整排式移栽机分苗机构的设计与试验

末端执行器是实现钵苗夹持和释放的关键机构,取放苗作业的顺利进行是整排移栽机正常工作的前提。夹持取苗时,各末端执行器中心点与苗格中心点一致,此时整排末端执行器与钵苗格一一对应;放苗时,由于相邻两株钵苗间距较小,难以满足放苗条件,为提高放苗成功率,设计一种分苗机构,使末端执行器在放苗时处于散开状态。构建分苗机构的数学模型,确定杆件的最优参数,构建控制系统实现对末端执行器取苗、分苗和放苗的控制,结果表明分苗机构符合整排移栽机分苗放苗的要求。     

整排式移栽机末端执行器的设计与试验

末端执行器是整排式全自动移栽机的关键机构,基本功能是实现钵苗的夹持和释放。为提高钵苗夹持成功率,减少钵苗损伤率,设计了一种适用于整排式全自动移栽机的末端执行器,并依据机构原理构建数学模型,确定各杆件的最优参数组合,构建控制系统实现对末端执行器夹苗和放苗的控制,结果表明各杆件尺寸参数符合精准夹持要求。     

基于穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器设计

通过对穴盘苗进行夹苗拉拔试验、钵体摩擦试验、钵体平板压缩抗压试验,研究分析了与自动移栽相关的穴盘苗力学特性,为机构设计提供依据。对穴盘苗自动取苗进行技术设计,得到两针钳夹式取苗末端执行器自动取苗的拉拔力与钵体抗压强度、夹持角度、夹持面积、静摩擦因数等参数的关系。利用建立的夹持参数关系,结合穴盘苗力学特性试验数据,设计了一种适应穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器。试制了物理样机,进行了自动取苗夹持力测试。测试结果表明,夹持力测试数据与理论计算数据无显著性差别,验证了理论设计的可靠性。在所测试的含水率下,当取苗频率为30株/min时,取苗成功率达到95.16%。     

穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式取苗末端执行器

设计了一种穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式夹钵取苗末端执行器。利用2根气缸机械手指伸出4根夹取针插入苗钵,气缸机械手指闭合夹取针捏紧苗钵来取苗,利用两根气缸机械手指撑开放松夹持苗钵,4根夹取针回缩脱离苗钵来放苗。根据穴盘苗自动取苗力学要求,进行了基于穴盘苗物理力学特性的夹取力设计。试制末端执行器,进行夹钵取苗效能测试。在40 mm/s提取速度下,各试验因素的夹钵脱盘力无显著性差异。取苗效能的正交试验分析发现,苗钵含水率水平高度显著影响根土破坏,入钵角度、深度以及根系等试验因素没有统计学显著性影响。当夹取针入钵角为11°,入钵深度为32 mm,苗数为4株,含水率为55%~60%时,所设计的取苗末端执行器对苗钵的夹取作用达到最小根土破坏程度。     

基于邻域搜索的穴盘苗移钵路径优化蛙跳算法

在农业钵苗培育环节中常出现漏栽或钵苗不健康的情况,补种作业利用钵苗移栽机器人末端执行器从原点出发,从移栽穴盘中选取健康钵苗逐一补种到目的穴盘中,最后回到出发点的过程。本文基于混合蛙跳算法提出了一套解决补种作业过程中自动移钵问题的模型算法,较好解决了末端执行器在补种作业中的路径优化问题。针对自动移钵问题的特殊性,蛙跳算法模型融入了邻域搜索策略、交换因子、交换序和交叉操作等思想,算法简单且稳定性好。本算法有效解决了自动移钵路径的优化问题,移钵路径长度得到了大幅度的优化,提高了移栽效率。     

整排移栽机“Π”型取送苗系统的设计与控制

取送苗机构是整排式全自动移栽机取送苗的执行机构,其功能是实现钵苗的整排取送。在末端执行器、分苗机构和取放苗机构可靠性满足工作需求的基础上,基于伺服电机和同步带直线导轨设计了一种适用于整排式全自动移栽机的"Π"型取送苗机构,并以PLC为核心控制器构建控制系统,实现对钵苗的整排取送的控制,结果表明该系统符合整排取苗要求。     

T型开合槽型辅推机械式取苗末端执行器设计

设计了一种以夹紧取苗、张开推苗为工作模式的单驱动机械多针钳夹式取苗末端执行器,利用一个机械动力控制机械手指开合进行夹钵取苗,并驱动推苗环随动推钵放苗。应用解析法,确定了取苗末端执行器的夹持机构和推苗机构结构参数关系。试制末端执行器,将其安装在凸轮-连杆-滑槽组合式取苗机构上,以番茄穴盘苗为对象,进行对穴夹钵取苗性能测试。当取苗末端执行器对苗钵的夹取深度为30mm、夹取角度为12°、夹持力度为3N时,在40株/min取苗工作频率下,该取苗末端执行器自动取苗平均成功率为92.13%,取苗效果满意。     

移栽机取放苗机构的设计与控制

整排末端执行器实现了钵苗夹持和释放,其具体夹持和释放位置由取放苗机构来确定,取放苗机构是实现末端执行器定位关键机构,其定位准确度直接影响钵苗取送的成功率。在末端执行器和分苗机构确定的基础上,将两者结合并实现末端执行器的定位,完成钵苗的整排取放。将单个末端执行器通过滑块固定在水平直线导轨上以保证末端执行器位于一条直线上;将末端执行器和分苗机构整体通过滑块固定在垂直导轨上以确保取放苗时整排末端执行器垂直上下运行;分苗机构通过活动端实现末端执行器的聚散。据此构建取放苗机构的三维模型,确定各执行元件的类型和具体型号,搭建取放苗控制系统进行钵苗整排取放试验,结果表明取放苗机构满足钵苗整排取放要求。     

基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器设计与试验

穴盘苗疏植移栽是设施农业育苗的关键步骤,可为幼苗提供优良的生长环境,实现增产增收。针对疏植移栽环节中,可调株距设备自动化程度低,人工作业效率低下,易损苗伤苗等问题,本文设计了一种基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器,可实现不同株距之间的疏植移栽作业。首先,对末端执行器整体结构进行设计,确定其工作原理;其次,通过理论分析确定圆柱凸轮与取苗手指各关键参数,并分析其作业状态下受力情况;然后,利用EDEM与Recur Dyn建立苗钵根土复合模型,进行耦合仿真单因素模拟试验,确定后续正交试验因素范围;最后,搭建了穴盘幼苗疏植移栽试验平台,以取苗针夹角、入土角、取苗针间距和变距速度为试验因素,以苗钵最大形变量和移栽成功率为试验指标,进行正交试验。在最优参数组合为取苗针夹角10°、入土角4°、取苗针间距8 mm、变距速度5 mm/s下,选取128穴至72穴与72穴至50穴两种疏植移栽要求进行验证试验,移栽后128穴钵体形变量平均值为(1.13±0.68) mm, 72穴钵体形变量平均值为(1.51±0.64) mm。总移栽成功率为93.33%,整机移栽效率为22株/min,满足不同穴盘规格疏植作业...     

可调节式甘蓝钵苗取苗末端执行器设计与试验

针对现有取苗末端执行器取苗针间距固定、适应性差,难以实现按需调整以适应移栽过程中不同规格穴盘钵苗取苗的问题,设计了一种插入针间距可调的针式取苗末端执行器。该执行器由直流电动推杆驱动,取苗针沿根钵四角倾斜插入。通过调整调节滑块和针座在支架上的位置,实现取苗针间距的调整。本文以72穴、128穴和200穴3种规格甘蓝穴盘所育钵苗为研究对象,研究了3种规格穴盘钵苗苗龄对根钵形成与甘蓝幼苗生长发育的影响,确定了取苗末端执行器主要结构参数,并对取苗瞬间进行了受力分析。在根钵均已形成的前提下,运用EDEM对根钵提取进行单因素仿真模拟,以穴盘规格、取苗加速度、取苗针插入边距比和根钵含水率为试验因素,根钵完整率和取苗失败率为评价指标,采用L9(34)正交试验,考察试验因素对评价指标的影响,通过极差分析、方差分析和综合加权法,得到各因素对评价指标影响的主次顺序为取苗加速度、根钵含水率、穴盘规格、插入比;得到优选参数组合：取苗加速度为0.1m/s2,根钵含水率为56.2%,穴盘规格为128穴,插入边距比为15%,此时根钵完整率为97.93%,取苗失败率为0.81%。     

基于TRIZ理论的圆草捆打捆机创新设计

针对圆草捆打捆机卷捆完成后，需要停车来继续捆网和吐捆动作，造成时间间断，增加燃油消耗，影响作业速度，工作效率低等问题，利用TRIZ理论中系统功能分析和因果分析法对问题进行分析，找到问题产生的原因，并运用物-场模型和物理矛盾对机具进行创新设计，提出了提高圆草捆打捆机工作效率即不停车缠网的设计方案。      

TRIZ理论在圆捆缠膜一体机设计过程中的应用

TRIZ理论是产品开发专业人员解决问题、开发策略和最大化价值的一个工具。通过介绍TRIZ理论在圆捆缠膜一体机设计过程中的应用，说明TRIZ理论在产品设计过程中的重要性。      

TRIZ方法在面板堆石坝面板抗裂中的应用

针对面板堆石坝工程的面板开裂问题，依据TRIZ理论进行分析优化可有效减少面板开裂问题。面板裂缝问题制约混凝土面板堆石坝的发展，面板裂缝的成因主要有面板脱空、温度应力和干缩应力等。通过TRIZ理论的系统分析、因果分析和物场分析等，提出4种消除面板裂缝的方案，运用TRIZ工具进行求解，并对生成的4个方案进行优化。通过TRIZ理论得出的方案可为实际工程提供较好的理论指导意义。      

基于TRIZ理论的机械式打瓜排种器创新设计

现有打瓜排种器主要以气吸式为主,其结构相对复杂、功耗较高,工作可靠性以及排种精密度有待进一步提高。为解决现有打瓜机械化播种存在结构复杂、排种精密度不高等问题,运用TRIZ理论设计了一种机械式打瓜精量排种器。基于TRIZ理论确定打瓜排种器的主要技术矛盾,应用矛盾矩阵中所对应的发明原理,设计出一种结构相对简单、排种可靠性较高及功耗较低的机械式打瓜精量排种器,运用Solidworks建立排种器三维模型并对关键部件进行有限元分析,最后结合台架试验,选取排种器转速和取种块结构参数进行性能试验验证。研究表明,仿真分析结果满足设计要求,当排种器转速为43 r/min,取种块有效夹持长度和宽度分别为9 mm、7.8 mm时,排种器的合格指数、重播指数及漏播指数分别为83.87%、9.23%、6.90%,排种性能较优化前有较大的提升,基本满足精量排种要求。进一步证明基于TRIZ理论所设计的打瓜排种器方案可行,为机械式打瓜精量排种器的后续研制和研究提供参考。     

基于TRIZ理论的自走式青饲机喂入液压反转机构设计

针对目前青饲料收获过程存在因切割不畅导致的喂入堵塞以及收获效率低的问题，应用TRIZ理论对自走式青饲机喂入部分进行创新设计研究。最终设计出一种结构合理、操作方便的青饲机喂入液压反转机构，解决了喂入堵塞问题，提高了工作效率。      

小型蔬菜移栽机选型

移栽是蔬菜生产中的一个重要环节。目前京郊蔬菜生产移栽环节基本采用人工移栽，劳动强度大，生产效率低，生产成本高，与蔬菜规模化、集约化和高效化种植不相称，严重制约了京郊蔬菜产业的健康持续发展。针对此问题，开展小型蔬菜移栽机选型研究。选用近几年试验示范比较成功的3种小型蔬菜移栽机:现代农装牵引式2ZB-2型吊杯式移栽机、宝鸡鼎铎电动自走式2ZB-2型移植机和东风井关2ZY-2A（PVHR2-E18）型蔬菜移植机，通过田间试验与使用情况调研相结合，分析3种参试机具作业质量、作业效果、作业效率和作业成本等技术指标，筛选适合京郊蔬菜移栽的移栽机械。结果表明，3种移栽机移栽效果均达到了移栽的农艺要求。在面积较大园区规模化移栽时，采用牵引式移栽机效率最高，收益最好；在比较低矮的钢架大棚中移栽，电动自走式移栽机效果最好，且该移栽机1个人就能操作，在规模较小的园区十分适用；东风井关移栽机移栽效果最好，同时能很好地完成生菜等192穴小苗的移栽，适用于需要移栽小苗，或对移栽效果要求较高的园区。研究结果可为菜农选择蔬菜种植移栽机提供参考。      

基于TRIZ进化理论的产品创新设计

提出了基于不同视角的产品创新设计过程统一模型,并将TRIZ进化理论集成到产品创新解的产生环节.利用TRIZ进化理论,确定产品进化较差的进化路线,预测未来技术的可能结构状态,指导设计者沿着正确的方向产生创新解,实现了产品的快速创新设计.通过实例分析,表明该方法在实际产品设计过程中的可操作性和有效性.     

基于TRIZ理论的打捆机捡拾喂入系统改善

针对打捆机捡拾喂入系统在捡拾喂入牧草时，由于牧草缠绕、堆积导致捡拾喂入系统堵塞，机器无法正常打捆作业的问题，运用TRIZ理论中裁剪原理和技术矛盾分析，提出了两种改善方案可以有效防止牧草缠绕及堆积，避免系统堵塞，进而改善打捆机捡拾喂入效率。通过对比分析，择优选择空心螺旋输送器方案。对打捆机样机改进设计后进行田间试验验证，结果表明防止捡拾喂入系统堵塞效果明显，充分证明了TRIZ理论运用于改善打捆机捡拾喂入系统的合理性和可行性。      

基于TRIZ理论的玉米果穗分配装置创新设计

研究了国内外玉米收获模式，分析了目前国内市场果穗类玉米收获机采用的果穗分配装置（在玉米收获机中，该装置被称为分配器）的结构特点，针对普遍存在的果穗分配不均，导致下一流程剥皮装置各剥皮通道负荷不等，造成的各组剥皮辊磨损程度不均衡，从而降低剥皮装置乃至整机可靠性等问题，采用TRIZ理论进行了创新设计，设计了一种新型果穗分配装置。      

葡萄种植中土石分离混料机的设计——基于TRIZ理论

针对宁夏贺兰山东麓葡萄种植基地,葡萄种植定值沟的挖掘作业步骤繁琐、耗费时间长,劳动强度大、工作效率低等现状,基于TRIZ理论并运用技术矛盾冲突设计了土石分离混料机。该机是集土石分离、土壤与农家肥混合并回填定植沟等作业同步进行的机械设备,彻底改变了人工捡石、施肥、旋耕、机械挖掘等传统的作业模式,大大节省了人力、物力,并提高了葡萄种植定植沟挖掘作业的工作效率。