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%。     

蔬菜移栽机五杆栽植机构的仿真与试验

针对各类移栽机存在的移栽速率低、直立度低、加工精度要求高等问题,设计了一种蔬菜移栽机五杆栽植机构,由五连杆机构、鸭嘴栽植器、链轮传动机构及鸭嘴开合机构等部分组成。根据零速投苗的原理要求,通过Solid Works建模软件建立了五杆栽植机构虚拟样机模型,通过模型简化和格式转换导入ADAMS中进行运动学仿真,得出其运动轨迹以及速度位移曲线,验证了结构选择和参数设计的合理性。根据设计参数制作了样机,进行了田间试验,结果表明:株距误差率仅为2. 93%,秧苗与地面的夹角α均大于70°,满足栽植要求。     

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。     

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。     

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。     

齿轮连杆凸轮组合式栽植机构仿真与试验

针对旱地移栽机打穴栽植需要,设计了一种齿轮连杆凸轮组合式栽植机构,该机构由齿轮机构、连杆机构、槽型凸轮和鸭嘴式打穴栽植器等几部分组成。通过建模软件Pro/E建立了该栽植机构的虚拟样机模型,并将虚拟样机模型导入刚体运动仿真软件ADAMS中。仿真分析了运动参数λ在小于1、等于1和大于1情况下栽植机构前后鸭嘴的运动轨迹,结果表明只有在λ等于1时栽植机构的运动才能满足零速投苗运动条件要求,栽植时可以得到较好的植苗状态,验证了参数选择和机构设计的正确性和合理性。以自制全自动蔬菜移栽机为试验样机,新型鸭嘴式栽植机构为研究对象,分别从栽植均匀度、钵苗直立度两个方面进行了试验。试验结果表明：株距误差率仅为2.22%, 钵苗直立度全为优良,表明所设计的鸭嘴式栽植机构能够满足栽植要求。     

步行式水稻钵苗膜上开孔移栽机构优化设计与试验

为了实现将水稻钵苗移栽和膜上栽植农艺技术相结合,设计了相应的步行式水稻钵苗膜上开孔移栽机构,用一套回转机构一次性依次完成取苗、输送、膜上开孔和配合栽植。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型并设定数字化优化目标,基于Visual Basic 6. 0开发了机构的计算机辅助分析优化设计软件,通过优化获得一组满足移栽要求的机构参数。对机构进行了结构设计、三维建模和装配,并通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。利用高速摄像技术在所搭建的试验台架上对样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和物理样机轨迹基本一致,验证了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、膜上开孔试验以及栽植试验,结果表明取苗成功率为90. 4%,秸秆纤维地膜和塑料地膜栽植成功率分别为87. 5%和82. 5%,所开膜孔的长度与宽度效果良好,满足步行式水稻钵苗膜上开孔移栽的要求。     

一种移栽机栽植器凸轮摆杆机构设计与运动学分析

针对贵州丘陵山地小地块移栽作业特点和需要,依托2ZBZ-2A型自走式半自动移栽机,设计改进了一种通过凸轮摆杆机构结合拉线控制的鸭嘴栽植器结构。通过建立栽植器凸轮摆杆机构数学模型,搭建了凸轮摆杆机构主要结构参数与鸭嘴开合规律间的关系。基于对栽植器栽植轨迹特点和投苗时序的分析,采用盘式凸轮零部件生成器对所涉及的凸轮摆杆机构进行了三维虚拟设计,并结合从动摆杆运动学特征曲线对鸭嘴开合特征进行了分析,表明该机构能够满足设计功能要求。同时,开展了栽植器凸轮摆杆机构的样机试制和试验,试验结果表明:移栽机正常作业过程中,鸭嘴接苗准确,鸭嘴开合振动量小,工作较为平稳,基本无带苗、夹苗现象。     

全自动草莓钵苗移栽机构优化设计与试验

为了实现草莓钵苗机械化移栽,根据草莓种植农艺要求,提出了一种Hermite插值非圆齿轮行星轮系全自动草莓钵苗移栽机构,用一套回转机构依次完成取苗、输送、挖穴与栽植4个移栽工序,满足了草莓钵苗移栽所需的轨迹与姿态要求,保证了所取秧苗和所挖穴口的精准配合。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型,并结合设定的优化目标,基于Visual Basic 6. 0设计了计算机辅助分析优化设计软件,通过优化得到了一组满足移栽要求的机构参数。根据优化的参数对机构进行了二维设计、三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。在所搭建的草莓钵苗移栽试验台架上,利用高速摄像技术对物理样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和台架试验轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。并进行了机构的性能试验,结果表明取苗成功率为92%,栽植成功率为85%,平均栽植株距为172. 9 mm,所挖穴口深度、长度和宽度效果良好,满足草莓钵苗移栽要求。     

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。     

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。     

丹参膜上倾斜移栽机构设计与试验

针对丹参膜上倾斜移栽人工作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有移栽机不适合丹参膜上倾斜移栽等问题,结合丹参大垄双行覆膜高效生产技术提出的膜上倾斜移栽农艺要求,设计一种基于变形椭圆齿轮-双变速曲柄五杆机构的鸭嘴式丹参膜上倾斜移栽机构。在移栽机构所要求的运动轨迹、栽植器倾斜姿态和设计要求的基础上,分析机构的工作原理并建立机构理论模型。依据数学模型运用Matlab开发出移栽机构人机交互可视化辅助程序,应用该辅助程序研究机构参数对栽植器倾斜角和栽植器端点轨迹的影响规律,通过人机交互的方式得到符合丹参膜上倾斜移栽机构农艺要求的参数组合。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,试验结果表明:变形椭圆齿轮-双变速曲柄五杆式丹参膜上倾斜移栽机构在满足丹参膜上倾斜移栽要求的同时能保证作业质量,移栽机构的立苗角度合格率为90. 7%、漏栽率为2. 7%、株距变异系数为5. 6%、栽植深度合格率为93. 7%。     

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。     

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。     

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。     

移栽机凸轮摆杆式扶苗机构设计与分析

移栽机扶苗机构结构参数和运动参数设计合理是保证移栽钵苗直立的关键。分析了无扶苗机构时钵苗落地后翻转运动过程，凸轮摆杆式扶苗机构栽植性能与运动参数关系，以及扶苗板运动规律。通过理论分析建立了扶苗板运动规律数学模型和扶苗机构初相角数学模型。设计的凸轮摆杆式扶苗机构已用于2ZB型导苗筒式移栽机上。试验表明：该机构工作稳定，栽植深度均匀，满足移栽要求。     

移栽机自动升降底盘设计与试验研究

针对旱地移栽机插深一致的需要,设计了一种基于双四杆机构的移栽机自动升降仿形底盘,包括底盘机架、导向轮、驱动轮、仿形机构、升降机构和液压控制回路等。对双四杆底盘升降机构进行理论分析,建立了底盘升降高度与液压缸伸缩量之间的数学模型。用Solid Works建立了该移栽机升降底盘的虚拟样机模型,并将虚拟样机模型导入ADAMS中,基于ADAMS/Hydraulics建立了移栽机自动升降底盘的机液联合仿真模型,进行机液联合仿真分析,得到了底盘高度、液压缸受力等相关参数变化。仿真结果验证了理论分析了的正确性,表明所设计的底盘升降机构和液压回路能够满足工作需求。以自制的2ZXW-2型穴盘苗自动移栽机为试验对象,以底盘和垄面间距稳定性及钵苗栽植深度均匀性作为评价指标,对样机仿形作业性能进行试验研究。试验结果表明:作业中底盘和垄面的间距能够基本保持稳定,钵苗栽植深度合格率为98%,栽植深度变异系数0.036,自动升降仿形底盘满足设计要求,很好地保证了钵苗栽植深度的均匀性。     

都市微农业蔬菜钵苗电动移栽机的设计与试验

针对我国都市微农业移栽作业存在设备成本高、通用性差及室外旱地移栽机并不能适应都市微农业蔬菜钵苗移栽等问题,设计了一种基于单片机控制的都市微农业蔬菜钵苗电动移栽机,可满足对不同行距、株距要求的蔬菜钵苗实现供苗、栽植及覆土作业。首先,确定了移栽机采用电动控制部分,采用Arduino开发实现,并通过气缸及电动推杆代替以往复杂的机械传动机构在空间运动完成栽植;其次,单片机控制4个步进电机完成鸭嘴栽植器的三维空间运动,并可以实现株距行距的任意调整;最后,试制样机并进行了田间移栽作业,使用西红柿苗、黄瓜苗、辣椒苗作为试验对象开展移栽试验。试验结果表明:3种钵苗的株距变异系数均小于10%,栽植深度合格率均大于90%,西红柿苗栽植成功率为91.21%,黄瓜苗栽植成功率为92.31%,辣椒苗栽植成功率为94.91%,各项性能指标符合旱地栽植机械国家标准,栽植性能稳定。     

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。     

膜上移栽钵苗栽植机构运动分析与参数优化

针对吊篮式钵苗移栽机膜上移栽易撕膜的问题,设计了一种鸭嘴式钵苗移栽机.建立了该机栽植机构的运动数学模型,并以此为依据在ADAMS中对栽植机构进行了参数化建模.利用参数化模型,分析了主要参数对机构运动特性的影响.在保证钵苗直立度较高的同时,以产生的穴口尽量小为优化目标,获得了一组最佳参数组合.此组合下,形成的穴口大小约为1.8 mm,鸭嘴栽苗后的运动轨迹垂直度较高,满足膜上移栽钵苗直立度高、不撕膜的农艺要求.