液肥深施双斜孔式喷肥针动力学分析与试验

喷肥针为扎穴机构的关键部件,作业时直接与土壤接触,其结构特点影响施肥质量。设计了一种新型的双斜孔式喷肥针,并对其进行了动力学分析。在搭建的动力学测试系统台架上以土槽车前进速度和行星架转速为试验因素,以土壤对喷肥针反作用力为指标,对喷肥针扎穴过程受到的土壤反作用力进行试验测定。试验结果表明,喷肥针受到的土壤拉压力随土槽车前进速度及行星架转速的增加而减小,变化范围为19.944~25.936 N;弯曲力随土槽车前进速度及行星架转速的增加而增大,变化范围为8.62~75.32 N,行星架转速对喷肥针反作用力的影响显著;根据试验结果,行星架转速在100~120 r/min时,既可提高工作效率,又能保证扎穴机构的正常工作。     

深施型液态施肥机扎穴机构优化设

为实现液态施肥机高速作业,设计了一种结构简单、运动平稳的椭圆齿轮行星系作为液态施肥机的扎穴机构.对该机构进行运动学分析,建立了数学模型,以穴距200mm和入土深度120～150mm为寻优目标,应用Visual Basic 6.0软件编程得出满足机构运动要求的最优参数范围为:喷肥针尖和行星轮轴连线与行星架的初始夹角-45°～-40°、行星架初始角位移40°～50°、喷肥针尖与行星轮轴心距离280～300mm,此时椭圆齿轮长半轴29.364mm、齿数23、短半轴与长半轴比0.958,正圆齿轮半径25mm.从优化工作参数中选择一组参数设计扎穴机构,应用Pro/E软件进行仿真.结果表明,根据优化参数设计的扎穴机构能够满足穴距和入土深度的设计要求.     

卵形——全正圆齿轮行星系变速扎穴机构设计与试验

针对深施型液态施肥机扎穴机构始终无法满足喷肥针垂直姿态入出土问题,分别根据卵形非圆齿轮与全正圆齿轮行星轮系的组合啮合特性,设计了一种实现变速垂直扎穴的新型卵形—全正圆齿轮行星系扎穴机构。采用卵形齿轮相互啮合原理,控制扎穴机构在工作周期内的瞬时角速度变化,实现变速扎穴,满足喷肥针在入土与出土过程中水平绝度速度趋近于0的特定要求,达到穴口最小。以喷肥针垂直姿态扎穴并满足小穴口为设计目标,建立机构数学模型,以扎穴机构转速120r/min、前进速度1.2m/s和扎穴深度80mm为约束条件,得到机构的结构参数为卵形齿轮长半轴距离39.9mm、偏心率0.15、正圆齿轮节曲线直径68mm和喷肥针长度140mm,并运用ADAMS软件进行虚拟试验验证。通过高速摄像与扎穴试验,得到喷肥针在前进速度1.2m/s、扎穴转速120r/min与扎穴深度80mm下的轨迹形状、水平绝对速度曲线以及穴口宽度。结果表明,卵形—全正圆齿轮行星系扎穴机构在高转速与前进速度下,喷肥针始终保证垂直姿态入出土,实现了小穴口的目标。     

卵形-全正圆齿轮行星系变速扎穴机构设计与试验

针对深施型液态施肥机扎穴机构始终无法满足喷肥针垂直姿态入出土问题,分别根据卵形非圆齿轮与全正圆齿轮行星轮系的组合啮合特性,设计了一种实现变速垂直扎穴的新型卵形-全正圆齿轮行星系扎穴机构。采用卵形齿轮相互啮合原理,控制扎穴机构在工作周期内的瞬时角速度变化,实现变速扎穴,满足喷肥针在入土与出土过程中水平绝度速度趋近于零的特定要求,达到穴口最小。以喷肥针垂直姿态扎穴并满足小穴口为设计目标,建立机构数学模型,以扎穴机构转速120 r/min、前进速度1.2 m/s和扎穴深度80 mm为约束条件,得到机构的结构参数为卵形齿轮长半轴距离39.9 mm、偏心率0.15、正圆齿轮节曲线直径68 mm和喷肥针长度140 mm,并运用ADAMS软件进行虚拟试验验证。通过高速摄像与扎穴试验,得到喷肥针在前进速度1.2 m/s、扎穴转速120 r/min与扎穴深度80 mm下的轨迹形状、水平绝对速度曲线以及穴口宽度。结果表明,卵形-全正圆齿轮行星系变速扎穴机构在高转速与前进速度下,喷肥针始终保证垂直姿态入出土,实现了小穴口的目标。     

液态施肥机椭圆齿轮扎穴机构优化设计与仿真

为减少深施液态肥时土壤回带现象,建立了扎穴机构数学模型,利用VB编写了计算机辅助分析软件,并仿真得到影响施肥效果的因素以及喷肥针长度、摇臂长度、喷肥针与摇臂的夹角、行星架的初始位置等有关参数。其中一组优化后参数为：摇臂长度197mm,喷肥针长度180mm,喷肥针与摇臂的夹角76°,行星架的初始角度31°,行星轮轴心和喷肥针尖D的连线与行星架中心连线的初始夹角-70°。通过验证,优化后扎穴机构大大减少了喷肥针土壤回带现象。     

基于三次拉格朗日曲线拟合轨迹的斜置式扎穴机构研究

为更好地满足斜置式扎穴机构喷肥针的入出土轨迹姿态以及不损伤作物的农艺要求,提出基于三次拉格朗日曲线拟合扎穴轨迹的逆向设计参数优化方法,为得到理想的"杏胡形"扎穴轨迹,通过改变相对轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针入出土姿态并建立喷肥针的运动学模型,采用Matlab GUI开发平台,编写了斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构的逆向设计与运动学分析仿真软件,最终得到非规则齿轮行星轮系的节曲线、喷肥针的入出土角及喷肥针尖的速度随行星架转角的变化曲线。通过高速摄影试验,观察和分析了在扎穴机构不同斜置角度下喷肥针尖相对运动轨迹的变化规律。试验结果表明,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹横向尺寸不变,纵向尺寸减小,扎穴轨迹段曲线逐渐向里收缩。在保证喷肥针扎入土壤一定深度情况下,喷肥针入出土角逐渐增大,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹的穴口宽度逐渐增大。     

深施型液态施肥装置施肥过程高速摄像分析

在行星架转速110 r/min、液泵压力0.3 MPa、分配器阀芯孔直径3 mm和喷肥针孔直径2 mm的条件下,采用高速摄像对扎穴机构扎穴和喷肥工作过程进行拍摄。借助高速摄像及图像处理技术对扎穴和喷肥的运动规律进行分析后得出：喷肥针入土后开始喷肥到离土前停止喷肥的时间为0.1 s、液态肥施肥损失率为0.48%、喷肥针真实运动轨迹宽度变化256 mm和高度变化502 mm。结果表明：扎穴机构扎穴过程和喷肥过程具有较好的同步性,且施肥损失率远小于3.5%的作业要求。     

液肥穴施肥机扎穴针体与土壤互作仿真分析及试验

针对液肥穴施肥机斜置式扎穴机构扎穴时,触土部件-针体所受三向阻力变化规律以及土壤动态行为特性难以直接通过试验获取问题,通过采用Drucker-Prager屈服准则构建穴施土壤有限元模型,运用ADAMS运动学分析模块获得扎穴机构喷肥针扎穴轨迹,利用ANSYS/LS-DYNA显示动力学软件建立喷肥针与土壤互作仿真模型。以Z轴方向针体所受最大压力（均指绝对值）为测量指标,工作参数为影响因素,进行喷肥针单向受力虚拟和台架对比试验。结果表明,压力皆随前进速度和扎穴机构转速的增大先增大后减小,仿真和试验数据接近,变化趋势基本相同。以喷肥针前进速度0.62m/s、扎穴机构转速70r/min及斜置角20°为仿真工作参数,对针体进行三向阻力以及土壤动态行为仿真分析,可知喷肥针在3个方向的阻力先增大后减小。0~0189s内即喷肥针入土过程,针体在X轴方向阻力缓慢上升,说明喷肥针对前进方向土壤扰动较小;针体在Z轴方向上阻力增大较快,说明喷肥针冲击土壤作用较强,土壤受到针尖剪切致使应力主要集中在此方向上,在0.189s阻力达到最大值21.69N;针体在Y轴方向上阻力较小,说明喷肥针挤压土壤作用较弱,在0.189s阻力达到最大值8.56N。0.189~0.214s内即喷肥针原位置自身摆动过程,针体在X轴方向阻力增大趋势变快,说明喷肥针对前进方向土壤产生较大扰动;其他两个方向阻力基本保持不变。0.214~0.350s内即喷肥针出土过程,喷肥针在Z轴和Y轴方向阻力逐渐减小直至变为0;其中在0.214~0.238s内,针体在X轴方向阻力瞬间增大,说明喷肥针对前进方向土壤产生强烈挤压,0.238s达到最大值31.87N。在整个扎穴过程中,穴口形成是喷肥针出土过程自身的摆动姿态与前进方向土壤扰动引起的,因此针体沿X轴方向阻力影响显著,符合实际扎穴规律。     

斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构工作参数试验优化

为探明深施型液态施肥机扎穴机构工作参数对作物损伤率、穴口宽度以及穴距的影响机理,设计了一种斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构。通过联轴器使扎穴机构满足斜置式扎穴状态,使其扎穴轨迹平面与垄面呈一定角度变化,实现斜入式扎穴。采用二次回归正交旋转组合设计进行最佳工作参数试验,以行星架转速、前进速度和斜置角度为试验影响因素,以穴口宽度、穴距和作物损伤率为优化指标,利用响应曲面方法进行优化,运用DesignExpert 8.0.10软件对试验数据进行分析,得到因素与指标之间的回归方程及响应曲面图。试验结果表明,当行星架转速75.0 r/min、前进速度0.48 m/s、斜置角度23.3°时,穴口宽度为40.2 mm,穴距为220 mm,作物损伤率为0.33%,此时机构性能最优,应用此参数组合进行斜入式扎穴测试验证,验证了其合理性。     

蔬菜钵苗旋转式取苗机构动力学分析与试验

针对一种应用于蔬菜钵苗全自动移栽机的旋转式取苗机构——偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构,建立机构的动力学模型,采用动力学方程组序列求解法进行求解,得到机构在一个工作周期内链条、太阳轮轴心、中间轮轴心、行星轮轴心、太阳轮与中间轮啮合点、中间轮与行星轮啮合点等处的受力随行星架转角变化的规律。设计了机构的物理样机,开展机构动力学试验,测试得到机构物理样机在4种不同工作转速下的动力学特性,同时验证了机构动力学模型的正确性。     

非匀速空间行星轮系宽窄行分插机构分析与优化

针对现有宽窄行分插机构存在斜取秧和大穴口问题,提出一种由椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动的空间行星轮系宽窄行分插机构.分析了椭圆锥齿轮的传动特性,建立了机构的运动学模型.通过分析插秧轨迹的横向线位移、横向插秧穴口边长与传动齿轮交错角的关系,得出椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动方式可以兼顾斜置式和齿轮交错传动式的小穴口、直取秧的优点.开发了宽窄行分插机构参数优化软件,进行了机构的运动特征分析,并通过人机交互方式优化了一组满足宽窄行插秧机的机构参数.利用仿真软件ADAMS实现了椭圆锥齿轮齿廓的设计,并结合三维建模软件进行了分插机构的仿真.加工了分插机构实物模型,进行了试验台测试,得出椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求.     

SYJ-2型液肥变量施肥机设计与试验

变量施肥技术是精准农业的重要组成部分,依据农业生产要求设计了与轮式拖拉机配套的SYJ-2型三点悬挂式液肥变量施肥机。以单片机作为核心处理器,以电磁比例调节阀为执行部件,设计编写了液肥变量控制系统以及与硬件配套的上位机软件,用于采集数据与发送命令;关键部件内腔式旋转扎穴机构采用5个全等椭圆齿轮传动,液肥在内腔流动,在减少外部连接软管的同时,防止了管路缠绕;液肥分配器的功能是适时开启和关闭,实现液肥的不连续射出,进而完成穴施作业;同时对内腔式旋转扎穴机构和液肥分配器进行了结构设计。田间试验结果表明,施肥深度为地表12~15 cm,施肥精度为99.1%,满足液态变量施肥作业要求。     

吊杯式移栽机成穴机构的成穴阻力试验

成穴机构是吊杯式移栽机的主要工作部件之一,其作业性能直接影响移栽机栽植质量、效率及成穴作业阻力。为深入研究吊杯式移栽机的成穴机构作业参数及结构参数对成穴阻力的影响规律,利用自主研制的仿形成穴机构土槽试验台架,模拟成穴机构田间作业状况进行成穴阻力正交试验,分析了成穴机构的前进速度、曲轴转速及成穴铲宽对成穴阻力的影响;利用成穴阻力试验数据,应用ANSYS Workbench 15.0对成穴铲进行有限元分析。结果表明:成穴机构的曲轴转速对成穴阻力影响最为显著;当参数组合为成穴机构的曲轴转速0.3m/s、成穴铲宽4 0~7 0 mm、前进速度0.3 m/s时,满足烟草钵苗移栽的成穴农艺和减低成穴阻力要求,成穴铲设计满足强度要求。试验结果可为成穴机构的优化设计提供依据。     

喷杆喷雾机变量喷雾控制与测试试验台设计*

为满足喷杆喷雾机变量喷雾技术需要,设计一种喷杆喷雾机变量喷雾控制与测试试验台,实现对已有的变量喷雾装置的实时控制以及性能测试。变量喷雾控制与测试试验台由控制系统和数据采集系统组成。控制系统以西门子S7-200 系列PLC为基础,由动力系统、驱动系统、流量系统和变量控制系统组成;数据采集系统采用数据采集模块与传感器获取管路流量、压力、转矩和行驶速度等参数,通过LabVIEW软件对采集的参数进行实时显示和存储。转速工况下的流量精度测试试验显示平均流量误差为4.0%,可作为判定变量喷雾装置性能的一个技术参考;试验表明该试验台可有效实时控制喷杆喷雾机变量喷雾控制部件,满足喷杆喷雾机变量喷雾控制部件的性能测试需求,为制定变量喷雾质量评价技术规范提供技术参考。     

后插式分插机构的研究进展及机构创新

介绍了后插式分插机构—曲柄摇杆分插机构的研究现状;研制了一种新型的椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构;开发了理论模拟分析软件,并利用该分析软件对曲柄摇杆分插机构与椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的插秧性能,从秧针静轨迹与穴口宽度、秧针速度与伤秧率、秧针加速度与振动性3方面进行了分析比较。结果表明,新设计的椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构比曲柄摇杆分插机构性能优良。     

非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构参数优化与试验

为了进一步优化栽植嘴的轨迹、姿态及其挖出的穴口形状,提高钵苗移栽的立苗率,提出了基于两级非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构组合设计思路,运用变性椭圆-共轭非圆齿轮、变性偏心圆-共轭非圆齿轮、变性巴斯噶蜗线非圆齿轮、变性傅里叶非圆齿轮和变性正弦非圆齿轮5类非圆齿轮副,组合设计了25种不同的栽植机构。建立了基于非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构通用数学模型,并将通用数学模型代入旋转式钵苗栽植机构多目标优化模型,根据给定的栽植农艺条件,优化得到了满足理想栽植要求的栽植机构类型及其对应的机构参数。选取其中的偏心-椭圆齿轮行星轮系栽植机构与变性椭圆齿轮行星轮系栽植机构进行对比分析,结果表明运用多种非圆齿轮副进行组合设计的栽植机构具有优越性。根据优化得到的栽植机构类型及其对应的参数进行结构设计和样机研制,并进行了运动学高速摄像试验和模拟田间栽植试验。由高速摄像试验得到的轨迹、姿态、速度等指标和理论计算的对比分析,验证了通用数学模型的正确性;由模拟田间栽植试验可得本栽植机构立苗率较高,约为95%。     

气吸机械复合式大豆精密排种器设计与试验

针对现有气吸式高速精密排种器遇负压骤降时易发生大量漏播的技术难题,设计了一种在排种盘上同时设有吸孔、导种槽和取种槽3种种子拾取机构的气吸机械复合式大豆精密排种器,其中导种槽引导种子向取种槽运动,取种槽拾取种子,同时吸孔产生吸力促进种子的拾取,通过3种拾取机构共同改变种群运移行为,保证气流负压骤降情况下的排种性能;通过离散元仿真设计和理论建模分析等方法,研究关键设计参数对种群运移规律的影响,并对关键部件几何结构参数进行优化设计;通过回归分析和多因素试验得出作业速度、取种槽和导种槽几何结构尺寸、负压均对排种器播种效果有显著影响,并得出排种器最优结构参数为:导种槽倾角45°、导种槽深度2 mm、取种槽上边宽度9.5 mm、取种槽下边宽度7.3 mm、取种槽深度5.7 mm、取种槽前后槽面宽度9.5 mm,在该几何结构条件下,当作业速度不大于8.6 km/h、负压不小于1.6 k Pa时,播种粒距合格率不小于95%;通过排种器的田间验证试验,最优结构参数条件下该排种器播种粒距合格率为93.67%、重播率为3.32%、漏播率为3.01%;通过台架对比试验得出当负压降至1.1 k Pa时,该排种器相较于勃农气吸式排种器和MASCHIO气吸式排种器,粒距合格率分别提高6.48、1.92个百分点,当负压降至0.6 k Pa时,粒距合格率分别提高9.12、4.25个百分点。