机械移栽黄瓜穴盘苗育苗品质评价与试验

为了得到兼顾生长质量和机械移栽性能的黄瓜穴盘苗,以育苗基质配比（草炭∶珍珠岩∶蛭石混合体积比为2∶1∶1、3∶1∶1和4∶1∶1）、基质压实度（基质与穴孔的体积比为1.0、1.2和1.4）和营养液浓度（营养液电导率为1.0、1.2、1.4mS/cm）为因素开展正交试验。进行压缩和拉拔试验,测量黄瓜穴盘苗的抗压力和脱盘力;计算黄瓜穴盘苗的壮苗指数;利用X射线μCT扫描仪对苗钵进行检测和根系三维重构,在垂直方向用根系分布密度最小和最大值的比值表达根系均匀程度,水平方向上用外围根系分布密度表达根系包裹苗钵的紧密程度。通过方差分析可知各因素对试验指标有不同程度的影响。以苗钵的抗压力、脱盘力、壮苗指数、根系均匀系数和外围根系分布密度为优化目标,用综合评分法得出当育苗基质配比为3∶1∶1、基质压实度为1.2、营养液电导率为1.2mS/cm时,育苗品质最优。在取苗频率为43、48、53株/min时进行取苗试验,结果表明,在该组因素组合条件下,苗钵破损率分别为3.6%、3.9%和4.3%,取苗成功率为97.2%、96.1%和94.8%,优于其它因素组合的试验结果,与综合评分方法优选的结果一致。     

穴盘苗移栽机取送苗装置设计与试验

育苗移栽是农作物增产增收的一项有效措施,为了提高穴盘苗移栽的可靠性和作业效率,对穴盘苗移栽机的取送苗装置进行优化设计和试验研究。对取苗机构和送苗机构进行力学分析与结构设计,确定其最优结构和参数。土槽试验结果表明:移栽机取苗速度为40株/min时,取苗成功率为97.21%,穴盘苗平均基质损失率为7.97%,栽植成功率为95.40%,作业可靠性达到92.74%。移栽机移栽作业各项指标满足农艺要求,可为小型移栽机的设计提供理论参考。     

蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置设计与试验

针对目前穴盘蔬菜自动移栽中钵苗离盘转运至导苗筒过程钵体损伤大、机构轨迹复杂及机电气控制成本高等问题,设计了一种由纵向移盘机构、顶苗机构、横向移盘机构、导苗筒、夹苗机构等组成的纯机械传动式蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置。利用功能-动作过程-动作法(F-P-A法)对穴盘苗自动输送过程进行动作分解,确定了符合各环节动作要求的机构形式;运用运动建模、仿真和精度综合分析等方法,并结合农艺与动力学要求,得出横向移盘机构圆柱凸轮最大压力角α_(max)=29.32°,夹苗机构的苗爪翻转凸轮行程hp=29 mm等关键部件参数;基于建立的时序分析模型,利用Visual Studio编写了可视化的蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置时序分析程序,通过对各机构动作进行匹配,优选出一组最佳参数:纵移机构初始相位角φ_z=185°,顶苗机构初始相位角φ_d=108°,曲柄长度a=78mm,连杆长度b=112 mm,偏距e=20 mm,苗爪翻转机构初始相位角φ_f=15°,苗爪开合机构初始相位角φ_k=135°。以苗龄期45 d、3种不同含水率的番茄穴盘苗为试验对象,进行自动输送试验。结果表明:穴盘苗基质含水率和取苗速度对装置取苗成功率均有影响,呈负相关,基质损失率则与取苗速度关系不大;该装置能够实现140株/min的取苗速度(取苗成功率超过95%),当基质含水率为符合育苗规范的32.79%时,取苗成功率98.44%、基质损失率36.67%,满足移栽农艺要求且远超人工移栽效率。     

温室穴盘苗自动移栽机设计与试验

针对种苗从高密度穴盘移植到低密度穴盘,或者从穴盘直接移植到花盆的温室穴盘苗移栽生产需要,设计了一种轻简型自动移栽机。利用成熟的直线模组和无杆气缸组合设计出自动移栽机械臂,驱动取苗末端执行器往复于来源盘和目标盘进行取苗、移苗、栽苗操作,采用双排链传动实现穴盘和花盆输送,对穴盘苗的夹取操作采用气动两指四针钳夹式夹钵取苗方法。根据所设计的移栽机工作要求,构建电气控制系统。试制样机,开展试验研究。采用直线位移传感器系统检测分析机器取苗移栽移位性能,结果显示对于128/72孔穴盘苗,移栽效率分别达到1 221株/h和1 025株/h,运用单样本t检验法分析得到实测取苗移位间隔与理论设定穴孔间隔无显著差别,标准差低于0.5,整机工作精度准确。以当地自行培育的种苗为移栽对象,进行温室穴盘苗移栽生产试验,对比分析自动取苗移栽效能,结果显示多种穴盘苗移栽成功率平均达到90.70%,苗钵夹取破碎率低于5%,自动取苗移栽效果较好。     

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%。     

番茄穴盘苗移栽机自动取苗机构的研制

为解决新疆穴盘苗移栽机的取苗机构自动化程度不高的问题,建立穴盘苗移栽机取苗机构的虚拟样机,并使用ADAMS对其进行运动仿真分析。同时,以取苗成功率为性能指标,以基质含水率、抗压力、摩擦角和翻转比为影响因素,进行正交试验。经过仿真分析,设定顶杆的顶出速度范围为1.5~2.3m/s,取苗效果理想。最终确定基质含水率为35,%的穴盘苗,基质抗压力为6N、摩擦角为35°时取苗成功率最高。该研究旨在为自动取苗机构的进一步设计、优化和研制提供理论依据。     

茄子穴盘苗形态及力学特性试验研究

为了给茄子穴盘苗移栽机自动取苗机构的设计及试验研究提供理论支持，对茄子穴盘苗形态及力学特性进行研究。为快速、准确地测定茄子穴盘苗的形态特性，采用机器视觉系统对适移栽茄子穴盘苗的苗高、茎秆直径、苗冠直径、叶片长度及叶片位置参数进行测定，得出茄子穴盘苗的苗高范围为134.33～150.20mm,茎秆直径范围为1.83～3.06mm,自然状态下苗冠直径范围为128.57～155.77mm。采用MatLab2018b对试验数据进行分析，得知茎秆直径与苗高正相关；自动取苗机构取苗后，在不改变运动方向的情况下，运动距穴盘至少160mm后，才能进行翻转动作；取苗机构开合距离取10mm;为防止穴盘苗移栽过程中叶片损伤及挂苗现象的发生，需设计防叶片张开机构。力学特性测定试验表明：茄子穴盘苗基质含水率范围为30%～40%,机械手取苗力为3.0N,基质损失率为7%,移栽效果较优。     

与自动移栽相关的不同蔬菜穴盘苗力学特性

以黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗为研究对象,通过夹苗拉拔试验测试分析穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附特性,采用平板压缩方式研究钵体抗压特性,并对幼苗茎秆和叶子进行拉伸破坏测试。试验表明:在穴盘苗自动移栽过程中,夹取针夹紧钵体的夹取力主要用于克服穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附力作用;在同等的育苗条件下,黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗的夹取力大小依次为辣椒黄瓜茄子;不同穴盘苗钵体的抗压能力相近;与辣椒、茄子穴盘苗相比,黄瓜幼苗更容易拉断,3种穴盘苗叶子拉断破坏强度相近。在设计取苗机构、夹持器和推苗装置时,应考虑必要的避苗措施,以提供更多的空间让出幼苗植株。     

自动顶-夹式蔬菜穴盘苗取苗装置设计与试验

为了提高蔬菜穴盘苗移栽机的作业效率,设计了一种钵苗体底部先顶出后夹取式自动取苗装置。根据该装置工作特点及取苗农艺要求,对其关键部件进行设计分析,并建立了运动学模型。以理论模型为基础,采用Visual Studio软件开发了取苗装置动作时序分析程序,完成了参数优化。室内试验表明:针对3种不同基质含水率的番茄穴盘苗,该装置能够实现140株/min的取苗速度,成功率超过95%;基质含水率在32.79%时,取苗成功率较高。     

吊杯式移栽机构中番茄穴盘苗运动分析优化与试验

吊杯式移栽机构的投苗杯向栽植器喂苗时,番茄穴盘苗与栽植器的碰撞导致苗钵质量受损。为此,建立番茄穴盘苗与栽植器的接触力学模型和碰撞运动模型,用赫兹理论得到苗钵最大接触力方程,用冲量和冲量矩定理得到苗钵和苗茎与栽植器的碰撞运动方程,在此基础上用目标规划法建立多目标优化函数,得出栽植器角速度为1.18 rad/s和1.31 rad/s时,接苗角取72°和番茄穴盘苗的株高取12 cm,有利于减小苗钵质量损失。利用高速摄像试验观察碰撞运动,得出苗钵与栽植器的碰撞是弹塑性碰撞,苗钵和苗茎与栽植器的碰撞都会改变番茄穴盘苗的运动速度和姿态,使番茄穴盘苗与栽植器发生二次碰撞。苗钵破碎性试验表明,工作参数优化后的番茄穴盘苗质量损失分别为9.67%和8.43%,优于其它参数组合的试验结果。     

穴盘苗自动移栽机取苗装置研究现状及展望

对取苗装置的研究提高穴盘苗移栽的质量和效率。阐述国内外取苗装置的研究现状,根据取苗方式的不同,将取苗装置分为夹取式、插拔式、顶出式和顶夹结合,并结合穴盘苗自动移栽机取苗装置的发展和推广,分析其存在取苗效率与取苗成功率相矛盾,育苗穴盘不标准,效率低、苗体损伤大,农机与农艺脱节等问题,进而分析发现可以通过提高穴盘苗自动移栽机取苗装置的通用性,实现对钵苗无损伤取苗和穴盘苗自动移栽机取苗装置智能化,研制出适合我国农艺的穴盘苗自动移栽机取苗装置。     

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。     

茄子钵苗全自动移栽机构优化设计与试验

为了实现茄子钵苗的全自动机械化移栽,设计了一种全自动茄子钵苗移栽机构,提出了一种以牛顿插值法构建的新型非圆齿轮,建立了茄子钵苗移栽机构运动学模型。通过农艺与农机的结合,以钵盘规格、基质体积比、土钵含水率为试验因素,取苗力与土钵基质损失率为试验指标,进行了三因素三水平的正交试验,试验结果表明,钵盘规格105穴、基质体积比1、土钵含水率70%~80%时,取苗力为2.70 N,土钵基质损失率为2.94%,利于茄子钵苗的全自动机械化移栽。根据移栽机构数学模型结合茄子钵苗农艺要求,开发了牛顿插值齿轮茄子钵苗移栽机构优化设计与分析软件,优化出一组满足茄子钵苗移栽要求的参数。根据优化的参数进行三维建模、虚拟仿真,运用3D打印技术制作物理样机进行了轨迹验证试验,验证了该机构的正确性与可行性,通过取苗试验与栽植试验,证明了该机构的实用性。     

双排移栽机械手联动式高速移栽装置设计与试验

为了提高自动移栽机移栽效率,设计一种双排移栽机械手联动式高速移栽装置。利用安装在两个移栽臂上的双排移栽机械手交替取苗和栽苗的方法,采用联动控制方式使移栽效率翻倍。通过优化移栽机械臂和移栽机械手结构,并对其关键部件进行参数设计和运动学分析,综合考虑影响移栽成功率的关键因素,确定穴盘苗苗坨含水率、苗龄、爪针限位孔中心距为试验因素,以200穴欧石竹穴盘苗为试验对象,进行单因素试验和多因素正交试验,确定双排移栽机械手联动式高速移栽装置的最佳工作参数。试验结果表明：当穴盘苗苗坨含水率为32.6%、苗龄为46d、爪针限位孔中心距为16.7mm时,取苗成功率为94.7%,与软件计算结果94.2%接近,符合花卉、蔬菜移栽作业的技术要求。     

穴盘苗自动移栽机取苗爪工作参数试验研究

为了提高旱地穴盘苗移栽的作业效率,对自动移栽机的关键部件取苗爪进行了研究;同时,对圆盘凸轮机构的两针式取苗爪进行结构与原理分析,确定了工作参数,包括夹持角度、秧针长度、取苗角度。经过多因素试验,完成了对工作参数的优化,结果表明取苗爪的设计满足穴盘苗的移栽要求,取苗成功率达到95%。     

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。     

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...     

蔬菜移栽机气吹振动复合式取苗机构设计与试验

针对我国全自动蔬菜移栽机取苗、投苗机构复杂等问题,设计了一种蔬菜移栽机气吹振动复合式取苗机构及其配套苗盘。设计的取苗机构主要由送苗装置、振动装置和气吹装置等组成,各部分配合完成自动取苗、投苗工作。构建了振动过程中苗盘与钵苗的动力学模型,通过分析钵苗取苗条件,求解出振动过程中影响取苗成功率的3个主要参数:振动频率、振幅以及钵苗基质含水率。综合考虑振动与气吹相结合的取苗方式,以取苗成功率、基质破损率作为取苗效果评价指标,选取钵苗基质含水率、振动器振动频率、吹气气压为试验因素,进行多目标正交试验。试验结果表明:在给定因素水平下,当钵苗含水率为55%、振动器振动频率为36 Hz、吹气气压为0. 45 MPa时,取苗效果最佳,此时取苗成功率为92%,基质破损率为3. 46%。     

无纺布容器苗自动换钵移盆二次移栽机设计与试验

针对无纺布容器苗在换钵移盆过程中存在的基质填充不完善导致根系过浅裸露,移栽机自动化程度过低导致移栽效率过慢等现象,设计了一种基于无纺布容器苗的全自动二次移栽机。对柔性机械爪的关键部件进行参数设计以及受力分析,结合RecurDyn刚柔耦合仿真对移栽机械臂运动状态进行优化设计,通过运动学分析进行优化。综合考虑影响移栽成功率的关键因素,确定以二次填土作用力率、苗体基质含水率、夹取针间距为试验因素,以60穴香榧幼苗为试验对象,通过正交试验确定最佳工作参数。试验结果表明：当二次填土机构作用力率为83.51%、夹取针间距为19.66mm、苗体基质含水率为33.45%时,移栽成功率为95.29%,与验证性试验的95.33%基本一致,满足高速、高效移栽要求,为林木无纺布容器苗二次移栽领域提供参考。     

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。