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。     

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。     

水稻钵苗纵向送秧装置的设计与试验

为满足水稻钵苗移栽机送秧装置精准稳定的送秧要求,设计一种新型纵向送秧装置。此装置采用链轮驱动,通过弹簧钢丝拨动钵盘实现纵向送秧,提高纵向送秧的精度和稳定性。分析新型纵向送秧驱动机构的工作原理,建立秧箱链轮机构的运动学模型,并通过Matlab软件优化出一组设计参数。设计并研制纵向送秧装置试验台,进行纵向送秧精度测试试验以及取苗试验。试验结果表明:纵向送秧的偏差量在±2 mm范围内,且多次试验没有产生累积偏差,符合设计要求;试验台的最低取苗成功率为91.37%,新型纵向送秧装置送秧效果良好,结构设计可行。     

夹钵式水稻钵苗移栽机构设计与试验

针对夹苗式水稻钵苗移栽机构取苗易失败,以及推秧爪推秧不充分影响钵苗直立度等问题,根据水稻钵苗移栽机构的工作要求,提出了一种夹钵式水稻钵苗移栽机构。基于Visual Basic 6. 0开发了移栽机构辅助分析优化软件,分析了主要参数对移栽轨迹的影响,通过人机交互方式得到了一组满足移栽工作要求的机构参数。根据得到的机构参数,完成移栽机构的结构设计,进行了移栽机构的虚拟仿真分析,验证了移栽机构理论设计的正确性。设计了水稻钵苗移栽试验台并进行了移栽机构取苗试验,移栽机构回转速度设定为50 r/min时,平均取苗成功率为93. 06%,当转速为80 r/min时,平均取苗成功率为88. 89%,取苗成功率随着转速的提高而降低。研究表明,该机构具有较高的取苗效率和取苗成功率,可应用于水稻钵苗移栽机。     

水稻钵苗有序抛秧机精准送秧装置设计与试验

为满足水稻钵苗有序抛秧对送秧装置提出的精准、稳定、可靠的送秧要求,设计一种新型的送秧装置。该装置基于可降解钵苗盘整排送秧,在取苗过程中秧盘无需横向移动,采用鼠笼式平送机构、凸轮摇杆机构、四杆机构以及单向离合器机构相组合,提高了纵向送秧的精度和稳定性。针对可降解钵苗盘对纵向送秧提出的要求,完成关键部件的设计;对纵向送秧装置工作原理进行分析,建立纵向送秧机构运动学模型,并进行虚拟仿真分析,验证设计的可行性;试制加工纵向送秧装置,并进行试验验证。试验结果表明:设计的纵向送秧装置单次送秧出现一定的误差,但误差在2 mm以内,且未出现累计误差和漏送的问题。     

旱地钵苗自动移栽机设计与试验

针对目前国内半自动移栽机移栽效率低、综合经济效益不明显等问题,设计了一种旱地钵苗自动移栽机。该移栽机取苗部件利用齿轮五杆组合机构驱动取苗爪完成取苗动作,取苗爪采用插入基质单株取苗方式进行取苗;供苗部件采用不完全齿轮和螺旋凸轮轴组合的结构形式实现横向间歇进给供苗,利用棘轮棘爪机构保证纵向停顿供苗;栽植部件选用行星齿轮箱和鸭嘴式栽植器完成钵苗定植。试验表明:该旱地钵苗自动移栽机运转良好,工作性能可靠,作业效率为71.7株/(min·行)时,取苗成功率97.1%,漏栽率4.4%,满足预期设计要求,可为后期自动移栽机的设计与研究提供参考。     

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。     

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。     

玉米钵育移栽机自动供苗装置设计及运动仿真

随着大农业的发展,依靠建设高标准田和使用大型农机具使玉米产量和质量都有所提高,但产能空间有限。玉米钵育移栽是提高产量的重要措施之一。针对国内半自动移栽机移栽速度慢、移栽质量差、需要大量人工,国外移栽机结构复杂、成本高的问题,设计了一种由曲柄棘轮机构带动同步带实现送苗和行星齿轮系构成的切苗机构,并建立了机构的运动学模型和优化数学模型。同时,利用MatMLab进行优化求解,当连杆长度为254.88mm、摇杆长度为165.01mm时,传动效果最好,并利用SolidWorks软件进行了仿真分析。结果表明:在电机转速为90r/min时,供苗效果最好,完整度好,切割速度快,合格率高,能够满足移栽要求。该机构稳定性好、工作可靠,为全自动玉米钵育移栽机的研制开发提供了依据。     

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。     

基于Lab VIEW的苗盘输送控制系统设计

针对半自动移栽机移栽效率低的问题,设计开发了自动送盘系统。针对取苗机构位置固定,每次夹取1株钵苗的取苗方式,通过控制苗盘的横向和纵向间歇移动,实现钵苗逐个自动喂入,从而实现自动取苗。系统采用PC机作为上位机,由Lab VIEW构建控制系统操作界面;单片机作为下位机,接受传感器的检测信号和上位机发送的指令信号。试验验证表明:系统可以实时监测苗盘的运动位置和取苗工作状态,实现苗盘运动和机械手取苗的配合。     

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。     

基于精确多位姿解析的水稻钵苗移栽机构研究

由于现有的贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构移栽过程中存在移栽臂甩泥现象,通过分析其作业轨迹探寻问题引起的原因,并基于精确多位姿运动解析理论进行移栽轨迹改善与机构参数求解。根据移栽过程中夹苗开始、夹苗结束和推苗3个动作的位置和姿态要求,确定约束移栽轨迹的3个精确位姿点。将轮系式移栽机构的设计过程分解为开链2R机构(由去除输出齿轮以外的所有齿轮得到)的运动综合和不等速传动比设计两个阶段。基于给定连架杆长度三位置运动生成机构综合方法,建立开链2R机构圆心点(轮系机构的输入点)和圆点(轮系机构的输出点)曲线方程,并求解获得不同杆长时对应圆点和圆心点的位置曲线;拟合带关键点位置信息的期望轨迹,求解基于此轨迹的开链2R机构角位移并分析其单调性,实现机构总传动比的求解与分配;设计七齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构并进行仿真与台架试验。通过与原机构的理论与试验结果对比分析得出,新机构的移栽轨迹回程段与地面的夹角增加到90°,环扣高度增加到68 mm,推苗点与箱体回转中心最低点的距离增加到21 mm,改善了水稻钵苗的移栽质量。     

自动移栽钵苗输送装置理论分析与试验

针对移栽作业人工喂苗速度低的问题,设计了一种由圆柱凸轮为横移机构、槽轮-链传动为纵移机构所组成的自动移栽钵苗输送装置。利用解析作图法,并结合移栽农艺要求分别对纵移和横移机构进行理论分析,得出了输送装置的核心关键参数:横移凸轮基圆半径r0=6 5 mm,滚子半径r=1 2 mm,滚子宽度B=9 mm,槽轮槽数n=5。以苗龄期40天的西红柿穴盘苗(穴盘规格为16×8)为试验对象进行了钵苗输送试验,结果表明:横移机构单次供苗的最大误差为0.76mm,横移7次(供苗时苗盘每行需横移1次)累积误差小于0.2mm,供苗准确率超过97.9%;纵移机构单次供苗的最大误差为0.88mm,纵移7次(每盘8行,需纵向移动7次)累积误差不超过0.3mm,供苗准确率在97.5%以上。该机构在供苗过程中可连续作业,满足钵苗供苗的自动输送需求。     

轻简型杂交稻穴盘育秧精密播种机的设计与试验

为了培育适于机械化移栽的杂交稻钵体壮秧苗,满足杂交稻少本壮苗的农艺栽插要求和轻简化栽培的技术要求,研制了2SBB-500轻简型杂交稻穴盘育秧精密播种机。介绍了机具的组成、工作原理、主要技术参数及结构特点;创制了智能双充种室机构,实现了第一充种室空穴光电检测与预报、第二充种室智能振动复充填的构想;研制了智能双充种型孔滚筒杂交稻育秧精密播种器,解决了型孔滚筒育秧播种器作业过程中稻种在充种室内流动性差、充种可靠性低等问题,显著提高了播种性能。为了方便实现软钵盘后续直接进行摆盘作业,设计了一种软钵盘自动嵌放装置,解决了软盘育秧自动化作业的问题。试验表明:2SBB-500轻简型杂交稻穴盘育秧精密播种机功能齐全,自动化程度高,播种精度好,作业效率高,具有较好的应用前景。     

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。