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。     

番茄苗钵顶取式机械力学特性试验

取苗成功率和取苗质量除了与取苗机构的结构有关外,苗钵的力学特性也是重要的因素。为此,对番茄苗钵进行了顶出力和抗压性能试验,分析了不同基质含水率、顶杆直径和顶苗速度对顶出率的影响,并通过试验建立了基质苗在不同含水率下的抗压力与压缩量的变化曲线。结果表明:顶苗速度、顶杆直径和基质含水率对顶出率的显著性影响程度由大到小依次为B、C、A;随着基质含水率的上升、顶杆直径的减小,顶出率会逐渐下降;在含水率为35.09%、顶杆直径为8mm时,顶出率达到100%;在含水率为57.23%、顶杆直径为5mm时,顶出率最低,仅为81.25%;基质块抗压力随压缩量的增加呈加速上升趋势,在压缩量到达12mm时,3种含水率下的抗压力分别为48.89、43.87、35.85N。此研究结果为取苗机构的设计提供了理论依据。     

2ZSJ-4型挠性圆盘高速移栽机力学特性试验

根据挠性圆盘高速移栽机工作原理,选用西兰花、白菜花、辣椒3种蔬菜钵苗为试验对象,针对成排顶苗、垂直基质块夹持输送、圆盘茎秆夹持输送环节设计了力学特性试验,为顶苗杆顶出力、纵向输送带安装间距、栽植圆盘安装参数提供设计依据。采用质构仪分别进行钵体顶苗力试验、钵体柔性压缩试验、茎秆压缩特性试验,结果表明,西兰花、白菜花、辣椒的平均顶出力分别为10.8、13.57、9.97 N,取最大值13.57 N作为设计依据,每排顶出10棵苗,综合考虑导轨摩擦力等影响,选择顶出力约196 N的气缸规格。当夹板间距20 mm时,西兰花、白菜花、辣椒钵体基质平均损失率分别为6.13%、6.39%、11.82%,对栽后钵苗生长影响较小,确定输送带硬橡胶层间距为20 mm。西兰花、白菜花、辣椒钵苗茎秆U段的屈服强度分别为0.933、0.931、0.928 MPa,选取最小值0.928 MPa作为设计依据,以保证对不同钵苗茎秆都能适应。      

移栽机取苗装置顶出机构设计与试验

为解决自动移栽机取苗装置落苗轨迹不可控、落苗位置一致性差等问题,设计了一种移栽机取苗装置顶出机构。对钵苗顶出力大小进行测量,各组钵苗的顶出力平均值在2.1N-3.25N之间。通过ANSYS、ADAMS仿真软件对取苗顶杆进行静力学以及速度分析,确定速度最大位置为最佳取苗点。设计了取苗装置控制逻辑,对钵苗顶出过程进行运动学分析,确定了钵苗的水平运动距离以及顶苗时传送带的提前量,提高了控制逻辑的精度。搭建了取苗装置试验台,进行取苗试验,结果表明,取苗合格率为91.6%,破碎率为14.3%。     

钵苗移栽机器人控制系统设计研究

钵苗移栽是温室穴盘育苗生产中的重要环节。为实现穴盘钵苗智能化移栽作业,设计了一种高速钵苗移栽机器人。该机器人主要由穴盘定位输送系统和平动二自由度钵苗移栽系统构成,基于准确定位抓取、快速移动栽植的作业要求和系统工作原理,以PLC为核心,结合传感器和伺服控制技术对移栽机器人运动控制系统进行了设计。控制系统首先基于穴盘钵苗位置坐标信息,规划出取苗爪移栽路径;然后根据并联机构运动学逆解模型,对并联机构两主动关节伺服驱动电机的转动规律进行控制,并通过系统间的运动协调,实现钵苗从高密度盘到低密度盘或营养钵的连续高速移栽作业。以育苗期28天、钵体含水率为60%左右的黄瓜苗为对象,在移栽动平台最大加速度为45m/s2、移栽频率为45次/min的条件下,进行128孔穴盘到50孔穴盘的连续钵苗移栽运行试验。试验表明,该钵苗移栽机器人控制系统设计合理,系统间运动协调可靠,移栽成功率平均达91.4%,单爪移栽速率可达2 700株/h,满足了自动化移栽作业要求。     

水稻穴盘秧苗钵体力学特性试验研究

本文以培杂泰丰杂交稻种为试验对象,在立体育秧温室培育穴盘秧苗。试验时苗龄28天,钵体含水率为35.76～54.08%,仪器为TA-XT2i型质地分析仪。对穴盘苗钵体进行平板压缩、加卸载循环和蠕变试验研究,发现平板压缩变形为3.15 mm前后,抗压力随变形的变化趋势差异明显,在4 mm压缩量前后,抗压力出现峰值上升变化陡点。当加载力为1、2、3、4、5 N,秧苗钵体的平均蠕变量为0.0055、0.0055、0.0056、0.0057、0.0059 mm。试验结果表明钵抗压力与变形呈非线性变动;平板压缩过程,钵体无明显屈服破坏点;苗钵体面对外界加卸载时表现较强塑变能力。选用Burgers模型能有效表征穴盘苗钵体压缩蠕变特性。最后通过分析多种稻种穴盘苗力学特性,结果发现不同穴盘苗钵抗压力与变形关系遵循非线性曲线。本研究结果为水稻移栽机设计优化提供理论参考。     

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。     

钵苗有序移栽机构的研究进展及应用展望

针对被水稻专家视为高增产比率的钵盘育水稻秧苗移栽种植工艺,论述了钵苗有序移栽机构的国内外研究现状,介绍了几种典型钵苗有序移栽机构的结构原理和研究成果.将钵苗有序移栽机构分为"钵盘取出式"和"钵体苗排序式"两类工作模式,指出了两类机构存在的一些问题:前者易伤秧、损坏钵盘、结构复杂且生产效率偏低;后者易碎钵且株距均匀性不易保证."钵盘取出式"为两种形式,即夹苗式和顶出式.顶出式是一种比较好的移栽模式,在现有顶出形式的基础上,简化结构、提高机构的工作可靠性和作业效率,是钵苗有序移栽机构的研究方向.     

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。     

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。     

锁式立体水稻育秧气候箱研制

为了解决传统水稻育秧受气候环境影响导致秧苗质量低的问题，以控制育秧系统内部环境为目标，创新设计一种人工光源光照强度和光照时间无级调节、温湿度和CO2浓度PID模糊控制、供水周期及供水量无级可调和内部设有视觉监控系统的水稻育秧气候箱。该气候箱光照强度范围0～1.2×104 Lx；温度范围0～50 ℃、偏差±0.5 ℃；湿度范围50%～99% RH，偏差±5% RH；CO2浓度范围0.028%～0.2%、偏差±0.008%。试验结果表明，该气候箱培育的秧苗根系发达，颜色浓绿，茎基部较宽，播种后20 d叶龄达到3叶期，株高可达到机插秧苗标准。      

小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析

针对小麦中后期微喷灌湿润区域分布特点，探讨了小麦专用微喷带在不同灌溉影响因素下小麦中后期根区土壤水分运移与分布规律。通过试验测量了微喷带在不同灌溉压力下灌水强度，将有效湿润区域划分为4个子区域，得出不同灌水强度作为灌溉边界条件。考虑小麦根系吸水情况下，建立微喷灌土壤水分运动方程及求解条件。利用HYDRUS-2D模型进行微喷灌数值模拟，通过对比分析模拟结果和试验数据，证明数值模拟能够有效反应土壤含水率分布情况。对微喷带在不同灌溉压力、不同灌水下限和不同铺设间距影响因素下进行模拟分析，结果表明:在灌溉压力0.15 MPa时，有效湿润区域大且水分分布满足小麦根系需求；以田间持水量的60%作为小麦灌水下限，有利于降低微喷带铺设成本、节约灌溉水量和提高灌水利用率；在铺设间距440 cm时，根部土壤水分分布呈一条均匀带状且均匀度都在90%左右。本研究可为小麦专用微喷带铺设与运行提供合理作业参数，同时为小麦节水灌溉提供理论参考。      

国槐、海棠和向日葵农林废弃物热压成型工艺优化

为找出国槐、海棠和向日葵农林废弃物热压成型固体燃料最优成型工艺参数，为生物质固体燃料生产提供理论依据，通过单因素试验设计，研究了颗粒度、含水率、压力和温度对国槐、海棠和向日葵热压成型固体燃料密度的影响。同时利用Taguchi法分析了国槐、海棠和向日葵固体燃料的最优成型条件及各因素对燃料密度影响的主次顺序。研究结果表明，国槐、海棠固体燃料成型的最优条件均为颗粒度0.63～1.25 mm，含水率5%，温度130 ℃，压力100 MPa；向日葵固体燃料成型最优条件为颗粒度0.16～0.63 mm，含水率6%，温度140 ℃，压力120 MPa。在最优条件下，国槐、海棠和向日葵固体燃料的密度分别为1.153、1.111和1.108 g/cm3。颗粒度、含水率、温度和压力对3种物料固体燃料密度均有显著效果，含水率对国槐、海棠和向日葵固体成型密度的贡献率分别为69.06%、69.15%和53.72%，远高于其他因素的贡献率；压力（18.42%、11.99%和33.27%）次之；国槐、向日葵温度（7.54%、9.47%）较颗粒度（0.67%、2.01%）贡献率高，海棠温度（2.67%）较颗粒度（12.13%）贡献率低。因此，含水率是国槐、海棠和向日葵农林废弃物固体燃料成型的主要影响因素，实际生物质燃料生产中，必须注意含水率的控制。      

稻谷储藏品质研究技术现状

稻谷储藏过程中品质变化受内外各种因素影响，除了稻谷自身品质、水分含量外，储藏时的温度、湿度都会影响其稻谷品质变化。高温高湿的储藏环境下，稻谷脂肪酸含量、霉菌数量增长变快，稻谷陈化变质速度加快。综述了储藏条件对稻谷品质的影响，分析稻谷不同储藏条件下的各项品质变化，讨论现有的稻谷储藏技术，并分析了不同储藏方式下稻谷品质变化差异。      

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。     

蔬菜自动移栽机对置秧盘交替自动取投苗机构研究

针对现有蔬菜自动移栽机茎秆夹持式和钵体顶出式取苗方式的缺点,基于顶出-夹取结合式取苗方式,设计了一种适用于对称布置可弯曲秧盘的交替式取投苗机构。阐述了该机构工作原理、关键点运动轨迹和结构组成。分析了关键因素对秧苗夹持点运动轨迹的影响方式并优选了取值：驱动曲柄转速10r/min,取投苗摇杆长度为 309mm,驱动气缸伸出速度25mm/s,0.8s内完成拔苗,伸出时刻为提前0.4s。该参数组合下秧苗夹持点在拔苗阶段最大横向位移9.6mm,累计横向位移0mm,理论提升高度44mm,满足取投苗作业理论要求。以苗龄45d的辣椒秧苗为作业对象,进行了栽植频率70~120株/(min·行)的取投苗性能试验,试验结果表明,该交替取投苗机构在栽植频率100株/(min·行)时可实现取苗成功率93%,投苗成功率95%,总体成功率88%,满足取投苗作业要求,验证了该取投苗机构的可行性。     

蔬菜自动移栽机顶夹拔组合式取苗装置试验研究

针对插拔式取苗机构单靠取苗爪插入钵体夹取苗时,因受钵体与穴盘之间粘附力和盘根性不佳双重影响,造成取苗成功率低、钵体破碎率高的问题,提出了一种顶夹拔组合式取苗技术,阐述了取苗装置结构和工作原理,开展了顶夹拔组合式取苗试验研究。首先以72孔和128孔黄瓜穴盘苗为试验对象,通过顶压脱盘粘附力试验,测试了不同顶苗速度（10、20、30、40mm/s）下黄瓜苗的脱盘粘附力以及顶压脱离位移,试验结果表明：顶苗速度对于苗钵粘附力及脱离位移影响不大,粘附力与苗钵脱离位移呈正相关,两种规格穴盘苗顶苗脱离位移平均值分布在5.5~6.9mm之间,综合考虑苗盘落水孔直径和顶压脱盘粘附力试验结果,确定顶杆直径为6mm,顶杆顶苗位移需大于5mm。其次以生长周期为25d的72孔黄瓜穴盘苗为试验对象,开展了先顶后取、边顶边取、先插后顶3种取苗模式试验,结果表明：先顶后取模式下取苗成功率和钵体完整率最高。最后以顶杆顶入位移、取苗爪插入苗钵取苗深度及插入取苗速度为试验因素,开展了三因素三水平正交试验,通过极差分析和方差分析得出顶夹拔取苗装置的最优工作参数组合为：顶入位移为15mm、插入苗钵深度为35mm,插入取苗速度为225mm/s,此组合下取苗成功率94.12%,苗钵完整率94.12%,满足了自动取苗高质量要求。     

碱处理玉米秸秆制备可降解育苗钵研究

以碱处理玉米秸秆制备的悬浮浆液为原料,采用负压吸附成型工艺,利用有机可降解育苗钵成型机做钵,进行可降解育苗钵成型探索。试验发现:碱处理玉米秸秆得到的秸秆纤维中纤维素和半纤维素总量保持在7 5%~8 5%,碱浓度越高,纤维素比例越高;TS在4%~6%时,育苗钵的湿坯含水率适宜,对应浆液表观粘度也较大,育苗钵成型效果好;吸浆时间在1.5~3s、真空度在230~270k Pa时,育苗钵湿坯含水率在合适范围,吸附力对浆液表观粘度影响较小,育苗钵成型效果较好。本研究可为育苗钵的成型和降解提供参考。     

电磁直线振动式谷子精少量排种装置设计与试验

针对谷子播种难、间苗工作量大等问题，根据谷子免间苗精少量播种的农艺要求，研制了一种电磁直线振动式谷子精少量排种装置。按照国家标准对排种装置进行了排量稳定性和排种均匀性试验。结果表明:振幅为0.06～0.22 mm、排种槽截面形状为矩形（8 mm×3 mm）时，排量稳定性最好，其变异系数均＜2.6%；在排种槽截面为矩形，作业速度分别为0.8、1.0和1.2 m/s，相应振幅分别为0.10、0.12和0.14 mm条件下，得到每100 mm区段内种子的平均粒数分别为7.6、7.0和7.2粒，排种均匀性变异系数均≤22.75%。该排种装置试验指标值均满足国家谷物播种标准的要求，可用于谷子等小籽粒谷物的精少量播种。