自走式拱棚机连续插架装置设计与试验

针对目前拱棚搭建机械停机插架作业效率低的问题，本文研制了自走式拱棚机的连续插架装置。此装置设计行星轮系反向传动机构和弯折部件，行星轮系反向传动机构带动弯折部件转动可实现弯杆、压杆等动作。“棚杆-土壤”离散元仿真分析确定插入土壤最大深度10 cm时，棚杆所受土壤阻力为51 N；为确保棚杆成功插入土壤，对棚杆及弯折部件的压杆臂进行应力仿真分析，仿真结果表明，在保证压杆臂不会发生断裂的前提下，压杆臂与棚杆之间的摩擦力为168 N，远大于棚杆所受土壤阻力，且棚杆应力在屈服强度内，此时棚杆弯折且不断裂；通过分析弯折部件的弯折压板运动轨迹，根据小拱棚插架深度、间距的农艺需求，确定弯折支架最优长度为27 cm，中心转轴的速度与车体行进速度比值为0.85。田间试验结果显示，棚杆平均插架深度为7.04 cm，平均插架间距为74.11 cm，两侧插架深度的平均误差0.09 cm，平均插架间距偏差为0.16 cm，连续插架装置作业效果满足小拱棚搭建的农艺要求，进一步验证了连续插架装置设计的合理性和作业的稳定性。研究结果可为连续插架覆膜拱棚机的研制提供理论基础。     

拱棚自动插架装置设计与试验

目前建造拱棚主要以手工为主,为了提高其机械化、自动化水平以及建造拱棚的效率,该文设计与研制了拱棚智能插架覆膜机的拱棚自动插架装置。基于拱棚搭建的入土深度、棚架宽度、棚架高度等技术要求和曲柄存在的条件,对其关键部件曲柄滑块机构和弯折手臂进行结构设计与优化。当曲柄的长度为230 mm,连杆的长度为220 mm,偏心距为220 mm时,达到最好的传力效果和运动效率;同时对曲柄滑块机构进行运动分析,确定插架作业时曲柄的初始角度和最大位置角度分别为132°和30°;设计弯折手臂使棚杆变弯,确保棚杆垂直入土;然后基于ANSYS分析拱棚抗风性能,当棚度架宽与棚杆长度的比值在0.60~0.66之间时,拱棚抗风性最强;最后通过田间试验测量分析棚架平均宽度、棚杆平均入土深度和棚架平均高度分别为93.85、15.23和56.19 cm,获得棚架高度、棚架宽度的稳定系数均为99%。装置插架效果满足农艺需求,进一步验证了装置设计的正确性和方案的可行性。研究结果可为实现拱棚的自动插架覆膜机研制提供理论基础。     

油菜直播机分层定量施肥装置设计与试验

针对长江中下游地区现有油菜直播同步肥料混施作业,肥料施用方式粗放的问题,结合油菜厢面条播种植模式及油菜根系生长规律,该研究提出了一种基于肥料流均匀分布的上下层肥量按比例分配、上层肥料左右分施技术,设计了一种分层定量施肥装置,通过构建肥料在均布器中均匀分散的状态转移矩阵验证该装置的肥料均布效果,并确定了装置的基本参数。以挡杆直径、挡杆组数、挡杆组间距为试验因素,实际施肥比例与目标施肥比例最小误差为目标,利用二次回归正交旋转组合仿真试验确定肥料均布装置的最优结构参数为挡杆直径3 mm、挡杆组数5、挡杆组间距8.9 mm。为进一步验证肥料比例调节分配机构性能,以目标施肥比例与实际施肥比例的误差、上下层落肥管排肥量稳定性变异系数和上层落肥管左右两侧排肥量稳定性变异系数为评价指标,开展最优参数组合下的排肥性能试验。试验结果表明,上下层实际施肥比例与目标施肥比例的最大误差为4.1个百分点,排肥量稳定性变异系数低于3.9%,说明肥料分配比例稳定;上层左右落肥管实际施肥比例与目标施肥比例的误差低于4.1个百分点,排肥量稳定性变异系数低于4.8%,满足上层肥料按比例分施要求。田间试验表明,下层肥料平均施肥深度为141.2 mm,上层左侧肥料平均施肥深度为81.9 mm,右侧平均施肥深度为81.6 mm,上层左、右侧肥料间的平均间距为67.8 mm,满足油菜分层施肥要求。该研究可为油菜肥料按比例分层施用提供技术支撑。     

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。     

番茄钵苗移栽机自动取苗装置作业参数优化与试验

针对新疆地区番茄移栽机械自动化程度低、劳动强度大、作业效率低等问题,该文分析了一种番茄钵苗自动取苗装置的夹苗器凸轮运动过程,得到了凸轮运动过程参数,结合钵苗取苗作业要求搭建取苗试验台,对自动取苗装置主要工作参数进行优化。以适栽期番茄钵苗为试验对象,利用自动取苗试验台进行单因素试验。进一步结合理论分析及单因素试验,选取苗针长度、苗针开度、取苗频率为影响因素,以伤苗率、漏苗率和取苗成功率为评价指标进行三因素三水平二次旋转正交组合试验,通过Design-Expert.V8.0.6软件,得到理论最优参数组合:苗针长度198 mm,苗针开度19 mm,取苗频率57株/min,此参数组合下伤苗率为3.91%,漏苗率为1.56%,取苗成功率为94.69%。在自动取苗试验台上进行验证试验,取苗装置伤苗率为3.44%,漏苗率为1.72%,取苗成功率为94.38%,与优化结果基本吻合,验证了所建模型与优化参数的合理性。田间取苗试验伤苗率为3.65%,漏苗率为2.08%,取苗成功率为94.27%。田间试验取苗成功率与优化结果的误差为0.44%,表明取苗装置抗干扰能力较强。该研究结果可为番茄全自动移栽机取苗装置的结构改进和作业参数控制提供参考。     

马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机设计

为实现全膜覆盖种行覆土马铃薯机械化种植,针对地膜全域覆盖膜上对行覆土等难题,设计了马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机。对样机关键部件进行了分析与设计,确定了液压偏置悬挂装置、跨越式膜上覆土装置、排种系统、碎土整形装置结构及工作参数,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机膜下播种深度合格率为86%,种薯间距合格指数为89%,重种指数为5%,漏种指数为4%,种行覆土宽度合格率为92%,种行覆土厚度合格率为94%,邻接行距合格率为86%,地膜采光面机械破损程度为48.1 mm/m2,渗水孔间距合格率为96%。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现施肥、播种、起垄、全膜覆盖、种行覆土一体化作业。     

双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机的设计与试验

针对马铃薯先覆膜后播种种植方式无配套膜上打孔播种机具的问题,该文基于西北黄土高原雨养农业区马铃薯大垄双行栽培模式,设计了双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机。对样机关键部件进行了分析与设计,建立了双曲柄多杆膜下成穴机构的运动学模型,确定了双曲柄多杆膜下成穴机构、侧开式排种机构、提土装置、对穴覆土装置结构及工作参数,确立了传动系统方案,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,膜下播种深度合格率、穴孔错位率、穴距合格率、膜孔全覆土率和地膜采光面机械破损程度分别为92%、5%、88%、93%和52.1 mm/m~2。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现马铃薯膜上打孔播种和对穴覆土一体化作业。     

盆花包装机开袋机构设计与试验

为进一步提高现有盆花包装机的作业性能,针对现有盆花包装机开袋作业环节中存在负压吸盘吸附包装袋不稳定易脱落的问题,该文设计了增设钩袋装置的开袋机构,确定了负压吸盘、开袋运动装置和钩袋装置的主要结构参数,并对无钩袋开袋机构与有钩袋装置的开袋机构分别进行了开袋作业性能试验。试验结果表明:无钩袋开袋机构为保证作业成功率大于等于90%,开袋速度小于0.30 m/s;有钩袋装置开袋机构为保证作业成功率≥95%,当钩袋爪与吸盘的间距为2 mm、钩袋爪宽为4 mm时,开袋速度可提高到0.41 m/s,据此,可使盆花包装机整机作业生产率提高7.3%,生产率达到1 287盆/h。该研究结果为盆花包装机的开发提供重要技术参考。     

砧木上苗定位机构吸附块仿真设计与性能试验

为解决嫁接机人工上苗过程中砧木子叶损伤和叶柄劈裂问题，采用正压气流压苗和负压吸附定位原理，设计一种辅助自动上苗作业的砧木上苗定位机构。通过建立机构有限元分析模型，在给定边界约束条件下利用CFD软件对吸附块内部气流场进行动力学仿真，获得气室内部流场分布情况及各因素对砧木子叶吸附力的影响。采用仿真正交试验对吸附块结构参数进行优化设计，确定吸附块各因素对吸孔平均吸力影响的主次顺序依次为出口负压、吸孔直径、吸孔深度；当吸附块出口负压3 kPa，吸孔直径1 mm和吸孔深度4 mm时，吸附块对子叶具有较好的吸附能力。上苗试验结果表明：该机构对白籽南瓜子叶吸附成功率为96.67%，压苗成功率为99.33%，综合上苗成功率为96.03%，伤苗率仅为0.67%，作业性能满足嫁接机自动上苗作业要求。子叶吸附失败原因是子叶方向和上苗高度控制不准确，以及子叶展角过小导致叶柄劈裂。吸附块作业面仿形和结构参数仿真试验对提高砧木柔性和安全上苗具有重要意义，大幅缩短了吸附块设计周期，研究结果为解决嫁接机自动上苗问题提供理论依据和设计参考。     

蔬菜嫁接机嫁接夹振动排序装置工作参数优化试验

为解决蔬菜嫁接夹外形结构复杂导致自动排序困难的问题,该文设计了贴接嫁接机嫁接夹振动排序装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化研究。论文在研制出振动排序装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接夹为研究对象,选取振动电压、筛选挡杆的安装角度和安装长度作为试验因素,以排夹时间变异系数为试验指标,进行嫁接夹振动排序装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,振动排序装置的最优工作参数为振动电压40 V、筛选挡杆的安装角度25.7°、安装长度45.5 mm,此时振动排序装置排夹效果最好,排夹时间变异系数为68.22%,排夹成功率可以保证100%,排夹效率为70个/min。因此,振动排序装置可以成功地完成甜瓜嫁接夹全自动排序及输送,满足设计要求,研究结果为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供重要的参考。     

日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状，该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机。为减小整机质量并降低成本，采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴；设计地面移位换行装置，用以承载清洗主机沿温室长度方向移动；为实现自动换行清洗，设计棚顶移位换行装置，调整棚顶吊绳安装高度，避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜。基于多传感器融合与数据校验技术，保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性。为验证设计方案的合理性与可行性，以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10:1制作模型温室，按外形尺寸5:1加工清洗样机，并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验。结果表明，清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内，左右偏移量在±7 mm以内（换行操作时各偏移量无累积）；地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1 mm左右；毛刷材料选型与关键参数设计合理，可对薄膜表面灰尘进行有效清洗，洗净率为95.4%，清洗效果明显该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时，有效解决了团队前期研发清洗机质量大易伤膜、自动化水平低等问题，为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考。     

河蟹养殖船载自动均匀投饵系统设计及效果试验

针对目前河蟹养殖投饵喂料劳动强度大、自动化程度低、投饲饵料分布不均匀等问题,该文提出了一种空气螺旋桨风力驱动船载自动投饵系统及均匀投饵方法。该系统由空气螺旋桨风力驱动船、自动投饵装置、ARM(advanced RISC machine)主控制器、GPRS(general packet radio service)通信模块和GPS(global positioning system)导航装置等组成。采用空气螺旋桨风力驱动,可解决常规作业船水下螺旋桨吸卷缠绕水草影响行驶问题;利用喂料器落料流速可控、抛料器抛幅可调、料仓内剩余饵料量可测的自动投饵装置,可解决投饵喂料分布不均匀问题。该系统以S3C2440为主控制器,通过GPRS通信模块M590接收作业指令。该文对投饵装置抛料器、饲料颗粒斜抛运动、饵料在水面上的累积密度分布进行建模,建立投饵均匀度目标函数,采用遗传算法GA进行最优运行参数求解,确定船载自动投饵系统最优运行参数:当饵料分布密度期望值为9 g/m2时,2个相邻投饵行程宽度的最优值为8.21 m,自动投饵装置投饵扇角的最优值为80°,喂料器单位时间内落料量的最优值为32.01 g/s,下方投饵行程船速的最优值为0.43 m/s,上方投饵行程船速的最优值为0.43 m/s,抛盘转速的最优值为1 480 r/min;并通过GPS导航装置BD982实现路径跟踪,完成自动均匀投饵作业。对饲料颗粒斜抛运动、饵料平均累积密度和分布密度均方差等进行仿真,在水平地面上与人工抛洒饵料进行对比试验,并在池塘内进行投饵试验,结果表明,该系统可使投饲饵料分布均匀度较人工投饵提高3倍以上,投饲饵料分布密度均值与设定值的相对误差为5.11%,为适应河蟹昼伏夜出的生活习性,可在夜晚进行投饲,使用1套该船载自动投饵系统能够精细管理6.67 hm2左右河蟹养殖池塘,相当于5个农村劳动力投饵喂料,节省人力提高效率,提高饲料的利用率15%以上,能使饲料节约15%以上,产量提高20%以上;同时,该船载自动投饵系统可以定时定量均匀投饲,保证养殖的河蟹个头大小均等,提高产值,大幅提高养殖面积增加效益。该文可为河蟹养殖全池自动均匀投饵喂料和其他水产养殖中需要沿池或全池自动均匀投饲研究提供重要参考。     

夹指链式残膜回收装置仿形及收膜机构的改进设计与试验

针对现有夹指链式残膜回收装置收膜作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,设计了一种单铰接仿形及收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形及收膜机构并排组成,每个单铰接仿形及收膜机构作业时可以单独仿形。仿形机构主要由仿形架、切膜圆盘、仿形轮、压紧机构和刮土板组成,切膜圆盘固连在仿形轮一侧,将地表残膜切成带状的同时对地表进行仿形,压紧弹簧产生的预压力使仿形机构始终紧贴地表仿形,通过对仿形机构的设计,确定了其结构尺寸参数,并对该装置的上仿形运动和下仿形运动进行了分析与讨论。田间试验表明,在机具作业5.5 km/h、切膜圆盘直径为280 mm、仿形轮直径为220 mm时,残膜回收率达93.1%,能够满足残膜回收技术要求,研究成果有利于解决残膜污染问题。     

夹指链式棉田残膜回收秸秆粉碎还田一体机设计与试验

针对当前棉田机械化残膜回收存在对地面不平度适应性差、残膜回收率低、回收的残膜含杂量大等问题，该研究设计了一种夹指链式棉田残膜回收秸秆粉碎还田一体机，可一次完成秸秆粉碎还田、残膜回收和清杂打包作业。对现有夹指链式收膜装置结构和参数进行改进，设计了圆盘脱膜装置和倾斜带式清杂喂入装置。通过力学分析确定脱膜装置和清杂喂入装置的结构尺寸和布置方式。在7 km/h的作业速度下进行性能试验。起膜率试验结果表明，平均起膜率相对于改进前提升了2.52百分点。脱膜率试验结果表明，脱膜圆盘转速为189.47 r/min时脱膜率最高，为99.79%。残膜回收率与残膜含杂率试验结果表明，影响残膜回收率的因素主要为夹指链线速度比、清杂带工作长度、清杂带倾角；影响残膜含杂率的因素主要为清杂带倾角、清杂带工作长度、夹指链线速度比。对工作参数进行优化并得到最优组合为：夹指链线速度比0.8、清杂带倾角50°、清杂带工作长度608 mm。在最优参数下进行田间试验，得到残膜回收率为92.85%，残膜含杂率为26.05%，各项评价指标达到设计要求。     

机械驱动式辣椒穴盘苗自动取投苗系统设计与试验

针对目前半自动移栽机人工取投苗劳动强度大、工作效率低,控制系统复杂等问题,该研究结合当前新疆穴盘苗移栽作业模式和农艺要求,模仿人工取喂苗的方式设计了一种机械驱动式辣椒穴盘苗自动取投苗系统。该自动取投苗系统由地轮提供动力,通过穴盘进给装置的横向送苗驱动机构和纵向送苗驱动机构驱动穴盘横向、纵向准确移位,实现128穴整盘穴盘苗的自动进给,通过机械取投苗装置实现穴盘苗的自动取投。根据"己"字型穴盘进给方案和机械手取投苗轨迹与姿态要求,确定了机械取投苗装置偏转驱动机构和拔取驱动机构各构件的尺寸参数,构建了机械自动取投苗机构驱动装置的运动学模型,分析得出机械手末端位移、速度、加速度方程以及偏转、拔取驱动装置的主要参数和运动规律。为验证该系统的作业性能,利用Solidworks软件对机械手取投苗轨迹和运动规律进行仿真分析,选取苗龄60d、基质含水率24.61%～31.57%的辣椒穴盘苗进行室内样机穴盘进给位移可靠性试验和取投苗试验。试验结果表明,机械手仿真运动轨迹满足设计要求;穴盘纵向和横向进给位移与理论偏差小于1 mm,满足穴盘进给装置的供苗要求;在取投苗速度64～88株/min范围内,随着取苗速度的增加,取苗成功率、投苗成功率先增大后减少,输苗成功率总体波动较小,取投苗总成功率先增大后减少,取投苗速度80株/min时效果最佳,此时系统平均取投苗总成功率、取苗成功率、投苗成功率、输苗成功率分别为92.54%、92.93%、99.57%和100.00%,作业过程中无伤苗情况,满足穴高45 mm的辣椒穴盘苗栽植前自动进给穴盘苗、取投苗、输苗等作业要求。研究结果可为后续机械式自动穴盘移栽机的设计提供参考。     

大枣全自动输送定向切片机设计与应用效果

为了解决大枣切片生产效率低、切片厚度不均匀、造碎率大、卫生状况差、安全性差等难题。该文在大量调研和综合分析现有设备的基础上,利用现代设计制造技术、食品加工技术和控制技术,通过对大枣加工工艺过程进行分析研究,设计了一种大枣全自动输送定向切片设备,确定了该设备的主要技术参数,对关键零部件进行了设计计算;研究分析了切片过程中切片速度与造碎率之间的关系,优化了切片速度等参数,减少了造碎率,当切片速度为15.9r/min时,造碎率在4%以内;采用实验室中试验和企业大批量生产试验相结合的方法,进一步修改完善了试验样机。试验结果表明该设备具有造碎率低、生产效率高等优点,在企业中使用,平均生产效率达到300kg/h以上,成品率达到96%以上,取得良好的效果。     

文洛型温室棚顶清洗机的研制与试验

针对国内文洛型温室棚顶清洗机械缺乏,人工清洗费时费力的问题,该研究设计了一种棚顶电动清洗机与配套换行作业平台,以实现对文洛型温室的自动清洗。为保证清洗机四轮行走的一致性,设计一种单电机两级减速同步驱动装置;针对电缆与水管收放过程中易发生堆积的问题,设计均匀卷线装置,对收放线过程进行分析,明确卷线半径与线速度的对应关系,优化卷线控制流程,满足了线缆、水管收放与清洗机往返同步的要求;为保证清洗辊刷对棚顶进行均匀可靠清洗,对刷毛与棚顶的接触过程进行了优化分析。样机性能测试表明,清洗最高行进速度为0.265 m/s,停机余量为28.4 mm;辅助换行平均时间为22.84 s,平台与屋顶对轨平均误差为1.6 mm。以薄膜透光率为指标,对清洗机的清洗效果进行试验,结果表明,在行进速度为0.25 m/s、辊刷转速120 r/min、水泵流量34 L/min的情况下,透光率为68%的薄膜经过清洗可提高到86%,清洗效果明显。该清洗机可以满足文洛型温室棚顶的清洗作业要求,对改善室内温光环境,提高果实产量与品质具有重要意义。     

夹指链式残膜回收机脱膜装置设计与试验

针对现有残膜回收机脱膜困难的问题,该研究设计了一种夹指链式残膜回收机脱膜装置,主要由刮板总成、曲柄摇杆机构和膜杂分离机构等组成,可一次性完成脱膜、膜杂分离和输膜作业。为增加夹指随夹指链转过上收膜轮的过程中与刮板接触的次数,将刮板总成中的刮板设为双层,并通过作业过程分析对其结构参数进行设计;使用ADAMS软件对刮板末端运动轨迹进行仿真分析,并根据仿真结果对曲柄摇杆机构的杆件长度及安装角进行设计;通过对残膜受力情况的分析,确定了曲柄摇杆机构的安装位置;通过运动学分析获得了夹指不被漏刮时上收膜轮角速度与曲柄角速度比的最大值;为实现输膜与膜杂分离,设计了往复摆动式膜杂分离机构,并通过作业机理分析及性能试验对相关部件的结构参数进行设计。田间试验结果表明,当机具作业速度为4.5 km/h、刮板宽度为100 mm、曲柄回转中心与上收膜轮中心间的水平安装距离为290 mm、竖直安装距离为200 mm、上收膜轮角速度与曲柄角速度比为0.5、输膜筛相邻棒条间的安装距离为50mm时,残膜回收率为93.12%,脱膜率为98.2%,含杂率为16.08%,能够满足残膜回收机田间作业要求。研究成果可为相关装置的设计提供参考。