不大于23N的夹持力,保障能够夹持取苗且不伤苗。     

液电混合直线驱动系统位置控制特性研究

提出了一种采用电-机械直线执行器和液压缸的液电混合直线驱动系统。为消除电-机械直线执行器和液压缸之间的耦合影响,液压泵和比例阀协同控制液压缸输出力和运行方向,满足系统负载力需求,电-机械直线执行器用于运动控制,并补偿液压缸输出力波动和外部干扰力。为实现上述目标,设计了基于扩张状态观测器的电-机械直线执行器自适应滑模控制方法,以估计的负载力调节泵压力和比例阀开度,对液压缸输出力进行调控。比例阀在系统运行中主要用于控制液压缸运动方向,阀开度较大,可显著降低节流损失。通过仿真和试验分析了系统的运行特性和能效特性。结果表明,该系统具有良好的位置控制特性,能量效率高,较传统阀控系统能耗减少51%。     

油茶鲜果穿刺力学特性试验研究

针对油茶果破壳后茶籽、茶壳不易清选的问题,为探索弹簧压缩针插壳式油茶籽壳清选方法的可行性,探究了茶籽与茶壳在不同穿刺深度和不同穿刺部位条件下的穿刺力学特性,以及不同弹力下的弹簧压缩针对茶籽与茶壳插取效果的影响。穿刺力学特性试验选用含水率在55%～65%之间的赣无系列油茶鲜果为研究对象,使用的是装有单根穿刺针的质构仪,研究了不同穿刺深度(1 mm、1.5 mm、2 mm)和不同穿刺部位(茶壳内、外侧的头部、腰部、尾部;茶籽的内侧、外侧)对茶籽与茶壳的穿刺力以及被插取效果的影响。插取试验采用自制弹簧压缩针对油茶鲜果的茶籽与茶壳进行插取实验,研究不同弹簧压缩力(8 N、10 N、12 N)的弹簧压缩针对茶籽与茶壳插取效果的影响。穿刺力学特性试验结果表明:油茶鲜果茶壳的刺破力小于其茶籽,更易于被弹簧压缩针插取;茶壳最大穿刺力位于茶壳内侧头部,茶籽最小穿刺力位于其内侧;茶壳最大穿刺力位置的穿刺力平均值小于茶籽最小穿刺力位置的穿刺力平均值;穿刺深度在2 mm时,茶壳被插取效果最佳。插取试验结果表明:使用2/3压缩行程时弹簧压缩力为10 N的弹簧压缩针插取油茶鲜果籽壳时,茶壳被插取率为98%,茶籽被插取率为2%。弹簧压缩针插壳式油茶籽壳清选方法可行。以上研究结果将为针辊插壳式油茶籽壳清选装置选取弹簧压缩针弹力提供技术参考。     

变角度水面矢量推进器性能分析

现行大方形系数两栖平台在水中排水航行,受到"兴波阻力墙"的影响,速度难以提高。为了减阻提速,以蛇怪蜥蜴为仿生对象,提出了一种变角度的水面矢量推进器,通过角度和转速控制,实现了驱动力矢量输出的新模式;增加了托举力和转矩驱动,为平台水上低阻高速航行提供了新思路。进一步结合PISO算法和两相流瞬态分析,建立了推进器的流体动力学模型,分析了运动参数和结构参数对三维驱动输出的影响,并进行了试验验证。结果表明:叶片角度从0°到90°增大,实现了驱动力输出角从-6.85°到51.95°的矢量连续变化,且存在驱动均衡输出区间[40°,60°];托举力与轮辐长度呈线性关系,且推进力、转矩与轮辐长度呈二次函数关系;随转速增加,驱动输出增加,转速为5 r/s时因流场恢复能力不足导致频率为转速的2倍;托举力随轮毂宽度、直径的增加而减小。研究结果为深入开展推进器驱动调节和平台航行控制打下基础。     

基于穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器设计

通过对穴盘苗进行夹苗拉拔试验、钵体摩擦试验、钵体平板压缩抗压试验,研究分析了与自动移栽相关的穴盘苗力学特性,为机构设计提供依据。对穴盘苗自动取苗进行技术设计,得到两针钳夹式取苗末端执行器自动取苗的拉拔力与钵体抗压强度、夹持角度、夹持面积、静摩擦因数等参数的关系。利用建立的夹持参数关系,结合穴盘苗力学特性试验数据,设计了一种适应穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器。试制了物理样机,进行了自动取苗夹持力测试。测试结果表明,夹持力测试数据与理论计算数据无显著性差别,验证了理论设计的可靠性。在所测试的含水率下,当取苗频率为30株/min时,取苗成功率达到95.16%。     

双通道气液压力机设计与仿真

针对现有气液压力机单通道供气控制模式存在输出力过冲量大、控制精度低等技术问题,设计了基于气液增压技术的双通道、双通径控制模式的气液压力机,大通径控制压力机供气速度,小通径控制压力精度。结合气路控制系统,建立了气液压力机气体质量流量模型和增压过程力学模型,在Matlab/Simulink仿真平台下实现压力机在不同气压、不同主通道节流孔截面积条件下的仿真,得出辅助通道截止压力以及压力机输出力最大偏差。仿真结果表明:辅助通道截止压力不变,主通道节流孔截面积相同时,气源压力越大,输出力最大偏差越大;气源压力相同,主通道节流孔截面积越小,输出力最大偏差越小。搭建了压力机实验平台,实验数据表明:输出力最大偏差小于100 N,与仿真数据吻合;辅助通道截止压力仿真数据可以作为压力机实际应用时双通道供气模式切换的控制依据。     

恒定雅可比3—PRRR移动并联机构及其传递性能研究

提出了一种具有雅可比矩阵恒定特性的3-PRRR三维移动并联机构,当选取移动副作为主动输入时,该机构具有雅可比矩阵恒定的特性。基于螺旋理论分析了3-PRRR并联机构自由度,利用矢量法建立位置正/反解模型,进而得到了该机构的工作空间。基于传递力螺旋和主运动螺旋求解了该机构的雅可比矩阵,从得到的机构速度/力变化曲线可知,在确定的输入下,机构输出参数曲线在不同位姿下相重合,从而验证了该机构雅可比矩阵恒定。在此基础上,分析了该机构的传递性能,得到了分支传递功率与β(移动副和转动副轴线夹角)的关系曲线,可知输入功率不变时,机构的传递功率随着β的增大而减小。分别选取β为0°和30°时绘制该机构输出速度和力曲线,得到该机构在β为0°时传递性能最佳。     

论精密排种器的现状及发展方向

随着农业新技术的不断发展和耕作方式的进步,我国的精密播种技术有了飞速的发展。精密排种器是精密播种机上的关键部件,其性能好坏直接影响播种机的工作性能和播种质量。认识当前精密排种器技术的应用现状和发展方向,对于开发和研制符合农艺技术要求的精密播种机械具有重要的现实意义。为此,对我国精密排种器的发展现状做了简要分析,指出了精密排种器的发展方向,以期为我国精密排种器的设计提供有益的参考。     

牵引式草捆拆包粉碎机的设计与实验研究

为实现草捆拆包与粉碎的机械化和自动化,设计了一种草捆拆包粉碎机。该机采用液压系统控制草捆捡拾机构和草捆旋转机构的动作,碎草机构动力由拖拉机动力输出轴提供,调整托草环机构可粉碎出不同长度的牧草。整机由三维软件Solid Works进行建模与仿真,并对重要部件碎草刀进行了有限元分析。样机出厂后,对其进行大量粉碎草捆试验,结果表明:经三维建模仿真并不断优化,整机结构设计简单,操作方便,可有效拆包并粉碎草捆;该拆包粉碎机完全符合使用要求,整机捡拾、拆包、碎草动作灵活,操作简单,拆包率为100%,牧草粉碎长度可调,最小长度3cm,牧草抛撒距离可调,距离范围1~10m。     

马铃薯土薯分离装置模态分析——基于ANSYS Workbench

运用三维造型软件Pro/E绘制一种马铃薯联合收获机土薯分离装置的实体图,应用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行模态分析,得到了分离装置前6阶的振型图。通过对振型图的分析可以发现:分离装置的前6阶振动固有频率随着阶次的增大而增加,其中前3阶频率变化较大,以分离装置主轴沿坐标轴轴向振动和弧形拨齿沿Z轴轴向平动或摆动为主,第4阶、第5阶、第6阶振动的各阶频率比较接近,主振型为弧形拨齿沿Z轴轴向摆动。通过模态分析,确定了前6阶振动固有频率范围内的各阶模态特性,同时也为更详细的动力学分析提供了前期基础。     

基于ANSYS Workbench的马铃薯茎叶清理装置模态分析

运用三维造型软件Pro/E绘制了一种牵引式马铃薯联合收获机茎叶清理装置的实体图,应用ANSYSWorkbench有限元分析软件,对其建立有限元网格模型,进行有限元约束处理,通过对清叶装置进行模态分析,得到了清叶装置前6阶的振型图.通过对振型图的分析可以发现;清叶装置的前6阶振动固有频率随着阶次的增大而增加,其中第1阶和第2阶主振型由沿轴向窜动、绕轴向转动和切刀刀片左右摆动组成;第3阶到第6阶各阶频率比较接近,其主振型为切刀刀片左右摆动.通过模态分析,确定了前6阶振动固有频率范围内的各阶模态特性.同时,也为其它动态特性的分析,如谐响应分析、瞬态动力学分析等提供了前期基础.     

单片机控制变频恒压供水系统在农田灌溉中的应用

对基于AT89C52单片机的变频恒压供水系统装置进行了研究，给出了该装置的软、硬件设计方法。介绍了该装置的工作原理，并将其应用于农田灌溉领域中，取得了较好的效果。实验证明，该系统具有节约能源、保护环境、造价低廉、自动化程度高等优点，具有较高的推广使用价值。     

小型甘蔗收获机砍蔗机构的动态特性分析

以提高砍蔗机构的动态特性为目的,采用虚拟设计的方法,在CAD软件中建立砍蔗机构的三维参数化模型,导入到ANSYS软件中进行模态分析后,得出机构的低阶固有频率及振型.分析各阶振型对甘蔗切割质量的影响,通过试验确定模型与试验台切割器固有频率的关系,并验证模型的正确性,对可能存在的应力集中部位进行动态特性分析和结构改进,并绘制改进后的砍蔗机构二维工程图,为甘蔗收割机物理样机的制造提供了依据.     

新型垄作耕播机破茬清垄装置的研究

基于垄作栽培制度的高留茬耕播是东北地区保护性耕作的主流模式.为此,在国内首次研发了适合于这种模式的前限深圆盘破茬后水平圆盘清垄的独特结构.将该装置通过通用机架与普通播种机安装在一起便可实现一次性完成破茬、清垄、播种、施肥、镇压等免耕播种全套作业.试验表明:该装置不但能够破茬开沟、清除种行残茬,创造整洁的种床,同时可以解决秸秆覆盖免耕播种机堵塞的问题而且起到一定限深的作用.其为研制适合我国东北地区垄作免耕播种机开辟了蹊径.     

软起动技术在泵站中的应用研究

软起动装置不仅可根据负载的要求选择不同的起、停方式，从而调整起动转矩和起动时间，而且起动过程无电流冲击，停机过程可控制，因而其应用越来越受到重视。通过对传统电机起动装置和软起动装置起动、停机等性能的比较，认为：软起动技术非常适合水泵机组的起停，它不仅在技术上已经成熟，经济上也巳趋于合理。     

移动式草莓人工光立体种植装置设计及应用

草莓立体种植是一种高效、节能和无污染的规范化生产模式。为有效提高草莓种植空间利用率和更好实现草莓生长环节中的光照控制，设计了一种移动式草莓人工光立体种植装置。装置总体结构由铝合金栽培架、行走底座和链轮架等组成。基于总体设计方案，对装置的关键部件进行了详细结构设计、参数计算和校核。开展种植试验，试验结果表明，光照设计、给排水设计均能满足草莓生长要求，设计的装置平移方式可有效提高空间利用率和单位面积产量，装置运行稳定，草莓长势良好。      

插盘食葵原位脱粒收获原理机设计与试验

针对新疆插盘食葵人工取盘收获劳动强度大、成本高的问题,设计一种由原位脱粒装置、籽粒回收装置组成的插盘食葵原位脱粒收获原理机。基于静力学及运动学理论分析,对击打-刷脱组合式原位脱粒装置进行设计,并确定影响食葵脱粒效果的主要因素;结合食葵籽粒特点初步确定气吸式籽粒回收装置结构参数,应用离散元与流体耦合分析方式对籽粒回收装置进行仿真分析,模拟集料斗和密封收集箱的作业过程,并得到满足籽粒收集性能的风机作业参数。采用单因素试验分别确定机具作业速度、脱粒刷转速、击打辊转速的合理取值范围,基于单因素试验结果,以机具作业速度、脱粒刷转速、击打辊转速为试验因素,食葵盘未脱净率、籽粒破损率为评价指标,整机开展正交试验。试验结果表明,当机具作业速度为0.3m/s、脱粒刷转速为130r/min、击打辊转速为80r/min时,原理机工作性能最佳,食葵盘未脱净率、籽粒破损率分别为7.11%、1.13%,研究结果可为插盘食葵机械化收获提供参考。