小型蔬菜移栽机的改进设计与试验

为满足蔬菜移栽机械化需要,在土槽蔬菜移栽试验基础上,对水稻插秧机改进设计,应用优化设计方法和虚拟技术相结合,完成了取投苗机构、划刀式开沟器和V型覆土镇压器有机组合,可以一次完成开沟,送苗入沟,扶正,覆土,压实等工序。通过三因素三水平的正交试验,获得较优参数组合,即机车前进速度为0.25～0.30 m/s,投苗筒垂直倾角为12°,镇压器的相对位置为10 mm时,移栽效果优异。经田间试验测试,该机具结构简单,通用性好,作业适应性强,各项作业性能指标完全符合农艺要求,为小型全自动移栽机的设计提供参考。     

甘薯横向水平复式移栽机栽苗装置设计及试验

针对目前市场上缺少甘薯横向水平移栽机的问题，该研究根据横向水平栽插法移栽甘薯苗的农艺要求，设计了甘薯横向水平复式移栽机的栽苗装置。首先，通过理论分析栽苗装置栽插运动，确定影响甘薯苗移栽质量的主要因素为机器前进速度、链条速度、入土深度及栽苗爪高度等。再基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立栽苗装置-柔性甘薯苗-薯垄耦合作用模型，模拟栽苗作业过程，确定栽苗爪运功轨迹为短摆线，栽苗爪高度为50 mm，确定甘薯苗最终位姿和甘薯垄形态符合甘薯水平栽植农艺要求。最后采用Box-Behnken试验设计方法，以机器前进速度、链条前进速度和入土深度为试验因素，以栽植深度合格率、栽植株距合格率、移栽效率为评价指标，进行了响应面试验，构建优化模型。试验确定移栽机最优工作参数组合为：机器前进速度0.4 m/s，链条前进速度0.2 m/s，入土深度46 mm。该参数组合下栽植深度合格率为92%，栽植株距合格率为92%，移栽效率为263株/min。研究结果可为甘薯横向水平移栽机设计及优化提供参考。     

2ZGF-2型甘薯复式栽植机的设计与试验

为提高甘薯机栽水平,解决传统薯苗机械栽植中下田作业机具多、主要栽插方式短缺、易压垄伤垄、作业质量不高等难题,该文研制出一款与55.13~80.85 k W大型拖拉机配套的2ZGF-2型甘薯裸苗复式栽植机,该机可一次完成两垄甘薯的旋耕、起垄、破压茬、开沟、栽插、镇压、修垄等作业。该机采用非零速栽插原理,链夹运动轨迹为余摆线,满足了甘薯种植中广泛应用的"斜插法"栽插方式作业需求,研究并确定开沟器开沟、链夹放苗与覆土压实三者间协调一致工作的重要结构参数,明确了栽插株距的主要影响因素和调整方法。该文对甘薯栽苗作业质量评价影响最重要的2个指标进行参数优化试验,得出优选参数组合为喂苗露出长度140 mm、开沟深度80 mm、前行速度0.3 m/s,此时立苗角度合格率为97.9%,栽插深度合格率为98.2%,较好的满足了甘薯机械栽插要求。该研究不仅为甘薯栽插市场提供了实用机具,也为甘薯栽插机械创新研发或优化提供了参考。     

油菜毯状苗移栽机栽植过程动力学模型及参数优化

为有效减少油菜毯状苗机械化移栽过程中苗块出现的脱苗现象,提高立苗质量,该文构建了栽植过程中运移苗阶段油菜毯状苗苗块的动力学模型,结合油菜毯状苗基质的力学参数特性试验,研究苗块发生脱苗的临界条件,建立了运移苗阶段苗块的脱苗条件方程,得到了影响苗块脱苗的主要因素以及各因素的脱苗临界值。利用高速摄影试验探究了基质含水率、栽植机构转速和纵向取苗量对苗块脱苗率的影响,得到的各因素的脱苗临界范围与理论分析结果基本吻合,验证了模型的准确性和可行性。为探究低脱苗率条件下油菜毯状苗移栽机栽植机构和苗块相关参数的最优组合,采用响应面试验分析方法建立主要影响因素与考察指标之间的回归数学模型,试验结果表明：当基质含水率56.72%,栽植机构转速22 rad/s,纵向取苗量为15 mm时,优化后脱苗率为1.52%,与预测值绝对误差为0.16个百分点。该研究可为提高油菜毯状苗移栽的立苗质量提供参考。     

玉米钵苗移栽机圆盘式栽植机构参数优化及试验

通过育苗移栽技术可大幅度提高单产,为进一步改善钵苗移栽机的栽植质量。该文以玉米纸钵苗移栽机圆盘式栽植机构为研究对象,利用土槽试验,分析了圆盘式栽植机构的工作参数,研究了栽植机构工作参数对移栽质量的影响规律。采用正交旋转组合试验,以开沟器位置、开沟器入土深度、回土铲夹角为影响因子,以直立度合格率和株距变异系数为响应函数,利用Design-expert软件平台的回归分析法及响应面分析法,对3个因子进行单因素和多因素正交试验。试验表明:当开沟器位置在50 mm、回土铲夹角在40°、开沟器入土深度在115 mm条件下,钵苗直立度合格率能达到93%以上,株距变异系数小于12%。优化后的参数可满足玉米移栽的性能要求,为进一步研究提供依据。     

全自动玉米秧苗移栽机的研制与试验

为了克服人工移栽劳动强度大、作业效率低、移栽质量差的缺点,该文研制了一种全自动玉米秧苗移栽机。设计了全液压驱动系统和以PLC为核心模块的自动控制快速上秧装置,可实现整册纸筒自动取苗,数字识别无苗纸筒并剔除,有苗纸筒带式水平和针刺带垂直输送,夹持圆盘可完成零速投苗栽植。该机与破茬开沟、垄型整理、滤水覆土有机结合,可完成全部移栽过程。田间试验结果表明,当机组前进速度为2.5~3.0 km/h、理论株距为22 cm时,移栽深度合格率为87.5%,株距合格率为93.2%,苗株直立度合格率为91.2%,能够满足玉米纸筒苗移栽的农艺要求。该机是实施玉米纸筒秧苗移栽新型农艺技术的机械化载体,可显著提高玉米纸筒秧苗移栽作业的标准化、机械化和自动化程度。     

甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验

为解决机械化倾斜移栽甘草苗,设计甘草倾斜移栽机,融合甘草移栽的农艺要求,提出一种针对甘草秧苗倾斜移栽开沟器。建立了开沟器结构参数、工作参数与倾斜V型断面沟倾斜角度、沟底长度间的数学模型,通过改变开沟器切角、开沟器翼板间距、土壤休止角、开沟器速度、开沟器作业深度等因素对所设计的开沟器进行多因素正交设计。试验结果表明:所建数学模型可用于实现特定要求的倾斜V型断面沟的开沟器参数设计,理论和试验结果误差小于4%。在倾斜移栽角度30°农艺条件下,当滞后投苗系数小于1时,甘草秧苗的角度随滞后投苗系数的减小而减小,随开沟器速度的增大而减小;当滞后投苗系数大于等于1时,甘草秧苗的倾斜角度在28°~31°之间波动,开沟器具有稳定的工作性能。该研究可为甘草倾斜移栽机的设计提供参考。     

机收水稻留茬地紫云英双圆盘开沟撒播组合作业机设计

为解决机收水稻地留茬对紫云英机械化播种的影响,针对目前紫云英开沟、播种环节独立作业时存在的作业质量不高、生产效率低等问题,该文研制了适用于机收水稻留茬地的紫云英开沟撒播机。设计了撒播高度可调装置,根据田间稻茬留量情况将撒播部件升降至适当位置;研制了紫云英专用排种轮和定量匀播装置,实现精量播种的同时提高撒播均匀性;采用双圆盘式开沟组件,确定圆盘直径为900 mm,测得平均开沟深度为22.3 cm,平均开沟宽度为31.2 cm,田间试验测定开沟宽度、深度变异系数均小于6%,满足紫云英种子生长期间的排水要求。通过多因素试验和回归分析,得出机具前进速度、排种轮转速、匀种圆柱直径等因素对撒播效果有显著影响,方差分析可知影响紫云英出苗率和播种均匀性变异系数的主次因素均为:排种轮转速匀种圆柱直径机具前进速度;影响排种量一致性变异系数的主次因素依次为:匀种圆柱直径机具前进速度排种轮转速;确定影响紫云英开沟撒播机撒播质量的因素最佳参数组合为:机具前进速度4.6 km/h,排种轮转速44 r/min,匀种圆柱直径6 mm。通过田间试验验证,最优参数组合条件下紫云英出苗率为95.87%,排种量一致性变异系数12.7%,播种均匀性变异系数8.07%,与模型预测优化结果的相对误差均小于3%,验证了所建模型与优化参数的合理性;与已有紫云英播种方式相比,本文所设计的双圆盘开沟撒播组合作业机作业效率可达1 hm~2/h,优于人工撒播作业效率0.1～0.125 hm~2/h、手摇撒播作业效率0.2～0.3 hm~2/h和机动喷播作业效率0.5～0.8 hm~2/h,低于无人机飞播作业效率3～4 hm~2/h,在撒播质量和组配方式上也明显优于其他播种方式,具有较好的推广应用前景。     

1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机的设计与试验

为提高水田筑埂作业质量与效率,减轻作业劳动强度,结合东北地区水稻种植农艺要求,研究设计了1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机。阐述分析了机具整体设计方案与工作原理,对其关键部件偏牵引悬挂仿形调节系统、旋耕筑埂深度可调式传动总成、旋耕集土刀辊总成和镇压筑埂圆盘总成进行了理论分析与结构设计。为获得修筑埂机最佳工作参数组合,以机具前进速度和旋耕工作转速为试验因素,田埂平均坚实度和高度变异系数为试验指标,进行了多因素二次通用旋转组合台架试验,运用Design-Expert 6.0.10软件建立因素与指标间数学模型,采用多目标参数优化确定机具最佳作业状态。试验结果表明,当机具前进速度为1.33 km/h,旋耕工作转速为525 r/min时,筑埂作业性能最优,满足旋耕集土及镇压筑埂要求,其所筑田埂平均坚实度为2 160 k Pa,高度变异系数为4.01%。田间试验表明,该机具作业性能稳定,所筑田埂质量良好,各项指标均满足筑埂作业要求。该研究为水田机械化筑埂机具的创新研发与优化提供理论支撑和技术参考。     

马铃薯播种机分体式滑刀开沟器参数优化与试验

针对马铃薯播种机的铧靴式和圆盘式开沟器存在的种薯株距分布不均、播种效果质量差、回土量小等问题,研制出分体式滑刀马铃薯开沟器,并进行关键参数优化,分析开沟和回土过程中土壤颗粒在开沟器上的运动规律,研究种薯落入垄沟后的运动过程,确定影响土壤覆盖种薯效果的因素。采用旋转正交的试验设计方法,以机具前进速度、开沟器侧面夹角、开沟器长度及开沟深度为试验因素,以种薯的横向偏移系数、株距变异系数和回土量为试验指标,分析实施田间试验结果,优化分体式滑刀开沟器的结构参数与最优运动参数:在前进速度为0.95 m/s、开沟器侧面夹角为60°、开沟器长度为500 mm、开沟深度为115 mm时,株距变异系数为10.8%、种薯的横向偏移系数为3.83 mm、回土量为24.1%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究结果可为马铃薯开沟播种装置设计与应用提供参考。     

苗盘钵苗自动识别及控制装置的设计与试验

针对全自动移栽机在田间作业中,因苗盘的钵苗格缺苗而导致的漏栽问题,研制了一种苗盘钵苗自动识别及控制试验装置。该试验装置采用单苗爪取苗,步进电机驱动钵苗盘纵向和横向移动,光电传感器作为钵苗识别装置,由可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,触摸屏作为人机界面,可适应不同规格的苗盘参数,可选择对该装置进行手动或自动控制。试验结果表明,该装置可有效地对钵苗格是否缺苗进行自动识别,并控制苗盘输送装置,使缺苗的钵苗格快速跳过取苗爪,提高取苗爪的抓取效率,以降低漏栽率;相对于没有采用钵苗自动识别的移栽模式,该系统漏栽率整体降低了约12%。该研究可为全自动移栽机的进一步自动化智能化设计提供参考。     

2ZXM-2型全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机的研制

针对新疆辣椒、番茄等作物移栽效率低、强度大、移栽质量差及作业工序多等问题,该文研制了一种全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机,整机主要由自动送苗系统、自动取苗机构与栽植机构、机架、动力传动系统、铺膜铺管装置及镇压覆土装置等组成,可实现一次性完成整形开沟、铺设地膜与滴灌带、自动移栽及覆土镇压等多道作业工序,实现作物膜上覆土移栽的全自动机械化作业过程,并能满足不同作物移栽种植要求。辣椒穴盘苗田间移栽试验结果表明:当机组前进速度为2.8 km/h、理论设计株距为20 cm时,移栽机移栽频率为62株/(min·行),立苗合格率为96.3%,漏栽率为2.8%,伤苗率为1.25%,移栽合格率为93.4%,移栽深度合格率为93.5%,株距合格率为94.7%,株距变异系数为7.9%;滴灌管铺设效果较好,无破损、打折,铺膜及覆土性能优良,地膜采光面展平度为98.2%,采光面宽度合格率为平均为97.8%,平均机械破损程度平均为3.4 mm/m2,膜孔全覆土率为97.8%,移栽机各项性能指标均能够满足辣椒穴盘苗铺膜移栽的农艺要求。该研究可为国内开展全自动旱地移栽机的研发提供参考,对推动新疆机械化育苗移栽技术的发展具有重要意义。     

蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。     

三七育苗播种压轮仿形开沟装置的设计与试验

为满足三七行株距小、播深浅且对播种深度一致性要求高的特殊播种农艺,该研究依据二力杠杆原理设计了一种适于三七育苗播种的压轮仿形开沟装置。该装置能实现横、纵向仿形且对疏松土壤有一定的紧实作用。借助ANSYS软件对压轮连接板进行应力、应变分析,验证该结构的可靠性。以土壤紧实度、播种机前进速度、弹簧预拉力为试验因素,以开沟深度稳定性为试验指标,开展二次正交旋转组合试验,建立试验因素与开沟深度稳定性之间的回归数学模型并进行显著性检验。借助Design Expert 10.0.3软件对试验因素进行响应曲面分析,并对参数进行系统优化,得到开沟深度稳定性最佳的工作参数组合为:土壤紧实度259.50 kPa,播种机前进速度6.40 m/min,弹簧预拉力211.90 N,此时,开沟深度稳定性为89.41%。用最优工作参数进行土槽试验验证,验证结果表明:试验开沟深度稳定性平均值与优化模型求解结果基本一致。该研究设计的压轮仿形开沟装置满足三七育苗播种要求,且开沟深度稳定性较好,该研究可为三七育苗播种开沟装置的设计提供依据。     

旱地蔬菜钵苗自动移栽机栽植性能试验

为了提高蔬菜苗机械化移栽作业效率,实现旱地蔬菜钵体苗移栽自动化,研制了旱地蔬菜钵苗自动移栽机,主要由椭圆-不完全非圆齿轮行星系旋转式取苗机构、横向纵向间歇送苗机构、偏心圆盘吊杯式栽植器、动力传递系统等组成。为了获得该机的作业性能,以苗龄35 d的钵体番茄苗为移栽对象,分别在栽植频率45、60、75、84株/min时进行低速移栽试验,以96株/min的栽植频率进行高速移栽试验,按照机械行业标准JB/T 10291-2013《旱地栽植机械》测定了株距变异系数、漏栽率、栽植深度合格率、栽植合格率,参照农业行业标准NY/T 1924-2010《油菜移栽机质量评价技术规范》测定了直立度合格率。田间试验结果表明,在栽植频率为45~96株/min范围内,株距变异系数、漏栽率随栽植频率增加而略有增大,其平均值分别为6.6%~8.9%、1.7%~2.8%,栽植深度合格率、直立度合格率、栽植合格率随栽植频率增加略有下降,其平均值分别为97.5%~98.9%、96.7%~97.8%、91.1%~94.7%,株距变异系数、漏栽率、栽植深度合格率、栽植合格率均达到机械行业标准要求,直立度合格率也达到农业行业标准中的规定值。旱地蔬菜钵苗自动移栽机送苗机构、取苗机构、栽植器、整机行走配合协调,能够自动完成送苗、取苗、植苗、覆土等钵苗体移栽工序,作业性能良好。     

双平行多杆栽植机构运动学分析与试验

为提高幼苗移栽质量,设计了1套双平行多杆栽植机构。为了分析和优化该机构的结构参数,建立了该机构的数学模型和运动学方程,并基于Matlab-gui编写了人机交互式程序界面。结合移栽农艺要求,建立了栽植机构运动轨迹与幼苗移栽直立度合格率的关系模型。根据仿真结果,优选了1组机构杆件长度、安装位置和初始角度等参数,并根据该参数设计和制造了幼苗移栽机样机。样机路面静轨迹和动轨迹的高速摄像试验表明,样机实际运动规律符合仿真设计要求,证明了机构设计、数学模型、软件程序和关系模型准确无误;田间试验时接苗准确率和直立度合格率均达100%,试验结果表明双平行多杆栽植机构符合幼苗作物移栽要求,同时也证明了Matlab-gui的人机交互优化方法在多杆式移栽机构分析中准确可行。该研究形成的多杆式移栽机构的运动规律对提高机械化作物幼苗移栽质量具有一定的指导意义。     

半自动压缩基质型西瓜钵苗移栽机设计与试验

针对目前使用压缩基质培育的钵苗无法使用现有移栽机械完成栽植工作的问题,模仿人工先打穴后放苗的移栽方式,设计了一种半自动压缩基质型钵苗移栽机,包含有间歇式打穴装置、持苗栽植装置和钵苗输送装置。通过单因素试验测得2组不同含水率的西瓜钵苗的钵体侧面与滑道的摩擦系数分别为0.755、0.634,并分析了2组钵体抗压载荷与压缩量之间的关系。根据西瓜种植农艺要求及西瓜钵苗外形尺寸,确定了打穴器及钵苗夹持机构的结构尺寸。按照已知运动规律对摆动机构进行优化设计,阐述了持苗栽植装置的工作过程,使用解析法对其进行了运动分析。试验结果表明,拖拉机保持2.1~2.6 km/h的速度前进时,该机作业的平均株距为98.6 cm,株距合格率为90.62%;倒伏率为21.9%,能够基本满足西瓜钵苗移栽的要求。该研究为半自动压缩基质型西瓜钵苗移栽机的设计提供了参考。     

全自动移栽机取送苗系统的设计与试验

针对目前全自动移栽机取送苗环节伤苗率高、取送苗机构运动轨迹复杂和效率低等问题,该文设计了一种全自动移栽机取送苗系统。该试验装置采用钵苗盘移位机构实现钵苗盘纵向、横向移动,集排式顶苗机构和取苗机构完成对钵体苗的顶出、夹取,接苗机构、拨苗机构、输苗机构和落苗机构等将钵盘中取出的苗输送至栽植器,整个系统作业过程中所有动作均由PLC控制气压缸和液压马达完成。通过理论分析和MATLAB仿真求解,并进行单因素试验验证,得到针对辣椒苗顶苗机构驱动气缸和苗夹夹片开合气缸最佳工作气压分别是0.4、0.25 MPa。对取苗频率、输送苗速度、移栽机前进速度理论分析得到三者之间的函数关系,进而对这3个因素水平进行优化,得到4组最佳因素水平组合并进行了多指标正交试验。试验结果表明:当取苗频率为7次/min、输送苗速度为42 m/min、移栽机前进速度为20 m/min时,该系统取送苗质量最佳,此时移栽漏苗率为2.4%、重栽率1.1%、倒伏率1.3%、伤苗率1.7%和取送苗合格率96.7%。该研究为移栽机自动化取苗提供了参考。