旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂设计与试验

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂是移栽作业的执行部件,控制取秧和推秧动作,直接影响移栽机构取秧和推秧的成功率。针对原水稻钵苗移栽机构存在取秧时间长、成功率偏低,无推秧装置、推秧效果差等主要问题,对其移栽臂结构进行改进设计,优化凸轮机构,减小凸轮推程运动角,增加推秧装置。建立机构虚拟样机,研制机构物理样机,开展机构虚拟运动仿真和高速摄像运动试验。比较虚拟仿真和高速摄像试验移栽机构夹取秧苗时间的缩短情况,结果基本一致,表明移栽臂的改进设计是正确和合理的。开展安装不同凸轮机构和有无推秧装置的移栽机构的取秧试验,改进后的机构取秧成功率和推秧成功率分别为94.3%和98.6%,远高于改进前的82.9%和88.6%,表明改进后的机构能够更好地满足水稻钵苗移栽工作要求,且具有很好的工作性能。     

番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明：探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。     

变行距水稻钵苗移栽机移栽装置设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机移栽行距固定、不能适应南方双季稻区不同行距移栽农艺要求的问题，在歩距式水稻插秧机基础上，设计了一种取苗轨迹简单、实用及性能可靠的变行距钵苗移栽装置。根据钵苗最佳拔取角度与取、投苗位置要求，确定取苗运动轨迹，设计取苗连杆机构，建立运动学模型，并应用Matlab对机构模型进行优化设计；根据取苗连杆机构运动参数与钵苗下落姿态的要求，设计苗夹开合与旋转运动控制凸轮，并进行取苗连杆机构与苗夹机构之间运动同步性的运动仿真分析；为满足钵苗经过输苗筒后下落至水田时刻的一致，以保证移栽时钵苗株距均匀性，对输苗筒的关键结构进行了理论分析及设计；进行不同取苗速度、不同行距的移栽试验，平均取苗成功率达到89.96%，平均倒苗率3.45%，表明该装置具有较好的移栽效果，可应用于水稻钵苗变行距移栽作业。     

旱田钵苗移栽机纵向送苗机构优化设计与试验

针对传统方法设计纵向送苗机构难度大,缺少适用于高效旱田钵苗移栽机的纵向送苗机构的问题,设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构。根据机构特点与旱田钵苗移栽纵向送苗要求,建立了运动学模型与优化目标,设计纵向送苗机构优化设计软件,得出满足设计要求的结构参数。建立了机构三维模型,试制了物理样机。根据软件优化结果,运用二次正交旋转中心组合试验方法对棘轮结构进行优化设计,以棘轮驱动面高度x_1、棘轮定位面高度x_2、取苗转速x_3为试验因素,以送苗成功率y为试验指标,进行了参数优化试验,结果表明:x1=2. 32 mm、x_2=3. 5 mm、x_3=100 r/min时,送苗成功率达到99. 85%。取x_1=2. 3 mm、x_2=3. 5 mm、x_3=100 r/min进行验证试验,得出送苗成功率为99. 17%,结果满足设计要求。     

探入式番茄钵苗移栽机构设计与试验

为了避免移栽机构在夹取秧苗过程中对秧苗茎秆造成损伤,针对夹取土钵的取苗方式,提出了一种探入式番茄钵苗移栽机构。依据结构特性和工作原理,建立了机构运动学理论模型,根据设定的优化目标开发了移栽机构优化设计软件,通过优化得到一组符合番茄钵苗移栽要求的结构参数。对栽植臂绝对转角和移栽机构绝对运动轨迹进行分析,验证了机构的合理性和可行性。建立了探入式番茄钵苗移栽机构的三维模型并虚拟仿真,对物理样机进行了高速摄影试验验证,通过对移栽机构实际工作轨迹与理论及仿真轨迹进行对比分析,验证了机构设计的正确性。对机构进行性能台架试验,取苗成功率为92. 8%,移栽成功率为89. 7%,栽植合格率为86. 4%,栽植优良率为59. 4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。     

棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构设计与试验

为了研究棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构的可行性,分析了水稻钵苗移栽纵向送秧机构的工作原理和棘轮齿轮式机构的传动特性,针对高速回转式水稻钵苗移栽机送秧机构需满足传动平稳、传动比精确、工作可靠性好、作业中没有积累误差、振动和噪声小的特点,设计棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构,对其结构设计中的重要几何参数建立了数学模型,进行了优化,采用CAD/CAE软件建立虚拟模型。对该机构进行了台架试验,结果表明,该种传动形式的纵向送秧机构能够满足高速回转式钵苗移栽机的工作要求,为研发高速回转式钵苗移栽机纵向送秧机构提供了理论和实践依据。     

三臂回转式水稻钵苗移栽机构反求设计与试验

针对前期正向设计得到的三移栽臂水稻钵苗移栽机构应用中存在绝对运动轨迹回程段前倾造成秧苗回带,以及推苗角偏小造成推苗直立度差的问题,提出一种基于局部运动轨迹的反求设计方法完成三臂回转式水稻钵苗移栽机构设计。首先,分析机构绝对运动轨迹和相对运动轨迹之间关系,结合原机构存在的问题预设局部较理想绝对运动轨迹回程段轨迹、取推苗角,确定移栽机构局部相对运动轨迹关键位置点,应用三次非均匀B样条曲线拟合生成相对运动轨迹;然后,建立基于相对运动轨迹的移栽机构反求设计模型,开发了基于Matlab的反求设计辅助分析软件,优化获得满足设计目标的移栽轨迹和机构参数;最后,对三臂回转式水稻钵苗移栽机构进行了结构设计、虚拟仿真与样机试验,结果表明：仿真轨迹、样机试验轨迹与理论计算轨迹基本一致,且移栽臂推秧角较原机构增大了9.08°以上、绝对运动轨迹回程高度大于120 mm、取推苗角度差与秧箱实际安装角误差控制在±2°以内,满足水稻钵苗高直立度移栽要求,验证了所提出方法和三臂回转式水稻钵苗移栽机构设计的正确性。     

非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构优化设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机构结构复杂、成本高或工作效率低、振动大等问题,提出一种由1个不完全非圆齿轮、6个非圆齿轮和2个移栽臂组成的非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。分析了该移栽机构的工作机理,采用一种基于人机交互的参数优化方法,编制移栽机构的优化设计软件,得到一组实现水稻钵苗移栽较优工作轨迹和姿态的机构参数。建立移栽机构虚拟样机,研制移栽机构物理样机,开展虚拟样机运动仿真分析和物理样机高速摄影运动学试验,得到机构移栽臂的秧针尖点静轨迹和姿态。理论计算和实际测量得到的推秧角与取秧角角度差分别为53.52°与52.53°,误差为1.45%;仿真分析、试验测试结果与理论分析结果基本一致,验证了移栽机构设计方法和结果的正确性,以及机构应用于实际机器的可行性。     

水稻钵苗移栽机试验研究

水稻钵苗移栽是一种利用钵盘育秧的水稻移栽技术,是水稻种植过程中的重要环节。由机械替代人工完成移栽是推广钵苗移栽技术的关键。为此,在以五杆双曲柄分插技术为核心的水稻钵苗移栽机上进行试验研究,结果表明:水稻单穴内秧苗拉拔力小于抗拉断力,取苗秧夹夹持秧苗茎秆的取苗方式可行;水稻钵苗移栽机栽深和株距可控,栽植翻倒率为16.7%,漏插率为14.7%,伤秧率为3.4%,栽后第2天长型根,基本无缓苗;由根系生长来看,钵体苗表现更为粗壮,抗倒伏能力强;产量较同期毯状苗机插每穗平均增加4.6%。同时,针对水稻钵苗移栽机试验中所产生的作业质量、效率等问题,分析了农机和配套农艺问题,旨在对后续机具的研发提供参考,为水稻高产稳产提供技术支撑。     

高速水稻钵苗移栽机送秧装置设计与试验

为满足高速水稻钵苗移栽机对送秧装置提出的稳定、精准、快速的送秧要求,设计了一种新型送秧装置。此装置减小了移栽机构在取秧过程中秧箱横向移动的距离,提高了高速工作时纵向送秧的精度和稳定性。对新型横向移箱装置和纵向送秧驱动机构的工作原理进行了分析,建立了纵向送秧驱动机构的运动学模型,并通过Matlab软件求得一组可行的设计参数。加工了试验台,并进行了试验验证。结果显示,其横向移箱装置较传统移箱方式,在移栽机构取苗过程中秧箱横向移动距离减少了37%;其纵向送秧单次误差控制在±2 mm以内,且未出现累积误差。研究提出的送秧装置及其设计方法可应用于移栽速度在200~250次/min的高速水稻钵苗移栽机上。     

全自动滑道式旱地钵苗移栽机构设计与试验

针对目前移栽机构取苗速度快导致钵苗易损伤和栽植器在栽植过程中水平方向与地面存在相对运动导致钵苗栽植直立度低等问题,设计了一种全自动滑道式旱地钵苗移栽机构,该机构通过滑道控制栽植臂实现取苗、送苗、栽植和复位功能,使取苗和栽植运动轨迹和运动速度达到最优状态。通过对移栽机构的理论分析,建立运动学模型。基于VB开发了计算机辅助优化设计软件,优化出一组满足理想移栽轨迹要求的机构参数,根据此参数对移栽机构进行整体设计,完成三维建模。应用ADAMS软件对移栽机构进行运动学仿真分析,验证了设计的合理性。在物理样机上利用高速摄像系统进行了轨迹验证试验,通过对比可知理论轨迹、仿真轨迹与样机工作轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。在栽植频率为62株/min工况下进行了机构性能试验,结果表明平均取苗成功率为95%、秧苗平均栽植直立度为82°、秧苗平均直立度合格率为93.4%,满足钵苗移栽要求。     

小株距高密度蔬菜植苗机构设计与试验

针对现有植苗机构用于小株距蔬菜移栽时出现的轨迹不合理、穴口太大及秧苗直立性差等问题,提出一种适用于蔬菜小株距高密度移栽的史蒂芬森(Stephenson)型六连杆植苗机构。首先,建立史蒂芬森型六连杆植苗机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发植苗机构辅助分析优化设计软件,分析了不同机构参数对植苗轨迹姿态的影响,并通过优化人机交互的方式得到一组满意的机构参数;其次,对植苗机构进行结构设计,三维建模并进行虚拟样机仿真,搭建试验台并进行空转试验得到实际植苗轨迹,将理论轨迹、虚拟仿真轨迹和实际植苗轨迹进行对比,三者轨迹基本一致,验证了该植苗机构设计的合理性。最后开展了植苗试验,在转速20～40 r/min下进行植苗试验时,植苗平均合格率91.7%,移栽后钵苗株距控制在110 mm左右,直立度接近于90°,满足小株距高密度移栽要求,验证了植苗机构具有较好的可行性和实用性。     

蔬菜移栽夹茎式取苗装置设计与试验

针对半自动移栽机作业效率低、作业质量差的问题，设计了一种面向蔬菜移栽机器人的夹茎式自动取苗装置。取苗装置经过整排取苗、等距分苗、精准投苗，可实现高效、高质自动化取投苗作业。建立多级剪叉分苗机构与夹苗装置的运动力学模型，对钵苗下落运动、气动系统进行模型设计及分析计算，搭建取苗试验装置。试验选取穴盘辣椒苗作为研究对象，以钵苗苗龄、基质含水率、取苗频率为试验因素，设计以取苗成功率、基质破碎率为评价指标的单因素试验。根据试验结果，采用Box-Behnken响应曲面分析法设计正交试验，探究了苗龄与基质含水率、苗龄与取苗频率及基质含水率与取苗频率之间的交互作用对取苗效果的影响，优化取苗参数。试验结果表明，当苗龄33 d、钵苗基质含水率46%、取苗频率75株/min时，取苗成功率为97.36%,基质破碎5.07%,可满足大田自动化移栽的取苗及投苗要求。     

水稻钵苗膜上移栽机构优化设计与试验

膜上栽植技术可以有效防止水土流失、有利于有机水稻种植,钵苗移栽可以提高产量。为了将两种农艺相结合,提出一种膜上开孔并实现水稻钵苗栽植的移栽机构,能有效避免因破膜与水稻栽植不同步而造成的秧苗损伤。分析了移栽机构的工作机理,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助分析优化设计软件,并得到一组满足膜上移栽要求的结构参数。建立三维模型,并利用ADAMS软件完成虚拟样机仿真。设计物理样机,进行高速摄影运动试验。样机试验结果与理论分析所得轨迹基本一致,验证了移栽机构设计的合理性与正确性。在试验台架上完成了取苗试验与膜上栽植试验,取苗成功率为92.8%,膜上栽植的合格率为90%,满足膜上移栽的作业要求,验证了水稻钵苗膜上移栽机构的可行性。     

机械取喂苗装置驱动机构的设计与试验

针对半自动移栽机作业过程中人工取投苗劳动强度大、效率低等问题,设计了一种机械取喂苗装置,并根据机械取喂苗装置的设计要求,对装置关键部件进行分析与计算,确定其主要结构参数。借助SolidWorks软件对其进行运动学仿真分析,仿真结果满足设计要求。试制机械取喂苗装置进行试验,结果表明:当取苗速度为80株/min时,其取苗、投苗成功率均高于90%,符合机械化取投苗工作要求。     

蔬菜钵苗移栽机开沟式多杆植苗机构优化设计与试验

针对导苗管式蔬菜钵苗植苗机构高速植苗时合格率不稳定的问题,设计了一种具有扶苗和推苗作用的开沟式多杆植苗机构,并分析了该机构的工作原理,建立了运动学模型;以运动学模型为理论基础,利用Matlab开发了植苗机构辅助分析软件;结合钵苗栽植农艺要求建立优化目标,应用辅助分析软件及遗传算法工具箱优化得到满足要求的最佳机构参数;以此参数完成了结构设计和三维建模,并进行了虚拟仿真分析,验证了植苗机构设计的正确性;设计植苗机构物理样机并开展了半自动和全自动蔬菜钵苗植苗试验。试验结果表明,栽植速度不高于90株/min时,栽植合格率均达到95%以上;栽植速度为120株/min时,栽植合格率超过89%,表明该机构能较好地完成植苗作业。     

行星轮系水稻钵苗移栽机构正反求设计方法研究

为了解决现有行星轮系水稻钵苗移栽机构较难同时具备理想的移栽轨迹和姿态的问题,提出了正向设计与局部轨迹微调的反求设计相结合的设计方法。以非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的设计为例,阐述该方法的实现过程。建立行星轮系水稻钵苗移栽机构设计要求,并分析其工作原理,在前期正向设计的基础上,局部调整其移栽静轨迹,通过反求设计进一步优化设计移栽机构。进行局部反求设计的运动学分析和运动学建模,基于Matlab平台开发计算机辅助设计软件,通过人机交互的方式得到移栽机构的机构参数,使其不仅满足移栽臂移栽的姿态要求,同时获得更理想的移栽工作轨迹。根据最终得到的机构参数设计移栽机构结构,完成三维建模、虚拟仿真试验,加工、装配移栽机构物理样机,完成了高速摄像运动学试验。将移栽机构理论计算、虚拟仿真、样机试验得到的移栽静轨迹比较,同时逐一将轨迹相关参数、取秧角、推秧角、角度差等设计目标参数与相应数值化目标进行对比,结果显示,均满足要求,验证了设计方法的正确性。与以往单一的正向设计、反求设计方法相比,该方法设计的移栽机构不仅具有更优的移栽工作轨迹,也可满足较好的移栽姿态要求。     

蔬菜钵苗密植移栽机多行取苗机构设计与试验

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。