活动苗盘脱苗力学分析及粘附力影响因素试验研究

为解决钵苗移栽过程中,因苗钵与苗盘间粘附力导致取苗过程中苗钵破损,进而影响取苗成功率及栽后幼苗长势的问题,对活动苗盘开启脱苗时苗钵和苗盘侧板进行受力分析并对苗钵与侧板间粘附力影响因素进行研究。发现苗钵粘附力与苗盘开启峰值力之间存在正相关关系,苗盘侧板倾角与苗钵粘附力呈负相关关系,苗盘开启部件速度和基质含水率与苗钵粘附力呈正相关关系。为进一步研究各因素对苗钵粘附力的影响规律,以苗盘开启峰值力表征苗钵粘附力作为优化指标,以苗盘侧板倾角、苗盘开启部件速度和基质含水率为试验因素,利用响应曲面方法进行优化试验设计,同时测算各试验组合中苗钵基质损失率。当苗盘侧板倾角为9.24°、基质含水率为55%、苗盘开启部件速度为7.98 mm/s时,苗盘开启峰值力可以达到最小值6.97N,即苗钵与侧板间粘附力达到最小值;应用优化后调整的参数进行的验证试验表明:苗盘脱苗开启峰值力最小值为7.12 N,相对预测值误差为2.1%,苗钵基质损失率为3.14%,相较于优化前最低4.39%的基质损失率,基质损失率明显降低,证明了粘附力变化影响苗钵基质损失率。该研究结果可为进一步研究钵苗移栽过程中基质损失机理提供理论支撑。     

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。     

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。     

蔬菜移栽机斜插夹钵式取投苗装置研制

针对目前中国蔬菜穴盘苗全自动移栽作业,取投苗装置复杂、易失败等问题,该文设计了一种斜插夹钵式取投苗装置。通过对取投苗装置原理的分析,运用投影法对装置进行设计,确定了装置各结构参数。为保证装置具有良好的取投苗效果,对苗盘倾斜角度及苗夹入穴参数进行了设计,同时分析其运动过程,对比仿真轨迹曲线和试验实际轨迹曲线,验证了方案的可行性。综合考虑影响取投苗效果的因素,以取投苗成功率作为取投苗效果评价指标,选取弹簧刚度系数、主动杆转速、苗盘倾斜角度为试验因素,进行正交试验。试验结果表明:在给定因素水平下,当弹簧刚度系数为500 N/m,主动杆转速为12 r/min,苗盘倾斜角度为45°时,取投苗效果最佳,此时基质破碎率为3.13%,钵苗脱落率为2.43%,取投苗成功率为94.44%,装置的可靠性较高。研究结果可为全自动化移栽研究提供参考。     

苗盘钵苗自动识别及控制装置的设计与试验

针对全自动移栽机在田间作业中,因苗盘的钵苗格缺苗而导致的漏栽问题,研制了一种苗盘钵苗自动识别及控制试验装置。该试验装置采用单苗爪取苗,步进电机驱动钵苗盘纵向和横向移动,光电传感器作为钵苗识别装置,由可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,触摸屏作为人机界面,可适应不同规格的苗盘参数,可选择对该装置进行手动或自动控制。试验结果表明,该装置可有效地对钵苗格是否缺苗进行自动识别,并控制苗盘输送装置,使缺苗的钵苗格快速跳过取苗爪,提高取苗爪的抓取效率,以降低漏栽率;相对于没有采用钵苗自动识别的移栽模式,该系统漏栽率整体降低了约12%。该研究可为全自动移栽机的进一步自动化智能化设计提供参考。     

蔬菜穴盘苗弧形展开式自动取投苗装置设计与试验

针对穴盘苗取投苗装置机械结构较复杂、取投苗易失败等问题,该研究设计了一种蔬菜穴盘苗弧形展开式自动取投苗装置。通过对取投苗作业过程进行分析,提出整排取苗、弧形展开投苗的自动取投苗作业方式,对夹苗组件、导向槽、旋转接苗机构等进行设计,并确定各部件关键参数,搭建PLC自动控制系统,设计执行单元的气动回路方案,并提出匹配延时函数。以辣椒穴盘苗为试验对象,以平均取投苗频率、供气压力、基质平均含水率为试验因素,以取投苗成功率、损伤率为试验指标进行正交试验,并以较优参数组合进行重复验证试验。试验结果表明：平均取投苗频率为90株/min、供气压力为0.4 MPa、基质平均含水率为30%时,取投苗成功率为94.05%,损伤率为1.19%,该研究可为自动取投苗装置的研发提供参考。     

全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统研制

为实现蔬菜钵苗高效、稳定移栽，在分析现有全自动移栽机取喂苗系统研究现状的基础上，该研究提出了一种全自动单摆式取喂苗系统。该系统通过苗盘输送机构、纵移机构实现穴苗盘在倾斜平面内的移位，采用往复机构和夹苗机构实现取苗、喂苗。对夹苗机构等关键机构进行参数设计和运动学分析，确定了其结构参数。综合考虑影响取喂苗性能的相关因素，以苗株种类z、基质含水率w、取苗深度h和工作气压p为试验参数，以取苗成功率S1和苗株完整率S2为评价指标，在双行移栽、90株/min取苗效率下进行多因素正交试验。试验结果表明，苗株基质含水率对取苗成功率和完整率影响最大，贡献率分别为58.92%和50.58%，其次是取苗深度；当苗株为番茄苗，基质含水率35%，取苗深度40 mm，气缸工作气压为0.4 MPa时，取喂苗效果最佳，取苗成功率为98.61%，苗株完整率为97.22%。研究结果可为移栽机的机构优化及自动化控制提供理论参考。     

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。     

用于机械化栽植的西兰花钵苗力学特性试验

为了降低西兰花钵苗机械化栽植过程中的破损率,避免栽植嘴已经运行到栽植位置而钵苗还未滑到栽植嘴的底部而造成移栽失败,该文采用正交试验的方法,以土钵体积(表示穴盘规格)、苗龄和含水率为试验因素,针对栽植过程农艺要求,进行了不同方案下土钵的抗压强度试验和钵苗沿栽植嘴壁面下滑的运动阻力系数测试。通过建立西兰花土钵与栽植嘴壁面碰撞过程接触力学模型,分析得到为避免土钵破损钵苗和栽植嘴碰撞时不同组合允许的最大相对速度。以栽植作业中避免钵苗破损,同时运动阻力不能过大为目标,采用综合评分法,得到适宜机械化栽植的4个土钵体积、苗龄和含水率组合,进而对这4个组合进行模拟田间栽植试验,得到最优的组合:土钵体积为中(穴盘规格为128),苗龄为2~3片真叶,含水率约为63%。该研究为栽植机构的设计提供依据。     

旱地蔬菜钵苗自动移栽机栽植性能试验

为了提高蔬菜苗机械化移栽作业效率,实现旱地蔬菜钵体苗移栽自动化,研制了旱地蔬菜钵苗自动移栽机,主要由椭圆-不完全非圆齿轮行星系旋转式取苗机构、横向纵向间歇送苗机构、偏心圆盘吊杯式栽植器、动力传递系统等组成。为了获得该机的作业性能,以苗龄35 d的钵体番茄苗为移栽对象,分别在栽植频率45、60、75、84株/min时进行低速移栽试验,以96株/min的栽植频率进行高速移栽试验,按照机械行业标准JB/T 10291-2013《旱地栽植机械》测定了株距变异系数、漏栽率、栽植深度合格率、栽植合格率,参照农业行业标准NY/T 1924-2010《油菜移栽机质量评价技术规范》测定了直立度合格率。田间试验结果表明,在栽植频率为45~96株/min范围内,株距变异系数、漏栽率随栽植频率增加而略有增大,其平均值分别为6.6%~8.9%、1.7%~2.8%,栽植深度合格率、直立度合格率、栽植合格率随栽植频率增加略有下降,其平均值分别为97.5%~98.9%、96.7%~97.8%、91.1%~94.7%,株距变异系数、漏栽率、栽植深度合格率、栽植合格率均达到机械行业标准要求,直立度合格率也达到农业行业标准中的规定值。旱地蔬菜钵苗自动移栽机送苗机构、取苗机构、栽植器、整机行走配合协调,能够自动完成送苗、取苗、植苗、覆土等钵苗体移栽工序,作业性能良好。     

基于区间分析的自动移栽机苗盘定位控制方法

苗盘输送部件是自动移栽机的关键部分,由于国内标准塑料苗盘易变形造成苗盘外表面的光反射率不稳定,导致单个光电传感器识别苗盘到位信息误差大,苗盘定位不准确。针对这一问题,该研究设计了一种推杆平移输送、双传感器融合定位的苗盘输送装置,并提出一种苗盘精确定位控制方法。该方法首先通过双传感器分别感知苗盘与推杆的到位信息,并融合输送装置的结构信息,得到苗盘从起始位置输送至取苗位置的精确输送距离;然后设计了一种苗盘与推杆之间放置位置的判定方法,判定苗盘当前放置位置后输入对应的位移量将苗盘输送至取苗位置,最后驱动伺服电机实现苗盘输送的精确控制。以128穴标准PVC硬塑苗盘为测试对象,开展了苗盘输送定位及取苗性能试验,结果表明：控制系统可以准确判定苗盘任意放置在输送链推杆上的具体位置,在苗盘不同放置位置及不同输送速度下,电机脉冲频率越快,定位偏差越大。当电机脉冲频率为800 Hz时,输送定位偏差最大值为1.35 mm,最小值为0.79 mm,此时定位偏差平均值最大为1.07 mm,定位偏差变异系数最大为14.1%。在不同输送速度下,取苗成功率均达100%,满足精确输送定位要求,解决了单个光电传感器定位不...     

水稻秧盘育秧播种机气动式自动供盘装置设计与试验

为减轻工人劳动强度,提高水稻秧盘育秧播种机的生产效率,研制了一种气动式自动供盘装置。通过建立秧盘输送模型确定了输送机构的输送过程和速度关系,根据秧盘外形特征和自动供盘装置工作原理,研制了气动式落盘机构及控制系统,由接近开关对秧盘进行检测,利用落盘机构快速升、放秧盘,实现秧盘的自动供送。为研究生产率、放盘时间和叠盘偏差对自动供盘装置性能的影响,以供盘合格率为指标进行了自动供盘正交试验。试验结果表明,叠盘偏差对供盘合格率的影响最显著,放盘时间对供盘合格率有一定影响,生产率对供盘合格率的影响不明显;当生产率为600~1 000盘/h、叠盘偏差为0~6 mm、放盘时间为0.8 s时,供盘合格率为98.67%~100%,试验结果满足水稻秧盘育秧播种机育秧技术使用要求。该研究对提高水稻秧盘育秧播种机的自动化程度具有重要意义。     

关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机设计

为解决中国蔬菜育苗播种后人工摆放穴盘劳动强度大的难题,设计了关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机,并对机器的关键部件进行了理论分析及设计计算。确定了以关节式机械手作为摆盘执行机构,对其进行了数学建模并得到了摆盘机械手运动学方程。在单因素试验的基础上,进行Box-Behnken Design响应面优化试验设计,探求了穴盘输送高度、输送角度、输送速度3个关键参数对穴盘间距合格率、穴盘摆正率、穴盘排齐率3个评价指标的影响规律,利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,并进行响应面分析,得到了影响摆盘效果的3个关键参数的最佳组合为：穴盘输送速度为60 mm/s,穴盘输送角度为31°,穴盘输送高度为40 mm。并对优选出的最佳摆盘参数组合进行了试验验证分析,试验结果为：穴盘间距合格率97.6%,穴盘摆正率96.5%,穴盘排齐率95.7%,试验结果与理论预测值的误差绝对值均低于5%,表明摆盘执行机构在最佳工艺参数组合下工作平稳可靠,满足穴盘摆放技术要求。该研究可为全自动化、智能化穴盘摆放机的设计提供参考。     

齿板式水稻钵秧摆栽机的研究

该文以2ZHB-6型水稻摆栽机为基础对齿板式水稻钵秧摆栽机的总体方案设计、送秧排序机构的工作原理进行了论述。通过对该机构的理论分析,并通过台架及田间试验验证,达到理论与实际机型的统一。     

2BP-2000型水稻育秧播种机分盘装置研制

针对现有育秧播种机分盘装置生产效率较低、高速作业时易出现卡盘和秧盘输送不连续等问题,该研究设计了一种生产效率不低于2 000盘/h的机械气动式自动分盘装置,可快速、准确完成分盘和供盘,适配2BP-2000型水稻育秧播种机高速播种。阐述了分盘装置的基本结构和工作原理,开展分盘、接盘过程分析,确定装置稳定分盘、接盘作业的关键机构与工作参数。分盘稳定性试验结果表明,生产率为1 600～2 000盘/h时,分盘稳定性不低于98.67%。开展以层叠秧盘数、生产率和秧盘质量为试验因素,以接盘成功率为试验指标的三因素三水平正交旋转组合试验,得到影响接盘成功率的因素主次关系为生产率、层叠秧盘数、秧盘质量,其中生产率、层叠秧盘数对接盘成功率影响显著（P <0.05）,秧盘质量对接盘成功率影响不显著（P≥0.05）,表明分盘装置对不同质量的秧盘适应性较好,其最优参数组合为：生产率2 000盘/h、层叠秧盘数6盘/层、秧盘质量750 g/盘,该条件下分盘装置的接盘成功率均值为98.43%,与预测值仅相差0.29个百分点。研究结果对提高水稻硬盘育秧播种机械化水平具有实用价值。     

油菜移栽机分苗装置分苗过程与钵苗钵体完整性分析

针对部分分苗装置适应性差、钵体易破损及结构复杂的问题,提出一种输送带式钵苗分苗装置,构建了分苗过程中送苗与分苗阶段的运动学模型,开展了不同挤压方式下的钵体完整性试验,分析得出了输送平稳、钵体完整的条件。结果表明:钵苗在特定基质成份及含水率前提下钵体上边缘最小屈服力为6.8 N,钵体上边缘及侧面受重复挤压力时均有较好的恢复性。钵苗送苗阶段输送平稳性与摩擦系数关系较大,完整性与钵苗自身的屈服力和挤压力有关;钵体在分苗阶段满足完整性前提下,夹持力越大,夹持高度越低,钵苗稳定性越好。分苗合页的动摩擦系数μ1≤0.3375,输送带的动摩擦系数μ2满足0.5μ1μ2≤0.3375,钵苗抗挤压破损力大于1.99 N时,油菜钵苗在送苗阶段可平稳输送且保持完整。该研究为油菜钵苗移栽机结构改进提供了参考。     

水稻钵苗空气整根气吸式有序移栽机的研究

采用空气整根育秧技术对水稻钵苗进行育秧试验，提出了水稻钵苗空气整根育秧、气吸取苗和投苗的有序移栽方案。试验结果表明，采用空气整根培育钵苗，根系遍布整个钵腔，生物学特性优于常规钵育秧，且移栽时钵体不易破碎和倒伏。采用空气整根钵盘，以较小的吸力，钵苗就可从钵腔底部取出，实现不伤苗和根的钵苗有序移栽。对气吸式水稻钵苗有序移栽机的总体方案设计、横纵向移箱装置、投苗装置进行了分析和研究，研制了样机。试验结果表明，由步进电机驱动齿轮齿条机构控制横纵向送秧箱，驱动曲柄摆杆机构控制吸气活门，由电磁铁控制导苗管投苗活门的单