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。     

梨树枝条切割装置刀片参数优化与试验

为降低梨树枝条修剪装置刀片切割力与切割功耗,该文在自制切割试验台上进行梨树枝条切割试验。采用BoxBenhnken中心组合试验方法对切割试验台的工作参数进行了试验研究,以切割速度、动刀楔角、动刀前角为影响因素,以峰值切割力、切割功耗为目标函数,建立了两者之间的多元数学回归模型。试验结果表明:峰值切割力影响显著顺序依次为动刀楔角、切割速度、动刀前角;切割功耗影响显著顺序依次为切割速度、动刀前角、动刀楔角;最优工作参数组合为切割速度150 mm/min、动刀楔角30°、动刀前角3.5°,对应的峰值切割力和切割功耗分别为2.99 k N、20.54 J,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于10%。试验结果可为寻求省力、低功耗的刀片参数提供参考。     

小型牧草收获机双动切割装置设计与运动分析

为了解决小型牧草收获机单动刀工作时存在的平衡能力差、切割速度低、容易卡滞堵塞、难以适应柔性茎秆牧草的问题,进行了小型牧草收获机切割装置机构的改进设计;采用了双曲柄连杆机构带动两组刀片彼此反向切割的双动切割装置机构;通过其运动分析,得到了割刀位移、速度、加速度与曲柄转角的关系,并对动刀片结构参数和动刀间隙进行了优化设计。通过双动割刀切割速比的分析,绘制了不同切割速比下的双动割刀运动切割图,表明减少重割区和漏割区面积的最佳切割速比为K=1.6。研究结果为牧草切割装置的进一步优化设计和试验提供了参考依据。     

基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置研制

手提式挖坑装置钻头旋转动力源于汽油机,而钻头升降则需要人工手动完成。该文基于三星齿轮换向原理设计了齿轮换向机构,通过调整换向手柄的位置,即可将汽油机单一动力方向转换为正反2个方向,实现了丝杠螺母机构中螺母轴的正反转。挖坑装置工作时汽油机一部分动力带动螺旋钻头旋转,一部分动力经带传动机构、齿轮换向机构带动丝杠螺母升降机构进行往复运动,从而实现了钻头主动、匀速进行挖坑作业,提高了挖坑作业质量,挖坑作业完成后,回程能够自动复位。自动升降挖坑装置在挖坑作业过程中,仅在换向时需要人工操作,手动换向操作时间仅为2 s,占单坑作业总时间的3.5%,在挖坑作业进给行程和复位行程中,均无需人工操作,大大降低了劳动强度。基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置田间单次作业平均挖坑时间为57 s,平均坑深237 mm,平均坑口直径300 mm,挖坑质量满足后续施肥作业要求。此外,增设换向手柄中间限位孔,防止在挖坑作业进给过程中,钻头遇到较大石块或树根,丝杠螺母升降机构突然卡死,暂时切断汽油机向丝杠螺母升降机构的动力传递路径,起到对系统的保护作用。     

动定刀同轴水稻秸秆切碎还田装置结构设计与试验

针对中国南方稻田留茬高、土壤黏重,油菜栽种复式作业机耕整地作业部件易缠草、壅泥,影响作业质量和油菜出苗的难题,提出了将田间稻秸秆收集切碎并绕过耕作部件后均匀覆盖于播种行行间的种植方法,研发了多功能油菜覆草直播播种机,围绕该机器设计了一种动刀与定刀及风送叶片同轴安装的稻秸秆切碎装置,并分别对稻秸秆的"站秆"和"残茬"进行切碎台架试验。结果表明:喂入压辊转速、动刀转轴转速、动定刀间隙3个影响因素对切碎长度合格率、功耗影响显著;对"站秆"和"残茬"切碎的各因素取值为:喂入压辊转速399.2、401.64 r/min,动刀转轴转速968.12、977.23 r/min,动定刀间隙0.52、0.49 mm时,稻秸秆切碎合格长度率为95.78%、96.98%,功率损耗为3.09、2.68 k W。经整机田间试验,该装置的秸秆田间覆盖效果达到油菜种植农艺要求。该研究为多功能油菜覆草直播播种机产业化提供了技术参考。     

花卉穴盘苗取栽一体式自动移栽机构设计与试验

为得到一种高效简便、通用性好的花卉自动移栽机械,设计了一种取苗和栽苗一体式花卉自动移栽机构,通过夹苗针相对移栽臂的运动规律设计,实现"双尖嘴"工作轨迹,建立了该机构运动学模型,并应用自主开发的计算机分析和优化软件,分析了机构参数变化对"双尖嘴"轨迹和姿态的影响,优选出符合取栽一体式移栽要求的机构参数,并通过模型仿真和样机试验相结合的方法,对该机构进行了验证分析,结果表明：仿真轨迹、样机测试轨迹与理论轨迹三者基本一致,验证了该取栽一体式移栽机构设计的正确性和可行性。试验选用"万寿菊"花卉穴盘苗,苗龄35 d,平均苗高约10 cm,试验设定机构转速为35 r/min（移栽速度70株/min）时,平均取苗成功率为97.27%,平均栽苗成功率为77.62%,表明该取栽一体式移栽机构具有较好的实用性。该研究可为自动化移栽关键技术的研究提供参考。     

手提式挖坑机开合螺母式自动进给机构的设计与试验

挖坑机钻头进给量是影响其扭矩和工作效率的重要因素,研究挖坑机进给量与其动态力学参数之间的变化规律对开发挖坑机具有重要意义。该文首先根据开合螺母的工作原理,利用解析法分析了开合螺母机构的运动特性,确定出了其动销轨道角为105°,进而设计出了一种开合螺母式自动进给机构的手提式挖坑机,不仅实现了挖坑作业的自动化,又能迅速完成回程运动。然后基于挖坑机升土理论,分析了挖坑机钻头进给量与其升土效果之间的影响关系,并通过试验进行了验证,从而为挖坑机进给量的设计提供了参考。研究表明,开合螺母螺距为5 mm时,挖坑机扭矩及其波动幅度均较小、工作效率最高。     

油菜联合收获机往复式双动割刀行星轮驱动器设计与试验

为解决传统油菜联合收获机往复式切割器因横割刀振动大、刀片对油菜茎杆扰动引起的割台落粒损失大、切割功耗高等问题,该研究设计了双动割刀行星轮驱动器。通过建立行星轮驱动机构运动方程,分析了驱动机构须满足的割刀运动结构参数。对行星轮驱动式双动割刀所受惯性力及切割图的分析表明,刀杆往复运动产生的惯性力是引起割刀产生振动的主要原因,且行星轮驱动式双动割刀具有惯性力平衡性能好、切割冲击小、对油菜茎秆扰动小及割刀切割连续性高等特点。茎秆切割功耗测试结果表明,割刀切割速度在1.2、1.4、1.6 m/s范围内,行星轮驱动式双动刀相对曲柄连杆驱动式单、双动刀切割器功耗平均分别降低了43.3%和16.8%。相同割幅的行星轮驱动式双动割刀和曲柄连杆式单动刀空转状态振动测试表明,割刀切割速度在0.8、1.2、1.6 m/s时,同一振动测点处安装有行星轮驱动式双动刀的割台较安装有曲柄连杆式单动刀切割器的割台所受割刀往复运动方向振动平均降低了56.3%。油菜联合收获田间试验结果表明:安装有行星轮驱动式双动刀的割台所受割刀往复运动方向的振动较安装有曲柄连杆式单动刀的割台降低51.2%;机器前进速度0.6～1.4 m/s时,行星轮驱动式双动割刀割台落粒损失最小为1.56%,最大为2.68%,较曲柄连杆式单动刀割台落粒损失平均降低42.5%。理论分析、室内试验及田间试验结果均表明,所设计的行星轮驱动式双动割刀振动小、功耗低、作业性能稳定,降低割台落粒损失效果明显。     

六足农业机器人并联腿构型分析与结构参数设计

为拓展六足机器人在农业领域的应用,将并联机构用于六足机器人的腿部结构,从而使其可以用于山地、林地、丘陵等环境的农业运输、种植、采摘等。首先,对六足机器人并联腿部机构进行了构型分析,选择2-UPS+UP机构作为腿部的初步机构原型;其次,依据螺旋理论,对2-UPS+UP机构进行了转动解耦性优化和变异,提出了一种转动解耦的UPR+UPS+UP机构;之后,通过对该机构进行运动学分析,建立了该机构位置逆解模型与速度映射方程;最后,对UPR+UPS+UP机构的工作空间进行了分析,绘制了工作空间三维图,通过分析设计参数对工作空间的影响,确定了一组性能较好的结构参数,该研究为并联腿部机构农业六足机器人的进一步研究提供了参考。     

水稻植质钵育乳苗栽植机的研制

针对水稻植质钵育乳苗栽植的技术要求,研制出水稻植质钵育乳苗栽植机。以国产延吉六行插秧机为对象,分别对栽植机纵向进给机构、横向进给机构、分秧支撑切割装置、钵苗分秧定位装置和栽植后残屑处理进行了台架试验、组装后整机模拟试验,并连续多年进行了生产性试验,达到了水稻钵育乳苗栽植技术要求,其中：伤秧率1.8%;勾秧率2.0%;漏插率3.2%;均匀度合格率94.6%。为改装其他类型的插秧机提供了参考的技术参数。     

甘蔗收获机圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率模型

针对无轨道甘蔗柔性夹持输送装置链条张紧力大、功率消耗大等缺陷,该文研究了甘蔗收获机圆弧轨道式柔性夹持输送装置,通过对该装置的夹持输送链进行受力分析,建立了该装置的功率模型,并对该模型进行了试验验证。功率与链条预张紧力、输送线路长度、夹持力、轨道间距、夹持甘蔗数量、机车前进速度以及输送速度等因素有关,功率消耗与链条预张紧力、输送速度等因素成正比,而甘蔗种植密度、机车前进速度对圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率影响不大,总体上变化比较平缓。研究为甘蔗收获机夹持输送装置的设计提供了依据。     

4JSM-2000型棉秆粉碎与残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆秋后棉地残膜回收机械化水平,解决传统残膜回收机械普遍存在的残膜回收率低、含杂率高、残膜易缠绕和作业效率低等问题,该文研制了一种可一次完成棉秆粉碎还田、残膜回收、残膜与棉秆及土等杂物分离作业的秋后棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机。该机使用锤片式粉碎装置和螺旋搅龙输送装置,作业时起膜齿将残膜揭起后堆积在起膜齿末端处;偏心滚筒式拾膜机构将残膜拾起并运送至卸膜机构,捡拾滚筒壁上的卸膜槽与卸膜叶片协调配合完成卸膜作业,卸膜叶片通过卸膜辊的高速旋转产生离心风力,使落入蜗壳壳体内的残膜沿风道进入残膜回收箱,完成残膜回收。田间试验结果表明,该机在作业速度为6.0 km/h时,作业效率为1.15 hm2/h、棉秆粉碎合格率为90.1%、残膜回收率84.4%、膜秆分离率87.3%,棉秆粉碎还田和膜秆分离效果较好。该机各项参数满足农艺要求,研究结果有利于解决棉田残膜污染问题。     

自走式牧草青贮联合装袋机设计与试验

针对目前中国牧草收贮设备不能将盛产期的牧草切割后直接装袋而造成的运输成本高、工序多、营养损失大等问题,提出了将牧草在田间进行收割、粉碎、装袋、扎口联合作业的青贮保存方法,并设计了一种自走式牧草青贮联合装袋机。该文描述了机器的总体设计方案,并对输送粉碎装置、牧草粉碎后螺旋挤压等装置进行了设计,确定了其关键参数值。该研究进行了含水率为78%的牧草试验,机器前进的平均速度为2.3 m/s、割茬高度为5~15 mm,螺旋压缩比为2:1,临界旋转速度为99 r/min,样机能够顺利工作,装袋的密度能达到320 kg/m3,装袋平均时间为30 s每袋。机型的设计不仅能够提高劳动生产率,方便取饲喂养,而且为青贮牧草的收获存储提供了新的方法。     

4GX-100型小区小麦种子联合收获机关键作业参数优化

摘要：为了避免因收获机罩壳内部种子残留与混杂所带来的育种试验数据失真问题,结合自行研制的4GX-100型小区小麦种子联合收获机进行田间育种收获试验,利用二次回归正交旋转试验设计,探讨了无滞种残留率与脱粒滚筒转速、喂入量、吸杂风机转速的关系,建立了各个作业参数与无滞种残留率之间的数学模型。由试验结果分析可得：3个因子对无滞种残留率影响大小的顺序为脱粒滚筒转速、喂入量、吸杂风机转速;通过方程模拟选优得出4GX-100型小区小麦种子联合收获机田间育种收获关键作业参数的最优组合为：脱粒滚筒转速1 586 r/min、喂入量为0.305 kg/s、吸杂风机转速1 076 r/min,即无滞种残留率为最大值99.98%,且收获机其余各项指标满足小区育种收获要求。     

切纵流联合收获机小麦喂入量预测的试验研究

为及时获知切纵流联合收获机在田间收获时的喂入量,该文将切纵流联合收获机的切纵流脱粒分离装置在室内建成切纵流脱粒分离试验台并进行喂入量为1～8kg/s的小麦脱分性能试验,通过采集切流滚筒,喂入轮和纵轴流滚筒的脱分功耗,对切纵流脱粒分离装置脱分功耗进行分析,推导出喂入量与纵轴流滚筒净脱分功耗之间的关系,并用采集小麦随机喂入量脱分功耗的方法对切纵流脱粒分离试验装置的喂入量进行预测验证。结果表明,利用纵轴流滚筒净脱分功耗可以较准确的预测切纵流联合收获机在小麦收获中的喂入量,在喂入量≤6kg/s时,预测误差≤0.89%;喂入量在7～8kg/s时,预测误差在1.02%～1.42%之间。     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

荔枝收获切割器果梗锯切功耗影响因素试验

为合理设计荔枝收获装备切割部件,获得理想荔枝果、树分离效果,在确定以回转锯切为切割方式的基础上,搭建果梗锯切功耗测定平台并进行荔枝果梗锯切试验。研究了锯齿前面斜磨角、锯片齿数、进锯速度、锯切转速对果梗锯切实时功耗的影响;以单因素试验结果为依据,选定三因素三水平进行正交试验,得到各因素对锯切实时功耗峰值影响的主次顺序为锯切转速、进锯速度、齿前面斜磨角、锯片齿数;同时得到在给定因素水平下的最佳组合是采用25°齿前面斜磨锯片、进锯速度为60 mm/min、锯切转速为550 r/min,此时电机瞬时功耗峰值最小为0.488 J。该研究为荔枝机械化收获装备切割部件的设计提供了参考。     

遥测系统在玉米秸秆粉碎功耗田间测试中的应用

为了弄清玉米收获时，茎秆粉碎功耗与秸秆含水率、喂入量之间的关系，从而为玉米联合收获机配套动力选择提供准确的田间试验依据，利用无线网络遥测系统对4YW-2型玉米联合收获机秸秆粉碎部件的作业功耗进行了测试，结果发现当玉米秸秆含水率为79.63％、喂入量在1.91 kg/s时，粉碎功耗峰值达12.04 kW，约占所配输出动力的54%。同时发现玉米秸秆含水率对秸秆粉碎功耗的影响较大且随着含水率的增加，粉碎功耗明显增加。田间测试证明无线网络遥测系统安全方便。