夹茎式番茄钵苗取苗机构设计与试验

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤，该研究针对夹茎取苗方式，提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理，建立机构运动学理论模型，并对凸轮轮廓曲线进行设计，结合番茄钵苗取苗作业要求及机构特点，基于MATLAB软件开发机构分析软件对机构参数进行优化，并进一步分析优化后取苗轨迹与凸轮各工作段的对应位置关系，建立了夹茎式取苗机构虚拟样机模型，利用ADAMS软件对取苗机构运动过程进行仿真分析，验证机构参数优化结果及零部件结构设计的准确性与合理性。试制取苗机构物理样机开展高速摄影试验，通过对比分析实际工作轨迹与理论分析及仿真轨迹的一致性，验证了取苗机构设计的正确性。搭建自动取苗试验台进行取苗试验。试验结果表明，取苗机构工作性能可靠、稳定，取苗频率为80株/min时，取苗成功率为92%，投苗成功率为94.2%，伤苗率为2.9%。研究结果可为番茄钵苗全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。     

非圆齿轮-连杆组合传动式蔬菜钵苗移栽机构设计

针对现有的单行星架轮系机构无法实现取栽一体式蔬菜移栽机构所需的作业轨迹和姿态问题,该文基于曲柄摇杆机构的变速摆动和非圆齿轮的不等速传动特性相结合的思想,提出一种双行星架非圆齿轮与连杆机构组合传动的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构。该机构的副行星架相对主行星架作变速摆动,移栽臂相对副行星架作回转运动。采用三次非均匀B样条拟合非圆齿轮节曲线建立移栽机构运动学模型。结合西芹移栽株距220 mm、苗高100～150 mm和穴钵深度40 mm的移栽农艺要求,优选出一组适合西芹钵苗取栽一体作业的尖嘴形轨迹和姿态。轨迹取苗段长度33 mm,植苗点距离行星架壳体运动最低点距地面高度55 mm,取苗角23°,取苗过程变化角16°,推苗角65°,轨迹整体高度355 mm,动轨迹环口高度125 mm。通过对比分析仿真轨迹、试验轨迹与理论分析的轨迹基本一致,验证了移栽机构作业轨迹的正确性和设计方案的可行性,该研究可为实现兼顾轨迹高度、取苗深度和作业姿态的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构设计提供技术参考。     

单自由度四连杆取投苗机械臂设计

针对目前蔬菜穴盘苗自动取投苗机构结构复杂、制造成本较高等问题,该文设计了一种单自由度开式铰链四杆机构取投苗机械臂。首先通过对钵苗力学特性进行分析,为取苗爪的外形设计提供了依据。其次根据人工取投苗和现有取苗机构的作业过程,制定了取苗机构的设计要求。然后对机构的运动路径和各运动副的运动进行规划设计,最终设计出一种单自由度全机械式的取投苗机械臂,显著降低了成本。试验结果表明:取苗爪抓取点的运动轨迹和设计要求与理论仿真结果相一致,移栽试验中取苗成功率为96.7%,钵体破损率为3.13%,投苗成功率为97.74%,总体成功率为91.32%,机构的可靠性较高。该机构的设计提供了一种全自动取投苗方法,可为开展移栽装备的全自动化研究提供参考。     

三移栽臂水稻钵苗移栽机构设计与试验

为了实现水稻钵苗的高效、稳定的移栽,在分析现有水稻钵苗移栽机构的研究现状基础上,该文设计了一种应用于水稻钵苗自动移栽机的三移栽臂非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构。构建了一种非圆齿轮节曲线方程,建立了非圆-不完全非圆齿轮机构的运动学理论模型。开发了该水稻钵苗移栽机构的计算机辅助分析与优化软件,通过人机交互的方式得到一组较优的满足水稻钵苗移栽机构工作要求的参数,然后进行虚拟仿真及物理样机试验,通过对比分析虚拟仿真得到的工作轨迹与物理样机试验得到的工作轨迹基本一致;理论计算得到的角度差为45.18°,实际测量得到的角度差为45.77°,误差为1.31%,在误差范围以内,验证了该移栽机构设计的正确性。该机构的提出解决了秧苗倒伏、低移栽成功率的问题,提高了移栽效率。     

偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点,以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题,设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮-非圆齿轮行星系自动取苗机构.在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化.通过人机交互优化方法,得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律,进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数.     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化与试验

为了得到一种结构简单且具有较高效率的蔬菜钵苗取苗机构,该文在分析国内外多种取苗机构的特点后,提出一种由5个全等椭圆齿轮组成行星轮系的新型取苗机构。根据取苗机构的设计要求,分析了该取苗机构的机构组成、工作原理以及运动学数学模型。进而开发该机构的计算机辅助分析与优化软件,基于该软件分析了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态的影响,确定了取苗机构的优化参数。基于优化所得参数对取苗机构进行三维建模与仿真,研制样机并进行取苗试验,试验结果表明,该取苗机构运转顺畅,取苗成功率95%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的正确性及可行性。该研究结果为自动移栽机核心工作部件的研发提供参考。     

反转式共轭凸轮蔬菜钵苗移栽机构的设计与仿真

国内外蔬菜移栽机核心工作部件均由不同功能的机构组合而成,以完成取苗、送苗和投苗等栽植动作。为简化机构提高移栽效率,该文提出一种以变性椭圆齿轮、正圆齿轮和共轭凸轮为传动机构的反转式蔬菜钵苗移栽机构,实现了用一套机构完成多个动作的要求。使蔬菜移栽机械达到自动、高效率(每行移栽效率可达到120株/min)的移栽水平。首先,在分析该移栽机构工作原理的基础上,建立该机构的运动学模型。然后基于Visual Basic6.0可视化编程软件,建立该机构的辅助分析与优化软件。最后,通过人机交互的优化方法,获得一组符合蔬菜钵苗移栽要求的结构参数,进行二维图纸绘制,三维模型建立,并导入ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)软件中做虚拟仿真,与优化软件得到的结果进行对比分析验证理论的可行性,该研究可为蔬菜钵苗移栽机构的设计提供参考。     

辣椒穴盘苗自动取苗机构运动学分析与试验

针对新疆半自动移栽机人工取苗效率低、强度大、漏苗率及伤苗率高的问题,该文设计了一种辣椒穴盘苗自动取苗机构。分析了该机构的组成及工作原理,建立了其运动学模型,研究了取苗轨迹形成的机理,在确定优化目标的基础上,基于VB开发了取苗机构辅助分析软件,结合Adams运动仿真软件,通过人机交互分析其主要结构参数变化对取苗针端点运动轨迹的影响,优化取苗针端点运动轨迹,获得一组满足辣椒穴盘苗移栽农艺要求的自动取苗机构参数。虚拟样机运动仿真结果表明优化参数可以满足辣椒穴盘苗取苗工作轨迹要求;设计制作了自动取苗试验台,并利用高速摄影技术对取苗机构运动特性进行试验分析,试验结果表明取苗针实际运动轨迹与理论分析结果一致,取苗试验结果如下:取苗成功率为98.6%,基质损伤率为4.2%,投苗成功率为94.2%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的准确性与合理性。该研究可为辣椒、番茄等作物全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。     

蔬菜移栽机曲柄摆杆式夹苗机构的设计与试验

通过对穴盘苗进行抗压特性试验、试验平台的夹取试验,研究分析了适于夹取式自动取苗机构工作的相关参数组合以及最佳的钵苗含水率状况,为机构设计提供参考依据。该文基于辣椒穴盘苗抗压特性设计了全自动蔬菜移栽机曲柄摆杆式穴盘苗夹苗机构,该机构可与顶出机构配合完成全自动蔬菜移栽取苗和投苗工作。该文完成了曲柄摆杆式夹苗机构主要结构的设计,并对曲柄摆杆式夹苗机构的工作过程进行了力学、运动学分析和仿真,确定了结构和工作参数,即曲柄、连杆、摆杆长度分别为80、236.22、172.5 mm,夹苗爪具有较好的运动特性。曲柄摆杆式夹苗机构性能试验结果表明,夹取爪为金属材质,弹簧劲度系数为90 N/m,钵苗脱落率为0,钵苗破碎率为4.2%,综合取苗成功率可达95.8%,性能指标符合设计要求,夹苗爪"V"形结构设计有效防止穴盘苗在夹取过程中脱落,保证了取苗成功率。试验表明钵苗含水率为60.8%时,钵苗在不同的弹簧劲度系数及夹取爪材质下均有良好的适应性,在该含水率下钵苗的取苗平均成功率为94.4%。该机构从取苗到投苗采用圆弧形工作轨迹,夹苗爪采用八字形轨道与复位弹簧控制其开合,结构简单、性能可靠,无需调整即可适应多种不同尺寸穴盘苗的取苗工作,对不同含水率穴盘苗适应性强,对穴盘苗损伤小,机构成套使用可达到较高工作效率。     

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。     

2ZXM-2型全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机的研制

针对新疆辣椒、番茄等作物移栽效率低、强度大、移栽质量差及作业工序多等问题,该文研制了一种全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机,整机主要由自动送苗系统、自动取苗机构与栽植机构、机架、动力传动系统、铺膜铺管装置及镇压覆土装置等组成,可实现一次性完成整形开沟、铺设地膜与滴灌带、自动移栽及覆土镇压等多道作业工序,实现作物膜上覆土移栽的全自动机械化作业过程,并能满足不同作物移栽种植要求。辣椒穴盘苗田间移栽试验结果表明:当机组前进速度为2.8 km/h、理论设计株距为20 cm时,移栽机移栽频率为62株/(min·行),立苗合格率为96.3%,漏栽率为2.8%,伤苗率为1.25%,移栽合格率为93.4%,移栽深度合格率为93.5%,株距合格率为94.7%,株距变异系数为7.9%;滴灌管铺设效果较好,无破损、打折,铺膜及覆土性能优良,地膜采光面展平度为98.2%,采光面宽度合格率为平均为97.8%,平均机械破损程度平均为3.4 mm/m2,膜孔全覆土率为97.8%,移栽机各项性能指标均能够满足辣椒穴盘苗铺膜移栽的农艺要求。该研究可为国内开展全自动旱地移栽机的研发提供参考,对推动新疆机械化育苗移栽技术的发展具有重要意义。     

玉米钵苗顶出式有序分秧机构的设计与试验

玉米钵苗移栽可以延长作物生育期,大幅度提高粮食单产和品质。为了解决国际移栽装备结构复杂、成本高、效率低,仅适用于经济作物的问题,该文提出了一种结构简单、成本低、效率高的全自动玉米钵苗移栽机核心工作部件——顶出式有序分秧机构。采用连续输送的纵向送秧方式,设计了并排均布按顺序逐次顶出的分秧形式,分别完成同一排秧苗连续有序的快速顶出。提出了机构相关部件的结构设计参数及设计依据,同时利用渐开线反转法设计了关键部件杠杆的轮廓曲线。完成了该机构的虚拟样机运动学与动力学仿真分析与验证。利用顶出式有序分秧机构进行了玉米钵苗的顶出翻转试验,得出当土钵质量为10 g、秧苗高度为160 mm时钵苗转体高度符合机构设计与栽植要求。利用自制的顶出式有序分秧机构试验台,结合高速摄像技术完成了机构顶出均匀性台架性能试验,验证了该机构性能的合理性;对所研制的试验物理样机进行了田间试验,获得了90.4%的移栽成功率,满足旱地栽植标准,也为开发相关作物的顶出式钵苗移栽机奠定了研究基础。     

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。     

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%。本研究可为辣椒、番茄等旱地作物穴盘苗移栽技术改进优化提供参考。     

小型蔬菜移栽机的改进设计与试验

为满足蔬菜移栽机械化需要,在土槽蔬菜移栽试验基础上,对水稻插秧机改进设计,应用优化设计方法和虚拟技术相结合,完成了取投苗机构、划刀式开沟器和V型覆土镇压器有机组合,可以一次完成开沟,送苗入沟,扶正,覆土,压实等工序。通过三因素三水平的正交试验,获得较优参数组合,即机车前进速度为0.25～0.30 m/s,投苗筒垂直倾角为12°,镇压器的相对位置为10 mm时,移栽效果优异。经田间试验测试,该机具结构简单,通用性好,作业适应性强,各项作业性能指标完全符合农艺要求,为小型全自动移栽机的设计提供参考。     

基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试验台进行单因素试验,确定关键因素参数范围,选取前输送带电机转速、后输送带电机转速和挡销频率为主要试验因素,以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box-Behnken中心组合试验,建立二阶回归模型,分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化。试验结果表明：前输送带电机转速104 r/min、后输送带电机转速75 r/min、挡销频率1.85 s/次时送分苗效果较优,台架验证试验分苗成功率92.73%、基质块破损率4.09%,田间验证试验分苗成功率91.81%、基质块破损率4.62%,两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2%,表明该装置具有较高的稳定性。该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考。