鸭嘴开合控制机构张角误差分析

针对鸭嘴开合控制机构中高副关节长时间磨损导致高副关节产生微小间隙,与高副关节产生的微小位移相互抵消,致使栽植鸭嘴开合角度变小、栽植鸭嘴的钵苗无法落入植苗穴孔、造成漏栽的问题,通过将高副关节产生的微小位移融入低副关节尺寸,消除鸭嘴开合控制机构产生的微小位移对鸭嘴开合角度的影响。为此,分析了鸭嘴开合控制机构原理与影响微小位移的参数,建立了高副关节微小位移数学模型,优化了杆件参数,使微小位移最小;确定微小位移融入关节与融入量,得出融入后的机构原理模型;基于误差传递矩阵法分析栽植机构末端鸭嘴张角误差,微小位移融入低副关节尺寸后,鸭嘴张角误差很小,仅为0.035°,对鸭嘴机构的开合影响几乎不存在。结果表明:将高副关节微小位移融入低副关节尺寸的方法,可以有效减小执行机构末端的位置误差,为移栽机鸭嘴开合控制机构的优化设计提供新的方法,为机构高低副关节的合理分配提供一种新的思路。     

红花花球螺旋输送搅龙的设计优化与仿真

针对红花花球生长高度差异大而导致红花收获困难的问题,设计了一种螺旋输送红花花球搅龙。利用搅龙对不同高度的花球实现分类,使不同高度的花球在不同时段内位于同一高度,提高了整株花丝采净率。分析影响螺旋输送搅龙转速的因素,利用解析法获得搅龙转速与整个装置前进速度、挡板间距,以及前、后梳理器交接处距离之间的关系。运动仿真表明:当挡板间隙10mm、前后梳理器交接处间距50mm、搅龙螺距120mm、装置前进速度为0. 5m/s、搅龙转速大于50r/min时,红花花球集聚搅龙传送花球效果显著,有利于红花丝的采摘,可提高采摘效率。为验证装置的可行性和仿真试验结果,进行了田间试验,结果表明:该装置对不同高度的红花花球分类集聚效果明显,提高了红花花丝的整株采净率。     

基于ANSYS/LS-DYNA的梳夹式红花采摘装置研究

红花梳夹采摘过程中红花的运动姿态对采摘效果有重要影响,为得到满足红花理想采摘的梳夹采摘装置的结构参数和工作参数,根据红花的物料特性,建立梳夹采摘模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件动态模拟采摘过程,揭示采摘装置不同结构参数和工作参数与红花运动姿态之间的关系特性,不断调节采摘装置的结构和运动参数,直至红花花球和分枝到达理想采摘位置。模拟结果表明,低位置采摘时花球及分枝运动相对高位置稳定,且在行走速度2.5km/h,梳齿转速150r/min,限位杆与梳齿旋转中心的水平距离a=30mm时采摘效果最佳,可实现理想位置采摘。根据红花田间采摘要求搭建试验台并进行台架试验,采摘试验结果表明,56%的花球可以实现理想采摘,其平均采净率为48.5%。     

红花丝采摘装置的凸轮机构运动失真研究

针对红花丝采摘装置漏采的问题,对其采摘装置进行动力学分析。研究表明:凸轮机构的运动失真是导致采摘性能降低主要因素,表现为凸轮与推杆顶端出现局部脱离,造成冲击振动,带动安装在推杆上的动齿与主轴上的定齿振动,导致红花丝夹不紧,出现漏采现象。为此,建立了推杆在弹簧作用下的动力学模型,利用MatLab软件对推杆在弹簧作用下动力学模型进行了分析,调整该模型参数,使凸轮回程型线产生对推杆的支持力始终小于弹簧的弹力,保证凸轮与推杆始终接触,消除动齿与定齿的振动,降低红花丝采摘装置漏采率,改善红花丝采摘装置的运动性能。同时,对凸轮升程型线进行设计,通过Creo软件仿真,推杆运动平稳,通过高速摄像验证设计理论的正确性,提高了红花丝采摘装置的采净率。     

自动补苗装置精准定位自适应模糊PID控制

为实现补苗装置精准定位控制,解决自动移栽作业过程中因穴盘缺苗和取苗投苗失败而导致的漏栽问题,采用自适应Fuzzy-PID控制算法来实现钵苗输送的步进定位控制。构建了步进电机角速度控制传递函数的数学模型,设计了自适应Fuzzy-PID控制器及其模糊规则,通过MATLAB的Simulink模块建立了基于模糊PID控制器的步进电机系统角速度控制模型,以阶跃信号作为激励信号,自适应模糊PID控制和PID控制的仿真试验表明:PID控制的响应时间为7 s,出现超调量为0.1的振荡,通过调整PID控制器参数增大比例系数,系统响应时间缩短为2.2 s,系统响应速度明显加快,且未出现振荡环节;自适应模糊PID的响应时间为0.12 s,步进电机系统快速到达阶跃响应的稳态值,步进电机角速度控制稳定,角速度响应快,满足钵苗输送的定位要求。自动补苗试验结果表明:在植苗频率为40、50与60株/min时,补苗成功率分别为100%,100%、95.8%,且只要光纤传感器检测到漏苗信号,基于自适应Fuzzy-PID控制的步进电机系统快速响应,补苗控制系统都能准确及时地进行自动补苗。该研究可为解决自动移栽机田间作业的漏栽问题提供参考。     

基于离散元法的覆土圆盘工作参数优选与分析

在覆土机构中,覆土圆盘工作参数调整不当会造成土壤运输的堵塞,影响覆土机构的输送效率。为解决这一问题,采用离散元法建立了覆土圆盘与土壤的交互模型,分析确定了覆土圆盘的主要工作参数并进行仿真试验。结果表明:在试验范围内,影响覆土圆盘耕作阻力F的因素大小依次为深度h、偏角α、速度ν;影响质量流率qm的因素大小依次为速度ν、偏角α、深度h。当覆土圆盘偏角为40°、深度6cm、速度5km/h时,覆土圆盘在前进方向所受阻力为58.84N,质量流率达到1.65kg/s。该研究可为覆土圆盘工作参数的调整和覆土机构的设计提供理论依据。     

梳夹式红花采收机等高限位装置参数优化

为提高梳夹式红花采收机采收红花的质量,利用实验室研制的梳夹式红花采收装置试验台,以新疆裕民无刺红花为试验对象,以梳夹式采摘头转速、限位杆安装角度、限位杆与梳夹式采摘头之间的限位间隙为影响因素,以采净率、掉落率和花球损伤率为评价指标,进行三因素五水平正交中心组合优化试验。通过Design Expert 10软件,建立了评价指标和各影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,确定了最优参数组合为:梳夹式采摘头转速83 r/min,限位杆安装角度2°,限位间隙3mm。取开花后1～5d的红花(含水率≥45%)进行花丝等高度采摘试验,试验结果表明:在优化参数组合下,采净率平均值为89.73%,掉落率为2.13%,花球损伤率为2.05%,表明梳夹式红花采收机等高限位装置能使梳夹式红花采收装置采收红花质量大幅度提高。该研究针对梳夹式采摘头提出等高限位装置并进行参数优化,可为梳夹式红花采收机具的设计提供参考依据。     

基于TRIZ理论的红花丝盲采装置设计与试验

针对红花花球分布层次不齐造成机械采收效率低等问题,设计一种红花丝盲采装置。通过分析人工手采摘红花丝的过程,利用TRIZ理论,建立红花丝采摘的物质-场模型,得出红花丝最佳采摘方案为利用采摘齿与红花丝碰撞的盲采。采用凸轮机构作为红花丝采摘的驱动机构,利用TRIZ理论的冲突矩阵对应的发明原理,对凸轮机构的结构进行改进,使凸轮机构完成红花丝的夹紧与拉拔两个驱动。设计了一种新的弧形采摘齿,解决了红花丝漏采难题。利用Creo软件建立红花丝盲采装置的三维模型,并研制样机进行试验,试验结果表明,当该装置前进速度为0.5 m/s,采摘齿转速大于6 r/s时,红花丝的采摘效果最佳,采净率约为90%。