吊杯式栽植器空间凸轮的设计及运动仿真

吊杯式栽植器(简称吊杯)是移栽机的关键部件,其开启规律将直接影响到秧苗的栽植质量。控制杯嘴开合的空间凸轮轮廓曲线比较复杂,设计满足吊杯开启规律的空间凸轮是个难点。针对这一问题,根据吊杯开启规律,建立空间凸轮轮廓曲线的数学方程;利用Pro/E通过编程生成空间凸轮的实体模型,并构建吊杯的三维实体模型,通过机构模块对吊杯进行仿真分析,并对其开启规律进行了仿真验证。结果表明,该凸轮满足吊杯的开启规律和设计要求,可为吊杯空间凸轮的设计和制造提供理论依据。     

吊杯式移栽机栽植器运动学分析与试验

以吊杯式移栽机栽植器的运动轨迹方程为基础,结合农艺要求,对移栽机进行了零速栽苗和最小破膜条件的理论分析,得出移栽机主要设计参数的计算公式,并进行了机具设计及田间试验.理论分析与田间试验表明,栽植器最佳投苗位置为过最低点后的上升段;株距调整时,应根据实际调整大小决定通过改变传动比还是栽植器个数来实现.     

蔬菜钵苗高速移栽机吊杯式栽植器参数优化

为了获取高速状态下蔬菜钵苗移栽机吊杯式栽植器的最佳工作参数,设计了移栽参数可调的栽植器试验台,并进行了钵苗移栽土槽试验。采用二次正交旋转中心组合设计法,以移栽速度、特征参数和吊杯倾角为影响因子,以直立度合格率、株距变异系数和栽植深度合格率为响应值,利用SAS 9.1软件进行回归分析和响应曲面分析,探究单因子及交互因子对响应值的影响效应,并结合非线性优化计算方法,对栽植器的结构参数和工作参数进行优化计算。结果表明:在满足栽植频率大于90株/min的高速移栽状态下,各因子对直立度合格率的影响贡献由大到小为吊杯倾角、特征参数、移栽速度;对株距变异系数的影响贡献由大到小为移栽速度、特征参数、吊杯倾角;对栽植深度合格率的影响贡献由大到小为移栽速度、吊杯倾角、特征参数。优化所得栽植器最佳参数条件:移栽速度为0.47 m/s、特征参数为1.18、吊杯倾角为87°,此时理论最优值为直立度合格率98.01%、株距变异系数5.93%、栽植深度合格率89.25%,优化后验证试验表明直立度合格率为96.6%,株距变异系数为6.1%,栽植深度合格率为87.8%,试验结果与理论结果一致,所建立的回归模型合理;优化后直立度合格率、栽植深度合格率较优化前分别提高5.8、3.6个百分点,也高于国家和行业标准规定的指标值。     

两种吊杯栽植器性能对比

对单吊杯栽植器和多吊杯栽植器在结构特点、运动轨迹、动力学特性、接苗准确性以及最高工作效率几个方面进行了分析比较。单吊杯栽植器通过合理设计曲柄连杆的参数可以得到理想的栽苗轨迹,能有效减小吊杯栽苗时对土壤的干扰,接苗准确性高,而且质量小,但工作时运动冲击大,不适合高速作业。多吊杯栽植器吊杯随驱动装置做余摆线运动,工作时运动冲击较小,株距适用范围更广,能进行高速作业,适用于效率高的自动移栽机,缺点是吊杯尺寸通常比较小,而且整体质量较大。      

基于LabVIEW的吊杯栽植器成穴阻力试验系统设计

吊杯栽植器是吊杯式移栽机直接与土壤接触的工作部件,其形状、尺寸及作业参数直接影响栽植器打穴栽植性能和效率.为深入研究吊杯栽植器尺寸、作业参数对成穴阻力的影响,设计了一种基于LabVIEW的吊杯栽植器成穴阻力试验系统.采用直流电机作为栽植装置的动力源,并用数据采集卡、压力传感器和扭矩传感器等搭建了成穴阻力测量硬件系统,采...     

穴盘苗高速移栽机吊杯式栽植器膜上成穴性能仿真与试验

吊杯式移栽机具有成穴、移栽一次性完成,可以覆膜作业等优点,已成为移栽作业中使用较多的移栽机械。吊杯式栽植器为吊杯式移栽机的主要作业部件,不同形状吊杯能影响移栽机的膜上成穴性能及栽植品质。借助离散元仿真软件EDEM及多体系统动力学分析软件RecurDyn,耦合仿真分析两种不同形状的吊杯在栽植频率为72株/（min·行）时的撕膜大小,仿真结果得出圆锥形吊杯的成穴性能优于锥形吊杯,锥形吊杯形成的膜口纵向尺寸为105.37 mm,圆锥形吊杯形成膜口纵向尺寸为101.26 mm;最后通过室内台架试验,检验两种不同形状吊杯的栽植机构的膜上成穴性能,并验证EDEM RecurDyn耦合仿真结果的合理性。结果表明,仿真试验结果与台架试验结果趋势一致,锥形吊杯的膜口纵向尺寸约为130.58 mm,圆锥形吊杯的膜口纵向尺寸约为121.40 mm,证明所采用EDEM RecurDyn耦合仿真研究吊杯式栽植器成穴特性的方法是可行的,就地膜的损伤程度而言,圆锥形吊杯的膜上成穴性能优于锥形吊杯。     

吊杯式移栽机栽植株距调节的研究

对栽植株距、传动比、吊杯数量以及移栽机前进速度与栽植圆盘线速度之间的关系进行了分析,设计了2 ZB-2型吊杯式移栽机的传动系统,用6种链轮与吊杯的组合来调节株距。田间试验结果表明,该吊杯式移栽机工作稳定可靠,栽植株距稳定一致,3~4吊杯的株距变异系数为0.48~0.88。研究结果可为今后吊杯式移栽机的研制和计算提供参考。     

吊杯式移栽机振动特性分析及对孔穴参数的影响

针对吊杯式移栽机受自身及外界激励产生振动影响栽植机构栽植性能的问题,进行了移栽机作业时振动特性测试与时域、频域分析,并对不同振动强度下吊杯式栽植器所成孔穴参数进行测量。试验表明：移栽机栽植机构的振动为低频振动,主频主要分布在4.25～5.25Hz范围内,移栽机前进速度和栽植深度是影响移栽机振动特性的重要因素。移栽机前进速度在0.8～2.0km/h范围内时,前进速度越大,移栽机栽植机构的振动加速度越大;移栽机栽植深度在70～130mm范围内时,栽植深度越大,移栽机栽植机构的振动加速度越大。通过分析不同振动强度对孔穴深度、穴口纵长的影响表明：振动强度越大时,土壤受到的扰动越大,土壤回流量越多,孔穴的有效深度均值越小,穴口纵长均值越大。研究结果可为吊杯式移栽机优化设计和作业参数的选取提供参考依据。     

基于ADAMS的栽植器鸭嘴运动的改进设计

针对2ZT-2型甜菜移栽机在使用中出现的鸭嘴式秧夹夹土、带苗等问题,应用机械系统分析软件ADAMS对甜菜移栽机栽植器鸭嘴的运动进行了计算机辅助分析,并改进设计了鸭嘴运动规律及控制其运动的凸轮机构.     

喷头摇臂导流器结构参数的设计

阐述了摇臂式喷头摇臂导流器结构参数的主要影响因素。对14种喷头的摇臂导流器结构参数值做了回归分析，得出了摇臂转动惯量，分别与导流器结构参数R1和喷嘴直径d0之间的相关关系以及导流器结构参数R1、R2、R3、R4之间的比例关系。在此基础上通过理论分析建立了射流速度与摇臂摆动角速度的比值U／ω0以及摇臂转动惯量J的计算公式，作为导流器结构参数设计的依据并尝试建立一套计算摇臂导流器结构参数的方法。     

双排移栽机械手联动式高速移栽装置设计与试验

为了提高自动移栽机移栽效率,设计一种双排移栽机械手联动式高速移栽装置。利用安装在两个移栽臂上的双排移栽机械手交替取苗和栽苗的方法,采用联动控制方式使移栽效率翻倍。通过优化移栽机械臂和移栽机械手结构,并对其关键部件进行参数设计和运动学分析,综合考虑影响移栽成功率的关键因素,确定穴盘苗苗坨含水率、苗龄、爪针限位孔中心距为试验因素,以200穴欧石竹穴盘苗为试验对象,进行单因素试验和多因素正交试验,确定双排移栽机械手联动式高速移栽装置的最佳工作参数。试验结果表明：当穴盘苗苗坨含水率为32.6%、苗龄为46d、爪针限位孔中心距为16.7mm时,取苗成功率为94.7%,与软件计算结果94.2%接近,符合花卉、蔬菜移栽作业的技术要求。     

蔬菜移栽夹茎式取苗装置设计与试验

针对半自动移栽机作业效率低、作业质量差的问题,设计了一种面向蔬菜移栽机器人的夹茎式自动取苗装置。取苗装置经过整排取苗、等距分苗、精准投苗,可实现高效、高质自动化取投苗作业。建立多级剪叉分苗机构与夹苗装置的运动力学模型,对钵苗下落运动、气动系统进行模型设计及分析计算,搭建取苗试验装置。试验选取穴盘辣椒苗作为研究对象,以钵苗苗龄、基质含水率、取苗频率为试验因素,设计以取苗成功率、基质破碎率为评价指标的单因素试验。根据试验结果,采用Box-Behnken响应曲面分析法设计正交试验,探究了苗龄与基质含水率、苗龄与取苗频率及基质含水率与取苗频率之间的交互作用对取苗效果的影响,优化取苗参数。试验结果表明,当苗龄33 d、钵苗基质含水率46%、取苗频率75株/min时,取苗成功率为97.36%,基质破碎5.07%,可满足大田自动化移栽的取苗及投苗要求。     

变行距水稻钵苗移栽机移栽装置设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机移栽行距固定、不能适应南方双季稻区不同行距移栽农艺要求的问题,在歩距式水稻插秧机基础上,设计了一种取苗轨迹简单、实用及性能可靠的变行距钵苗移栽装置。根据钵苗最佳拔取角度与取、投苗位置要求,确定取苗运动轨迹,设计取苗连杆机构,建立运动学模型,并应用Matlab对机构模型进行优化设计;根据取苗连杆机构运动参数与钵苗下落姿态的要求,设计苗夹开合与旋转运动控制凸轮,并进行取苗连杆机构与苗夹机构之间运动同步性的运动仿真分析;为满足钵苗经过输苗筒后下落至水田时刻的一致,以保证移栽时钵苗株距均匀性,对输苗筒的关键结构进行了理论分析及设计;进行不同取苗速度、不同行距的移栽试验,平均取苗成功率达到89.96%,平均倒苗率3.45%,表明该装置具有较好的移栽效果,可应用于水稻钵苗变行距移栽作业。     

气吸式玉米排种器清种机构参数化设计与试验

为解决气吸式玉米排种器重播指数高和难以保证清种机构设计合理性的问题,优化设计了气吸式排种器的清种机构。通过定义种子被吸附时占据型孔直径的比值概念,建立了清种过程数学模型,分析了清种过程的运动机理,得出种子被吸附所需占据型孔直径的比值随种盘型孔中心线速度变化不明显,但随型孔直径的增大明显降低;分别对清种机构安装位置、锯齿边缘倒角、清种曲线进行了分析和设计,建立了适于气吸式排种器清种机构的参数化数学模型,并分析得出影响清种机构形状的关键因素为种子尺寸和种盘型孔所在半径;采用DEM-CFD耦合仿真方式对清种过程模拟分析,验证了所设计的清种曲线能够起到很好的逐级清种作用,并得出种子所受清种冲击力的大小顺序为大扁形、小扁形、类圆形。采用优化后的清种机构与上代排种器进行对比试验,结果表明,在风压为-3 kPa、作业速度为8～14 km/h时,优化后的排种器合格指数不小于92. 0%,重播指数不大于1. 6%,漏播指数不大于6. 3%;优化后的清种机构能够在降低重播指数的同时减少漏播,有效地提高了合格指数,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性,从而验证了清种机构参数数学模型的合理性,可为气吸式排种器清种机构设计提供理论依据。     

自动化玉米移栽机送苗装置的研究

玉米是我国主要农作物之一,其生产效率与生产质量的好坏,直接关系着我国粮食安全。传统的玉米播种方式,不仅生产效率、作业质量和标准化程度均比较低,无法实现高效率全自动大面积玉米播种或者套种的实际需求。在新时期,随着城镇化进程加快,农村劳动力日益短缺,加上社会经济发展与科学技术的进步,为我国玉米移栽机自动化技术开发设计提供了必要的支撑条件。为此,对我国东北地区玉米试验田进行相关研究,就自动化玉米移栽机及其送苗装置技术的研发、设计进行探究,并重点阐述其基本工作原理。     

自动化玉米移栽机送苗装置的运作试验研究

为进一步提升玉米移栽机的移栽效率与自动化水平,结合当前国内外玉米移栽机的研究现状,在玉米移栽机的工作原理与送苗装置的结构组成的基础上,对其展开优化研究。依据横纵向送苗机构的运动协调控制与结构参数设计,加入智能自调节控制程序、相应传感器装置及自动检测系统,实现设计目标并通过给定前置条件进行运作试验。试验表明:X、Y轴送苗方向上的参数均得到理想优化效果,最大提升值分别可达7%、15%左右;优化送苗装置作用下,整体移栽伤苗率小于8%,漏栽率控制在5%之内,成功取苗率达93%以上,符合送苗装置及关键机构的设计优化初衷,试验可靠有效,对玉米移栽机的进一步改进和类似作物移栽机械开发有一定的参考价值。     

移栽机穴盘苗定位取苗装置的设计

目前,我国的机械化程度还处于初级阶段,和日本、美国等国家还有着很大的差距。为此,鉴于我国新疆地区大面积的种植模式,针对人工移栽穴盘苗存在的劳动强度大、成本高、移栽周期长、移栽效率低等问题,设计了一种穴盘苗移栽机定位取苗装置。该装置利用双摇杆式定位推苗气吹取苗,完成对穴盘的准确定位,同时打破钵苗与穴盘间的粘结力。该定位取苗装置结构简单、成本低,对增加农民的经济收入及解决育苗移栽技术大面积推广问题具有重要意义。该技术有利于促进农业机械化,对大面积种植模式,尤其是新疆地区,具有促进作用。     

自动移栽钵苗输送装置理论分析与试验

针对移栽作业人工喂苗速度低的问题,设计了一种由圆柱凸轮为横移机构、槽轮-链传动为纵移机构所组成的自动移栽钵苗输送装置。利用解析作图法,并结合移栽农艺要求分别对纵移和横移机构进行理论分析,得出了输送装置的核心关键参数:横移凸轮基圆半径r0=6 5 mm,滚子半径r=1 2 mm,滚子宽度B=9 mm,槽轮槽数n=5。以苗龄期40天的西红柿穴盘苗(穴盘规格为16×8)为试验对象进行了钵苗输送试验,结果表明:横移机构单次供苗的最大误差为0.76mm,横移7次(供苗时苗盘每行需横移1次)累积误差小于0.2mm,供苗准确率超过97.9%;纵移机构单次供苗的最大误差为0.88mm,纵移7次(每盘8行,需纵向移动7次)累积误差不超过0.3mm,供苗准确率在97.5%以上。该机构在供苗过程中可连续作业,满足钵苗供苗的自动输送需求。     

基于DEM-CFD的气吸式三七种苗定向移栽装置研究

为实现机械化移栽、解决三七种苗调姿定向问题,设计了一种振动辅助吸苗气吸式三七种苗定向移栽装置.通过分析种苗的吸附状态受力及种苗在升力作用下产生旋转力矩、实现调姿的过程,阐明了种苗吸附调姿的机理;利用DEM-CFD气固两相流耦合仿真方法对种苗吸附调姿过程进行分析,验证了种苗吸附调姿的可行性,仿真结果表明,当主吸孔与辅助定...     

大棚蔬菜移栽机的设计

针对目前常见的蔬菜移栽机很难在空间受限的大棚中使用,导致大棚蔬菜在进行育苗移栽时仍然依靠人工而费时费力的现状,设计了一种专门针对大棚使用的蔬菜移栽机。该装置在推动移栽机行走时主动轮转动,通过齿轮和链轮两级增速传动,把动力传递到执行机构,执行机构带动插苗装置和菜苗传送装置的运动,实现菜苗的栽种。装置中采用偏心轮机构实现鸭嘴状插苗装置的上下运动,传送苗装置的循环间歇运动由空间槽轮机构来实现,通过空间槽轮机构和偏心轮机构的协调动作来达到预定的运动规律。同时,根据大棚参数确定了各零部件的尺寸,作出了CAD图和三维结构图,完成了对大棚蔬菜移栽机的设计。