探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构优化设计与试验

针对回转式蔬菜钵苗扎穴移栽机构破坏钵体完整性、穴口不对称造成栽植直立度差、打孔和栽植过程同时进行影响栽植质量等问题,提出了一种探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构。该机构可交替实现打孔和栽植过程,移栽臂栽植时,打孔器在前一株钵苗栽植位置完成打孔,保证了栽植时序且穴口对称,土壤回流均匀,有利于保证栽植直立性。在取苗位置执行探出式夹取苗钵动作,以保护苗钵基质的完整性。基于探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构的运动学机理分析开发了优化设计软件,并完成了优化设计。开展了移栽机构的虚拟仿真试验和系列台架试验,分析了在取苗、打孔和栽植等关键位置的位姿。轨迹与位姿验证试验表明,该机构形成的特定轨迹和位姿可依次完成取苗、输送、打孔和栽植等动作。取苗试验表明,该机构可实现探出式取苗,有效保证了蔬菜钵苗基质的完整性。     

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。     

蔬菜钵苗移栽机取苗机构人机交互参数优化与试验

针对蔬菜钵苗自动取苗机构多目标优化设计问题,利用可视化人机交互优化方法进行求解.建立了移栽机取苗机构优化数学模型,编制基于Visual Basic的计算机辅助分析与优化软件,分析设计变量对目标和约束的影响,进而优化得到满足取苗要求的结构参数组合.利用ADAMS软件和高速摄像技术对取苗机构运动特性进行了移栽机仿真和台架试验验证.试验结果与理论分析结果基本一致,表明了机构运动学模型及其优化设计理论和方法的正确性和可靠性.通过取苗试验证明该机构能完成取苗作业,且取苗成功率为80％.     

三臂回转式蔬菜钵苗取苗机构设计与试验

当前我国蔬菜的移栽机械主要为半自动移栽机,其移栽效率取决于人工取苗速度,生产力已不能满足实际需求,两臂回转式自动取苗机构的效率还有提高潜力。为实现高速取苗作业,研究了保持取苗机构回转速度不变情况下,增加取苗臂数量的实现方式。在满足特定取苗动作姿态的前提下,设计了一种三臂回转式蔬菜钵苗取苗机构。以机械取苗代替人工取苗,模拟出了合理的取苗轨迹;基于Visual Basic 6. 0开发辅助分析软件,通过人机交互方式得出一组满足取苗工作要求的机构参数,然后建立该机构的三维模型,完成实体样机装配;取苗机构在35 r/min的回转速度下,取苗速度为105株/(min·行),摄像分析得知,该机构样机运行轨迹与仿真轨迹非常接近,对彩叶草钵苗进行取苗试验,取苗成功率达到91. 2%,证明三臂回转式蔬菜钵苗取苗机构设计的可行性。     

蔬菜钵苗取苗机构运动分析与参数优化

针对目前吊篮式半自动蔬菜移栽机手工喂入效率低的问题,设计了一种具有双曲柄齿轮—五杆式钵苗取苗机构的蔬菜自动移栽机。同时,建立了该机取苗机构的运动数学模型,并对机构的运动学特性进行了分析,得出了取苗机构主要参数对取苗臂尖点轨迹和速度的影响规律;提出了蔬菜移栽自动取苗的设计优化目标,利用MATLAB优化软件,优选出了取苗机构的一组最佳参数组合。在此组合下,取苗机构取苗、拔苗段的运动轨迹几乎是直线且与钵苗的垂直度较高,取投苗点速度较低,满足蔬菜自动移栽机的取苗、喂苗要求。     

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。     

大株距行星轮系蔬菜钵苗栽植机构优化设计与试验

设计了一种能适应大株距栽植的行星轮系蔬菜钵苗栽植机构,通过该机构栽植嘴能将蔬菜钵苗植入土中。构建了一种新型的非圆齿轮传动比函数,建立了机构的运动学模型,推导了栽植嘴尖点的(角)位移、(角)速度方程。基于Visual Basic开发了计算机辅助分析与优化软件,分析了非圆齿轮中心距a、角位移系数k1和k2、行星架初始安装角φ0、栽植嘴初始安装角α0、中间齿轮初始安装角γ0以及栽植嘴顶端到行星轮中心的距离S等重要参数对栽植轨迹的影响,通过人机交互方式优化出一组能够满足蔬菜钵苗栽植工作要求的机构参数(a=53 mm、k1=0.23、k2=0.03、φ0=-58°、α0=-144°、γ0=144°、S=175 mm)。根据优化所得参数建立栽植机构的三维模型并进行仿真分析,同时制作了栽植机构的样机进行田间植苗试验。试验了栽植嘴在不同时刻开启和闭合对西兰花钵苗栽植时直立度和成功率的影响,得出栽植嘴在其运动轨迹最低点上方10 mm处张开为最佳开启位置,钵苗直立度优良率达85%,栽植效率可达100株/(min·行),栽植株距达到450 mm,证明该机构适用于蔬菜钵苗的大株距栽植。     

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。     

蔬菜钵苗密植移栽机多行取苗机构设计与试验

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。     

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。     

添加配重的蔬菜移栽机旋转式取苗机构动力学分析

以一种应用于蔬菜钵苗移栽机、能实现非匀速连续传动的新型旋转式取苗机构为研究对象,针对取苗机构运转平稳性问题,应用配重法改进取苗机构的结构,以减小机构振动、改善其动力学性能。建立配重优化设计模型,采用穷举法通过UG和ADAMS软件分析得到配重的质量和质心向径分别为0. 21 kg和102 mm。应用ADAMS软件开展取苗机构动力学仿真与分析,并进行取苗机构样机的动力学试验,对安装配重前、后取苗机构支座反力的仿真和试验结果分别进行比较,验证取苗机构动力学性能的改善。试验结果表明,取苗机构x和y方向支座反力的最大幅值分别由改进前的409 N和77 N减小为369 N和69 N,降低了9. 8%和10. 4%;其方差由改进前的5 126 N2和553 N2分别减小为3 391 N2和398 N2,降低了33. 8%和28%,表明取苗机构的动力学性能得到了改善,工作平稳性得以提高。     

蔬菜移栽钵苗检测与缺苗补偿系统设计与试验

为解决蔬菜穴盘苗全自动移栽机因穴盘缺苗、取投苗失败等因素导致的漏栽现象,设计了基于多传感器的钵苗检测及缺苗补偿系统(补苗系统)。补苗系统作为独立功能模块,包括补苗装置、钵苗检测单元和控制系统,使用反射型光纤传感器和激光传感器联合检测的方法,对分行苗杯定位和苗杯内钵苗进行识别。利用光纤传感器分别对辣椒、番茄、甘蓝钵苗进行多高度检测试验,以获取光纤传感器最佳检测高度和最佳缺苗判定阈值。设计了自动补苗装置,并对补苗过程进行运动学分析。使用触摸屏、PLC、EM253位置模块等控制元件设计了控制系统,实现整机及补苗系统的控制。对补苗系统进行不同移栽频率下的性能对比试验,试验结果表明：在单行栽植频率分别为60、70、80 株/min时,补苗系统识别成功率分别为98.15%、98.15%、97.69%,移栽机平均漏栽率分别为1.85%、2.31%、2.31%,比未启用补苗系统时漏栽率分别降低了14.59、14.36、15.52个百分点,为进一步提高蔬菜移栽作业品质提供参考。     

可调倾角编程式多功能取苗试验台设计与试验

针对现有取苗试验台不能满足多种型号钵盘和取苗机构进行取苗试验的需求,设计了一种由多个步进电机驱动、可调取苗机构倾角、可编程控制系统的多功能取苗试验台。该试验台通过调节取苗机构安装支架的位姿、改变钵盘驱动鼠笼钢丝间距以及所在圆周直径,可以适应不同型号钵盘和满足多种取苗机构的试验要求;通过编写控制器程序可控制3个步进电机联动并实现送苗装置的横、纵向送苗与取苗机构取苗进程相匹配。在三维软件中对试验台进行了建模、装配和虚拟仿真,在加工制造的物理样机上进行了2种型号钵盘和3种取苗机构的取苗试验。3次试验结果表明：在此试验台上能够顺利完成取苗试验,证明该试验台满足多种型号钵盘和多种类型取苗机构的试验需求。     

鲜食大豆收获机弹齿滚筒式采摘装置设计与试验

针对鲜食大豆采收劳动强度大,人工采摘效率低,缺少相应收获机械装备等问题,结合鲜食大豆种植模式和采摘期植株物理特性,设计了一种弹齿滚筒式鲜食大豆采摘装置。阐述了弹齿滚筒采摘装置的工作原理,对采摘过程中的豆荚进行运动学分析,并对装置关键部件进行了参数设计和结构优化,确定了影响作业效果的因素。通过单因素预试验确定了关键参数的范围,以前进速度、滚筒转速、割台高度为试验因素,以掉落率、挂枝率、破损率为试验指标进行三因素五水平二次正交旋转中心组合试验,建立了试验因素与试验指标间的数学模型,并分析了各因素对试验指标的影响。对模型进行粒子群算法优化,预测最优参数组合为：前进速度0.43m/s、滚筒转速245r/min、割台高度4cm,对应的掉落率、挂枝率和破损率的预测值分别为10.6%、4.4%、5.6%。对最优参数组合进行田间验证试验,结果为掉落率11.8%,挂枝率4.0%,破损率6.1%,试验结果与理论预测值的相对误差均不高于10.1%。方差分析表明各评价指标的实际值和预测值之间不具有显著性差异。研究结果可为鲜食大豆采摘装置设计提供参考。     

蔬菜移栽机气吹振动复合式取苗机构设计与试验

针对我国全自动蔬菜移栽机取苗、投苗机构复杂等问题,设计了一种蔬菜移栽机气吹振动复合式取苗机构及其配套苗盘。设计的取苗机构主要由送苗装置、振动装置和气吹装置等组成,各部分配合完成自动取苗、投苗工作。构建了振动过程中苗盘与钵苗的动力学模型,通过分析钵苗取苗条件,求解出振动过程中影响取苗成功率的3个主要参数:振动频率、振幅以及钵苗基质含水率。综合考虑振动与气吹相结合的取苗方式,以取苗成功率、基质破损率作为取苗效果评价指标,选取钵苗基质含水率、振动器振动频率、吹气气压为试验因素,进行多目标正交试验。试验结果表明:在给定因素水平下,当钵苗含水率为55%、振动器振动频率为36 Hz、吹气气压为0. 45 MPa时,取苗效果最佳,此时取苗成功率为92%,基质破损率为3. 46%。     

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。     

穴盘苗自动移栽机的结构设计及运动仿真分析

为了实现穴盘苗的大田高效移栽,设计了一种由齿轮连杆机构和槽形凸轮机构组成的移栽机取苗机构和植苗机构,并重点研究了在设计的机构条件下栽植效率与前进速度和转速比值之间的关系,并进行了ADAMS运动学仿真实验和分析。仿真实验结果表明:取苗机构与植苗机构的匹配设计能使取苗爪顺利取苗和植苗器准确植苗,取苗爪和植苗器末端中心轨迹显示移栽机能够有效地完成对穴盘苗的移栽。