旱地钵苗移栽复式作业机栽植机构优化设计与试验

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成,实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能,使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构,夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下,解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件,多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数;建立栽植机构三维模型,利用ADAMS运动学仿真分析,验证了栽植机构优化设计的合理性;样机田间试验表明,在钵苗高度约为15 cm、作业速度20 m/min工况下,钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%,满足旱地钵苗移栽要求。     

油菜钵苗开沟槽水平推苗栽植机构设计与试验

为了提高油菜钵苗移栽效率与质量,设计了一种适合厢面开沟槽水平推苗移栽的栽植机构。为了分析和优化该机构的结构参数,建立了数学模型和运动学方程,并编写了基于Matlab的人机交互式程序。结合油菜钵苗水平推苗移栽的农艺要求,探讨了栽植机构运动轨迹与幼苗移栽直立度合格率的关系。研究了水平推苗移栽的运动机理,优选了栽植机构杆件长度、安装位置和初始角度等参数,并根据该参数设计了油菜钵苗幼苗移栽试验装置。进行了栽植机构运动静、动轨迹验证试验和栽苗试验,轨迹验证试验表明,样机实际运动规律符合仿真设计要求,栽苗试验表明,在行驶速度0. 4～0. 6 m/s、栽植机构循环频率在1～1. 5 Hz之间,移栽株距0. 2～0. 3 m,移栽深度0. 04～0. 06 m时,水平推苗栽植合格率不低于90%,说明水平推苗移栽满足油菜钵苗移栽要求。     

花椰菜钵苗移栽机栽植机构设计与试验

针对云南省丘陵山区地形特点和坡耕地条件下的作业环境，设计了一种双曲柄五杆式花椰菜钵苗移栽机栽植机构。通过对移栽机五杆机构的分析，确定了五杆机构各杆件长度，并基于线性独立矢量法得到满足五杆机构惯性力平衡条件的各杆件质量矩；结合Matlab软件图像处理功能设计了与钵苗轮廓相匹配的打孔器；应用RecurDyn与ANSYS仿真软件，对栽植机构栽植轨迹和打孔器结构强度进行了分析；采用高速摄像验证了栽植机构的栽植轨迹。根据仿真结果，进行了栽植机构栽植性能台架试验，以台架前进速度、栽植频率和入土深度为试验因素，建立了栽植合格率、露苗率和株距变异系数的数学模型，采用响应曲面法优化得到了最佳工作组合，即台架前进速度0.4~0.54m/s，栽植频率50~68株/min，入土深度10cm时，栽植合格率大于90%，露苗率小于5%，株距变异系数小于5%。设置花椰菜钵苗移栽机机组的前进速度为0.52m/s，花椰菜钵苗的栽植频率为61株/min，打孔器入土深度控制在10cm，进行田间试验，结果表明，花椰菜钵苗的栽植合格率为91.67%，露苗率为3.33%，株距变异系数为4.17%，满足花椰菜钵苗移栽农艺要求。     

油菜耕整移栽联合作业机液压仿形系统设计与试验

油菜栽植深度一致性是评价移栽质量的重要指标,其直接影响秧苗缓苗和根系再生,以及油菜产量。为了提高油菜耕整移栽联合作业机栽植深度一致性,设计了基于仿形轮高度感应与液压联动的仿形系统。开展了±25mm起伏高度的模拟路面仿形轮和栽植器在不同前进速度下轨迹与相位试验,结果显示前进速度分别为0.3、0.6、0.9、1.2m/s时,仿形轮和栽植器的轨迹变化趋势与路面一致,相位均有延迟,幅值分别下降5.8%、15.2%、17.7%、33.8%和14.9%、21.5%、41.5%、54.6%,相位差分别为0.0267、0.0119、0.0225、0.0366s和0.182、0.1264、0.1278、0.1489s。以前进速度、栽植单元质量、地面起伏高度差为影响因素,以栽植深度合格率为试验指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合设计试验。试验结果表明因素影响强弱次序为：栽植单元质量、地面起伏高度差、前进速度,经寻优得最优参数为：栽植单元质量30kg,地面起伏高度差20mm,前进速度1m/s,此参数组合下栽植深度合格率为90.27%,优于标准值,表明液压仿形系统可以有效控制栽深,提高栽深一致性。     

钵苗移栽机五杆式栽植机构的设计与试验

针对旱地蔬菜移栽机栽植机构结构复杂、栽植钵苗直立性差等问题,设计了一种五连杆鸭嘴栽植机构。首先,确定了五杆式栽植机构的工作与结构参数,分析了植苗部件旋转切向速度与机器前进速度之比λ对钵苗栽植曲线的影响;通过运动仿真并结合移栽农艺要求,对五杆机构进行参数设计,得出一组最优参数组合。然后,对五杆式栽植机构进行了结构设计与仿真分析,通过对栽植机构关键部件鸭嘴打穴器的有限元分析,保证其作业时的结构强度要求,并通过运动学仿真软件Adamas进行栽植机构的参数优化及运动学仿真。最后,试制样机并进行了田间移栽试验,对样机进行了4组试验,每组移栽72株油菜钵苗。结果表明:各评价指标满足设计要求,五杆式栽植机构结构设计与参数选择合理,株距变异系数及栽植深度变异系数较低,栽植机构工作稳定。     

非圆齿轮系大蒜直立移栽机构优化设计与试验

根据大蒜鳞芽直立朝上栽植的农艺需求,设计了一种可实现复杂栽植轨迹的二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构。采用D-H方法建立了移栽机构的数学模型,通过对大蒜移栽轨迹与姿态进行分析,确定了直立移栽机构所需实现的优化目标;在Matlab平台下编写了移栽机构的GUI优化设计软件,利用参数导引启发式优化算法对机构进行了多目标参数优化设计,通过人机交互优选出一组非劣解;采用自上而下的参数驱动设计方法,在CATIA中完成了移栽机构的参数化建模,并对机构进行了虚拟样机验证;通过台架试验,获得各试验因素对大蒜移栽后倾斜角的影响规律;提出了针对不同工况的优化模型,在最佳参数组合方案下进行了验证。结果表明,当移栽深度为17 mm、机构转速为29.6 r/min、匹配速比为100%时,获得的蒜瓣倾斜角平均值为8.54°,当提高机构转速时,通过对参数方案进行优选可将倾斜角控制在合理的范围内,以满足大蒜直立栽植的农艺要求。     

新型六杆移栽机构的设计与运动仿真分析

为设计一种结构简单、栽植稳定、质量高、效率高的移栽机构,提出设计一种新型的六杆移栽机构。简化为数学模型后建立矢量方程,并得到移栽部件的位移、速度、加速度模型,分析其工作原理和运动轨迹规律,并借助ADAMS软件仿真分析,对其设计要求进行验证。栽植部件可实现株距为200 mm的栽植动作,轨迹平滑,在每个时长为1.5 s的周期内回程时间相对去程减少0.23 s。此新型六杆移栽机构满足栽植直立度要求、栽植深度和栽植株距要求,并且有急回特性,移栽效率较高,为进一步研究性能优良的移栽机打下理论基础。     

基于五杆机构的丹参膜上移栽机构设计与试验

针对丹参人工移栽作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有膜上移栽机不适合丹参裸苗移栽等问题,为保证丹参裸苗机械化移栽立苗率,结合"丹参大垄双行覆膜高效生产技术"提出的农艺要求,设计了一种五杆式丹参移栽机构,在建立五杆机构的工况约束条件和自由运动约束条件的基础上,结合机构运动学模型利用Matlab建立人机交互可视化辅助界面;借助辅助界面研究栽植器端点的区域轨迹分布特性和机构参数对栽植器端点运动轨迹的影响规律,根据机构运动轨迹要求,通过数值循环比较得到满足丹参膜上移栽要求的五杆机构各构件参数;运用LA-S系列植物图像分析系统测量丹参植株形态的特征参数并根据特征参数设计鸭嘴栽植器各参数。样机试验结果表明:基于五杆机构的丹参膜上移栽机构在满足丹参移栽农艺要求的同时能保证丹参裸苗移栽的大升程轨迹、立苗率要求和作业质量,丹参移栽机构的立苗合格率为97.3%、立苗优良率为94.0%、漏栽率为2.5%、株距变异系数为6.5%、栽植深度合格率为94.6%。     

行星轮栽植机构优化设计与试验

针对不同作物移栽时的不同株距问题,以自制行星轮转臂式栽植机构为研究对象,阐述了栽植机构组成及工作原理,构建了行星轮转臂平动机构及鸭嘴开合机构的运动学模型,在此基础上分析建立了栽植器前、后鸭嘴栽植点的运动轨迹数学模型。利用Matlab对该数学模型进行编程,建立其分析程序模型,并基于Matlab GUI 平台开发计算机辅助优化设计人机交互界面,借助该界面对栽植点轨迹数学模型进行求解,从而模拟得到鸭嘴式栽植器前、后栽植点的运动轨迹曲线。分析栽植机构的行星架旋转半径,开合机构的后鸭嘴摆杆长度、后鸭嘴摆杆初始位置与水平线夹角及后鸭嘴末端点至鸭嘴转轴中心的距离等主要参数对栽植点运动轨迹的影响,以特征系数λ大于1,栽植点轨迹环扣高度大于苗钵体高度,前后鸭嘴不带苗、不挂苗,前后鸭嘴轨迹与垄面交点处形成的穴口尺寸较小等条件为优化目标,通过人机交互优化得到一组能同时满足3种栽植株距要求的机构参数组合,并模拟验证该机构参数组合在3种栽植株距下的栽植轨迹。选用72孔穴盘培育的黄瓜苗为试验对象,以株距变异系数和直立度为评价指标,对优化得到的机构参数进行栽植性能试验。结果表明：在3种株距下的栽植直立度优良率高于81%,总优良合格率达94.8%以上,株距变异系数小于3.2%,证明优化设计的行星轮转臂式栽植机构能够满足多种株距移栽要求。     

七杆式移栽机栽植机构运动学分析--基于 MATLAB

分析了鸭嘴移栽机栽植机构的工作原理与过程,建立了七杆栽植机构的运动学模型。借助 MATLAB 软件对数学模型进行求解,对相关参数进行了优化计算,得到了主要参数的最佳组合,并模拟出栽植点的作业轨迹曲线,对栽植点运动轨迹特点进行了研究,从而直观地分析其作业性能。研究表明,所设计的七杆栽植机构具有良好的移栽性能,能满足移栽作业的农艺要求,为移栽机设计中栽植机构的运动参数和结构参数的确定提供了依据。     

非匀速三插臂水稻高速插秧机参数分析与试验

针对三插臂分插机构理论分析不全面和增加插植臂数量导致株距适应范围缩小等问题,提出了一种椭圆齿轮非匀速三插臂分插机构,建立了该分插机构的运动学分析模型,研究了分插机构回转箱体非匀速转动对栽插参数的影响,理论分析得出非匀速转动不影响秧针的静态轨迹、取秧角度、推秧角度和轨迹高度,传动系统中椭圆齿轮偏心率和初始相位角对秧针取秧点y方向的速度影响最大,相位角为0°时,取秧点y方向线速度达到最大。插秧穴口随着偏心率增大而增大,初始相位角对插秧穴口的影响较复杂,在0°~90°范围内随相位角增大而增大,在90°~180°范围内随相位角增大而减小。在室内进行了插植臂速度和移箱回数对伤秧率和切块均匀性的影响试验,试验表明伤秧率随分插机构转速增加而增大且影响显著,但移箱回数差异对伤秧率影响不显著。移箱回数差异对切块均匀性的影响显著,移箱回数18回的切块均匀性明显高于对照组,在移箱回数21回和24回时切块均匀性与对照二插臂的切块均匀性差异不大,分插机构转速增加对秧苗切块均匀性有影响但影响不显著。田间对比试验表明,非匀速三插臂分插机构栽植质量优于对照组,伤秧率均随作业速度的提高而增大,翻倒率和漂秧率也随作业速度的增加而增加但影响不显著,作业速度变化对漏插率影响也不显著。     

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。     

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。     

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。     

油菜钵苗钵体的力学特性

针对油菜钵苗移栽过程中钵体受损影响钵苗成活率的问题，研究油菜钵苗钵体在顶苗夹具作用下的运动及力学特性，探究在不同含水率下钵体顶出力、脱离位移和承压力之间的变化规律，为油菜移栽机顶苗取苗机构参数设计提供依据。结果表明:钵体顶出力随钵体含水率的提高而增大；当钵体含水率由20.44%提高至31.02%时，脱离位移的范围由3.04~4.23 mm增长至5.02~5.44 mm，钵体承压力由5.61 N增长至7.90 N；当钵体含水率由31.02%提高至40.84%时，脱离位移的范围基本不变，钵体承压力由7.90 N减少至4.83 N。即钵体承压力随含水率的提高先增大后减少，呈非线性变化，且在相同含水率下，钵体的承压力基本不变；综合得出钵体含水率在30%左右时，有利于油菜钵苗被顶出，且钵体受损较小。      

一种新型曲柄五连杆移栽机栽植机构平衡分析

针对贵州丘陵山地地块小、坡度大的问题,设计了一种双曲柄五连杆单鸭嘴栽植机构,并成功应用于2 ZBZ-2 A型移栽机。首先阐述了2 ZBZ-2 A型移栽机结构形式及栽植部机构的工作原理,然后再利用质量代换法分析了五连杆机构平衡条件,得出机构平衡公式;并根据l_1、l_2、l_3、l_4、l_5的原始长度、l_2杆质量,计算出l_1杆飞轮配重质量矩为3.15kg·mm,l_4杆飞轮配重质量矩为6.24kg·mm,栽植臂鸭嘴质量矩为21.4kg·mm,可实现机构运动平衡。最后,采用Adams得出机构栽植点速度、位移仿真曲线,结合验证性试验数据,结果表明:该机构具有较强的稳定和适应性,满足设计要求。     

复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置设计与试验

针对蔬菜膜上移栽膜口大、栽植频率低等问题,设计了一种复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置。在分析复合曲柄摇杆式栽植机构工作原理的基础上,建立栽植机构的运动学模型。采用Matlab软件编写栽植机构仿真分析与优化程序,分析各个参数对栽植轨迹及运动特性的影响,采用逐次逼近的方法,得到一组满足膜上栽植要求的杆件长度：lOA=48mm,lAB=125mm,lBC=160mm,lAD=200mm;根据优化后的参数组合设计样机并进行虚拟仿真和样机田间试验。结果表明：各组试验栽植合格率均在90%以上,栽植深度合格率在94%以上,株距变异系数最大为6.35%,膜口长度平均值为10.44cm,破膜程度约为18%,栽植频率达到70株/(min·行),满足蔬菜膜上移栽的要求。