棉秆粉碎及地膜随动集条机设计与试验

针对现有残膜回收机在棉田残膜回收过程中存在边膜回收难、回收残膜含杂率高的问题以及后续残膜捡拾打包运输的需要,该研究根据棉秆和残膜处理分段作业要求设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机,可完成棉秆粉碎还田及残膜集条作业。将粉碎的棉秆被抛送至集条装置后方侧面交接行,解决了现有秸秆粉碎残膜回收联合作业时存在棉秆与残膜同时被捡拾的问题。以机具前进速度、秸秆粉碎刀轴中心离地高度和指盘入土深度为主要因素,以地膜集条率、秸秆粉碎长度合格率和残膜含杂率为响应值,进行三因素三水平二次回归试验,得到各指标的响应面数学模型,分析了各因素对作业效果的影响。结果表明,机具前进速度对地膜集条率影响极显著,指盘入土深度影响显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度无显著影响;机具前进速度和秸秆粉碎刀轴中心离地高度对秸秆粉碎长度合格率影响极显著,指盘入土深度无显著影响;机具前进速度和指盘入土深度对残膜含杂率影响极显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度影响显著。验证试验结果表明,机具前进速度为5 km/h、秸秆粉碎刀轴中心离地高度为340 mm和指盘入土深度为60 mm时,地膜集条率为94.5%,秸秆粉碎长度合格率为96.5%,残膜含杂率为20.2%,作业性能满足要求。研究结果可为棉秆粉碎及地膜随动集条机最佳工作参数的选择提供参考。     

半自动压缩基质型西瓜钵苗移栽机设计与试验

针对目前使用压缩基质培育的钵苗无法使用现有移栽机械完成栽植工作的问题,模仿人工先打穴后放苗的移栽方式,设计了一种半自动压缩基质型钵苗移栽机,包含有间歇式打穴装置、持苗栽植装置和钵苗输送装置。通过单因素试验测得2组不同含水率的西瓜钵苗的钵体侧面与滑道的摩擦系数分别为0.755、0.634,并分析了2组钵体抗压载荷与压缩量之间的关系。根据西瓜种植农艺要求及西瓜钵苗外形尺寸,确定了打穴器及钵苗夹持机构的结构尺寸。按照已知运动规律对摆动机构进行优化设计,阐述了持苗栽植装置的工作过程,使用解析法对其进行了运动分析。试验结果表明,拖拉机保持2.1~2.6 km/h的速度前进时,该机作业的平均株距为98.6 cm,株距合格率为90.62%;倒伏率为21.9%,能够基本满足西瓜钵苗移栽的要求。该研究为半自动压缩基质型西瓜钵苗移栽机的设计提供了参考。     

行星轮系滑道式钵苗栽植机构设计与参数优化

直立度是钵苗移栽作业质量的重要评价指标,目前存在栽植机构容易造成钵苗倾斜影响栽植直立度下降,导致钵苗成活率降低的问题,针对这一问题,该文结合钵苗种植的农艺要求,以番茄钵苗物理特性为依据,提出了栽植机构的设计要求,设计了一种行星轮系滑道式栽植机构。该机构通过行星轮系和滑道的配合,以打穴放苗的方式完成钵苗栽植,并对该机构的作业过程进行分析,建立了机构的运动学模型。基于Matlab编写了栽植机构辅助分析优化软件,对机构的栽植轨迹和结构参数进行优化,得到了一组满足钵苗栽植农艺要求的最优结构参数组合:太阳轮半径R0=20 mm、中间轮半径R1=15 mm、行星轮半径R2=10 mm、连杆BC的长度L1=100 mm、栽植臂上DC杆的长度L2=150 mm、栽植臂上CF杆的长度L3=80 mm、栽植器FG的长度L4=140 mm、滑道DE上E点到坐标原点O的距离L5=100 mm、行星架OB的初始安装角α0=45°、连杆BC与X轴方向上的夹角α1=148°、栽植臂上杆DC与杆CF的夹角β=176°、滑道DE与X轴方向上的夹角θ=108°。在此组合下,完成了对栽植机构的结构设计和虚拟装配,并导入ADAMS中进行机构的虚拟运动和仿真分析,验证了机构设计的合理性和准确性。依据优化所得参数生产了物理样机,并以钵苗直立度为主要检测指标进行了田间试验。试验结果表明:在机组前进速度450 mm/s,栽植频率74株/min时,钵苗移栽直立度较高,优良率为94%,满足栽植性能要求。研究结果可为蔬菜钵苗移栽机栽植机构的设计提供参考。     

基于钵苗运动动力学模型的鸭嘴式移栽机结构优化

为了探究鸭嘴式移栽机因栽植速度提升,导致钵苗倒伏率和漏栽率升高的根本原因,该文试制了纯透明有机玻璃质的鸭嘴式栽植器,并采用高速摄像对钵苗从导苗筒下落至栽植器底部的运动过程进行了试验研究。根据研究结果将钵苗在鸭嘴栽植器内的运动过程分为6个运动阶段,并建立了各运动阶段的动力学模型,得到了钵苗下落过程中与鸭嘴栽植器间的运动受力方程。选取苗龄为40 d,基质成分为草炭:蛭石:珍珠岩=3∶1∶2,钵苗土钵含水率为55%的辣椒钵苗为研究分析及试验对象,以钵苗栽植运动时间为优化目标,对钵苗运动过程动力学模型进行优化,得出了栽植器最佳初始位置及结构参数为:钵苗下落初始位置为(40 mm,350 mm),鸭嘴栽植器上苗杯壁面与竖直面间的夹角为40°,栽植器鸭嘴部分倾角为82°;栽植机构最高转速不超过80 r/min,栽植器初始相位角为25°。通过高速摄像试验对钵苗在改进后栽植器中的运动时间进行了分析,得出钵苗从开始下落至离开栽植器的时间与理论时间基本吻合,且在栽植器运动至栽植位置前钵苗已落至栽植器底部,验证了理论模型的正确性以及参数优化的合理性。该研究可为鸭嘴式移栽机高速栽植转速和结构设计提供参考。     

全自动移栽机取送苗系统的设计与试验

针对目前全自动移栽机取送苗环节伤苗率高、取送苗机构运动轨迹复杂和效率低等问题,该文设计了一种全自动移栽机取送苗系统。该试验装置采用钵苗盘移位机构实现钵苗盘纵向、横向移动,集排式顶苗机构和取苗机构完成对钵体苗的顶出、夹取,接苗机构、拨苗机构、输苗机构和落苗机构等将钵盘中取出的苗输送至栽植器,整个系统作业过程中所有动作均由PLC控制气压缸和液压马达完成。通过理论分析和MATLAB仿真求解,并进行单因素试验验证,得到针对辣椒苗顶苗机构驱动气缸和苗夹夹片开合气缸最佳工作气压分别是0.4、0.25 MPa。对取苗频率、输送苗速度、移栽机前进速度理论分析得到三者之间的函数关系,进而对这3个因素水平进行优化,得到4组最佳因素水平组合并进行了多指标正交试验。试验结果表明:当取苗频率为7次/min、输送苗速度为42 m/min、移栽机前进速度为20 m/min时,该系统取送苗质量最佳,此时移栽漏苗率为2.4%、重栽率1.1%、倒伏率1.3%、伤苗率1.7%和取送苗合格率96.7%。该研究为移栽机自动化取苗提供了参考。     

2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机的设计与试验

深松培垄施肥是玉米等作物种植过程中重要的田间管理环节,具有打破犁底层,加深耕作层,改善耕层结构,提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的能力。针对东北地区常年作业所导致的土壤耕层较浅、土壤板结严重以及深松阻力大的问题,结合了深松、培土和施肥等关键技术,设计一种与32.5 kW以上拖拉机相配套的可一次性完成深松培垄和追肥等多项作业的深松培垄联合作业机。以拖拉机前进速度、垄沟深松深度、培土器开角为因素,伤苗率和比阻作为评价指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明：各因素对伤苗率和比阻影响的主次顺序依次为深松深度、培土器开角、前进速度;因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm,起垄犁开角为60°,前进速度为5 km/h,伤苗率均值为3.31%,比阻均值为1.97 N/cm2。经过田间试验作业性能好,各项作业指标达到了农艺要求。深松培垄同时作业减少了动力消耗,减少了工作阻力,为旱地合理耕层的构建配套机具提供了参考。     

勺夹式花生小区单粒精量播种单体设计与试验

针对花生小区播种机播种尺寸差异较大种子时存在适应性差、单粒精播粒距合格率低等问题,该研究设计了一种基于STM32单片机控制的勺夹式花生小区单粒精量播种单体。采用先充种后投种的模式,利用夹持空间可调节的勺夹式排种器向双格盘播种总成内单粒排种,由STM32单片机控制光电传感器、增量式编码器以及步进电机等元件,实现有序充种和投种。根据播种时花生种子的运动轨迹,确定影响机具作业性能的主要参数为机具作业速度和投种口离地高度。以提高单粒精播粒距合格率,降低播种漏播率、重播率、破损率为目标,对机具作业参数进行单因素与双因素数值模拟分析,探究了机具作业速度、投种口离地高度以及二者交互作用对播种性能的影响。试验结果表明,机具作业速度0.9 m/s、投种口离地高度15 cm时的播种效果最佳：粒距合格率为96.20%、重播率为2.97%、破损率为0.50%、漏播率为0.33%,整机通过性和适用性良好,能够满足小区育种试验要求。该研究可为花生小区精量播种技术研发提供参考。     

水稻钵苗移栽下坠高度及导管摩擦对栽深的影响

该文通过对钵苗落差高度与栽植深度关系和秧苗钵体相对于导管不同材料的动、静摩擦系数的试验研究,为导管式分秧栽植机构的设计提供理论依据.试验结果表明:水稻钵体秧苗的栽植深度随钵苗落差高度的增加而增加;对一般水田土壤类型,在整地质量满足农艺要求的条件下,钵苗落差高度在0.75～1.50 m范围内时,秧苗栽植深度为4.8～12.5 mm,可以满足秧苗栽深的农艺要求;秧苗钵体相对于钢板和塑料板的摩擦系数变化不大,受秧苗钵体相对湿度的影响较大,且随钵体相对湿度的增加而增加,在相对湿度为80%左右时达到最大值;一般情况下,在机器设计中,可取摩擦系数的最大值为0.7,摩擦角为35°.     

甘薯横向水平复式移栽机栽苗装置设计及试验

针对目前市场上缺少甘薯横向水平移栽机的问题，该研究根据横向水平栽插法移栽甘薯苗的农艺要求，设计了甘薯横向水平复式移栽机的栽苗装置。首先，通过理论分析栽苗装置栽插运动，确定影响甘薯苗移栽质量的主要因素为机器前进速度、链条速度、入土深度及栽苗爪高度等。再基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立栽苗装置-柔性甘薯苗-薯垄耦合作用模型，模拟栽苗作业过程，确定栽苗爪运功轨迹为短摆线，栽苗爪高度为50 mm，确定甘薯苗最终位姿和甘薯垄形态符合甘薯水平栽植农艺要求。最后采用Box-Behnken试验设计方法，以机器前进速度、链条前进速度和入土深度为试验因素，以栽植深度合格率、栽植株距合格率、移栽效率为评价指标，进行了响应面试验，构建优化模型。试验确定移栽机最优工作参数组合为：机器前进速度0.4 m/s，链条前进速度0.2 m/s，入土深度46 mm。该参数组合下栽植深度合格率为92%，栽植株距合格率为92%，移栽效率为263株/min。研究结果可为甘薯横向水平移栽机设计及优化提供参考。     

双输送带式栽植器的试验研究

文章对双输送带式栽植器的工作原理和营养钵在不同位置时的受力进行了理论分析，并对该装置各参数对立苗率的影响进行了试验研究，通过正交试验和单因素试验优选出了主次影响因素及最佳参数配置。     

播秧机工作原理与使用经济效果

介绍了2ZU6播秧机结构和工作原理,从其育秧方式、取秧方式和移栽方式3个方面分析了播秧机的工作性能和特点。结合1999年播秧机在各试点的试验结果分析了播秧机的使用经济性,并与人工插秧、人工抛秧、机械抛秧几种主要移栽方式进行比较,最后得出结论:2ZU6播秧机实现钵体苗机械化有序移栽,既适合常规稻,也适合杂交稻,既适合早稻、单季稻,也适合晚稻,具有明显的增产效果和较好的使用经济性     

2ZB-8电磁振动式小型水稻钵苗移栽机的研究

论述了2ZB-8电磁振动式小型水稻钵苗移栽机的结构、工作流程及振动排秧机构使钵苗分散、自动成链、排列的工作原理。通过对钵苗在振动盘的上运动分析,给出了各振动参数和钵苗推送速度、抛起高度的关系,为振动排秧盘的设计提供了理论依据。同时,通过室内和田间试验,研究了2ZB-8电磁振动式小型水稻钵苗移栽机工作性能的主要影响因素及其工作性能,表明电源电压、苗高对各行一致性变异系数影响大,该钵苗移栽机具有良好的工作性能     

气力有序抛秧机输秧机构动态模拟研究

介绍了气力有序抛秧机输秧机构的结构组成和工作原理，建立了输秧机构的运动模型，推导了用于输秧机构运动分析和动态模拟的位移方程、速度方程和加速度方程，利用Visual Basic6.0编制了运动模拟软件，利用该软件可以对不同结构尺寸的输秧机构进行运动模拟和分析，模拟结果包括图形动态模拟、数值和运动曲线等，可以为气力有序抛秧机的设计和改进提供了有利的工具和科学的理论依据。     

蔬菜穴盘苗插入顶出式取苗装置研制

针对蔬菜穴盘苗自动取苗装置结构复杂、取苗性能差等问题，该研究综合顶出式取苗与插入夹持式取苗的优缺点，设计了一种插入顶出式取苗装置。首先对钵苗顶出过程进行受力分析，对抛出后的钵苗进行运动过程分析，得出造成顶出式取苗的钵苗翻滚的影响因素，提出插入顶出式取苗结构的优化目标，然后对送盘机构、插入顶出式取苗机构进行受力分析和参数优化。以辣椒钵苗为试验对象，选取苗龄、钵体含水率和取苗频率为影响因素，以取苗合格率、基质损失率和伤苗率为指标进行正交试验。试验结果表明：苗龄30 d、基质含水率60%、取苗频率120 株/min时，取苗成功率为97.22%，基质损失率为18.06%，伤苗率为1.39%，取苗效果最佳。以苗龄25 d的甘蓝和花椰菜苗进行不同蔬菜作物取苗验证试验，取苗合格率分别为93.75%和95.14%，基质损失率分别为17.21%和16.67%，伤苗率分别为4.17%和3.47%，满足蔬菜穴盘苗全自动移栽机取苗作业要求。研究结果可为蔬菜穴盘苗全自动移栽机的设计和作业参数优化提供参考。     

棉花秸秆双支撑切割性能试验

针对现有往复式切割器切割收获棉花秸秆过程中存在切割质量差与切割刀片易损坏等问题,该文利用自制的棉花秸秆切割试验台和高速摄影系统,以棉秆单位直径最大切割力和单位面积切割功为目标值,对平均切割速度、切割倾角和切割速比等影响因素进行了棉秆往复式双支撑切割条件下的单因素试验、中心组合试验和验证试验。利用响应面法对中心组合试验数据进行了处理,建立了目标值与各影响因素之间的回归模型,优化了往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数。试验结果表明,平均切割速度和切割倾角对棉花秸秆单位直径最大切割力和单位面积切割功的影响显著(P0.01),切割速比影响不显著(P0.05),但切割速比对棉秆切割截面的质量具有重要影响;当切割速比为1.25和1.5时棉秆一次切断率为85%,比切割速比为1、1.75和2时高出10%~15%,割茬高度比切割速比为1、1.75和2时低10~30 mm;利用往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数的最佳组合是:平均切割速度为0.9 m/s、切割倾角为12.7°、切割速比在1.25~1.5之间,该条件下的棉秆切割性能目标值的平均实测值与预测值的误差均小于7%,表明棉花秸秆往复式双支撑切割器工作参数的优化结果可靠。该研究为高效、低耗的棉花秸秆切割收获机械装备及其切割器的研制和使用提供参考。     

顶钵-夹茎组合式取苗装置设计与试验

针对现有钵苗自动移栽技术中,夹钵式取苗方式受钵体强度及盘根性差异影响易导致钵体破损,降低取苗成功率,夹茎式取苗方式受茎秆强度及钵体与穴盘之间黏附力影响易造成伤苗、钵体不能取出等问题,该研究提出了一种顶钵-夹茎组合取苗方式,并进行了结构设计、装置试制与试验优化。对辣椒穴盘苗茎秆和钵体力学特性进行了测试,得到茎秆拉伸和径向压缩力学特性,及钵体拉拔与压缩力学特性,并建立了顶钵-夹茎组合式取苗装置在顶与夹过程中钵体和茎秆的受力模型,对取苗装置关键参数进行了设计。搭建试验台架,以“中农绿亨线椒363”穴盘苗为对象,以钵体含水率、取苗频率和顶钵高度为影响因素开展正交试验,结果表明经顶钵-夹茎取苗后的穴盘苗生长状态良好,确定最优水平为含水率45%,取苗频率60株/min,顶钵高度10 mm,该条件下钵体破损率为1.98%,取苗成功率为98%。田间试验表明平均取苗成功率为93.05%,株距合格率为88.17%。研究可为辣椒、番茄等旱地作物穴盘苗移栽技术改进优化提供参考。     

基于苗钵力学特性的自动移栽机执行机构参数优化试验

为有效减少加工番茄机械化移栽过程钵苗基质的损伤,提高移栽机取苗、植苗成功率,该文构建了移栽过程中取苗、植苗阶段加工番茄钵体的力学模型,结合钵体的抗压力学特性试验,研究移栽过程中造成钵苗基质破损、影响取苗、植苗成功率的因素,通过试验分析适合机械化移栽的钵体和移栽机执行机构的相关参数。参数组合重复性验证试验表明：钵体基质配比（珍珠岩：砾石：泥炭）为1∶1∶2,钵体绝对含水率为72%,取苗夹片插入穴孔深度为35 mm,取苗夹片对钵体的夹持角度为14°,投苗点与接苗碰撞点高度为90 mm,鸭嘴锥度为38°时,移栽成功率满足加工番茄穴盘苗机械移栽要求。该研究为机械化移栽的加工番茄钵苗培育农艺及移栽机参数优化设计提供了参考。     

根茎类作物单摆铲栅收获装置渐变抛掷特性

单摆铲栅是基于变幅变向振动技术研发的铲栅一体收获装置。为明确单摆铲栅工作特性及抛掷分离作业机理,该研究在运动学及动力学分析基础上建立了铲栅工作面抛掷系数解析方程,铲栅工作面各点抛掷系数随工作长度逐渐增大且具有明显的渐变抛掷特性和较强的抛掷能力,分离区最大抛掷系数达9.98～19.72;建立了单摆铲栅EDEM-MBD耦合仿真模型,以振幅、振动频率、前进速度为因素开展单因素仿真试验,试验结果表明：受工作面抛掷特性及土壤粘塑性影响,牵引阻力、驱动转矩具有明显的强弱周期,在强周期内：单摆铲栅与土壤互作力较大,分离间距最大值发生在该周期切削行程终点时刻分离区中点处;振幅为7～11 mm时,牵引阻力均值约1 580.93～2 019.9 N、最大驱动转矩约224.04～322.11 、最大分离间距约59.58～98.3 mm;振动频率为6.67～10.67 Hz时,牵引阻力均值约1 416.43～1 866.38 N、最大驱动转矩约315.28～364.19 、最大分离间距约78.43～94.67 mm;前进速度为0.2～0.4 m/s时,牵引阻力均值约1 429.43～2 110.48 N、最大驱动转矩约241.27～387.78 、最大分离间距约62.5～102.5 mm。甘草收获试验结果表明：甘草收获机牵引阻力32.17 kN、驱动转矩802.02 、挖掘深度468 mm时,收净率为96.42%,单摆铲栅作业过程流畅有序,渐变抛掷作用明显,根茎土壤分离效果良好。该研究结果可为根茎作物特别是深根茎作物节能高效收获提供参考。     

基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计

为满足水稻插秧机宽窄行插秧的需要,以高速插秧机的行星系分插机构为研究基础,根据宽窄行空间插秧轨迹的要求,提出了一种斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的行星轮系分插机构。确定了分插机构空间插秧轨迹的关键参数,利用D-H变换矩阵建立了机构的轨迹模型,分析了关键参数对插秧轨迹的影响,并进行了机构的运动特性研究。利用编写的机构优化程序,通过人机交互的方式优化出一组满足空间插秧要求的机构参数,并根据参数完成了机构的设计。最后,通过虚拟仿真验证斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。