茄果类钵苗自动移栽机设计与试验

针对国内现有移栽机自动化程度不足,国外自动化机具不适用于国内种植模式等问题,为满足新疆茄果类蔬菜钵苗移栽需求,设计一种茄果钵苗自动移栽机,阐明自动移栽机整体结构和工作原理,设计基于导轨和驱动辊实现取放苗爪自转和公转的取放苗机构和凸轮—活门的分苗机构,研究自动控制系统,实现自动移栽机自动取放苗、移苗及分苗、移栽功能.试制...     

全自动温室钵苗移栽机设计与试验

为提高钵苗移栽机自动化程度和工作效率,设计了一种可实现8爪整体间隔取苗、分散间隔投苗、可用于穴盘到穴盘或花盆间的高效全自动钵苗移栽设备。阐述了移栽机的结构原理与工作过程,基于整体间隔取苗、分散间隔投苗原理,对移栽机整体结构及取苗爪分散部件进行设计,并合理规划移栽策略;综合考虑移栽动平台运动规律及同步带变形对动平台定位精度的影响,在ADAMS中建立移栽动平台刚柔耦合仿真模型,分别选取动平台水平运动等加速等减速、三次多项式和五次多项式运动规律进行仿真分析,结果表明3种运动规律定位精度均大于99.7%,其中五次多项式运动规律下定位精度最高。在不同移栽频率下对移栽动平台的定位精度及整机作业性能进行了试验,试验结果表明：移栽动平台在行程内的运动误差在0.15~1.22mm,在120株/min移栽频率下移栽合格率可达90.23%,且随着移栽频率降低,移栽合格率逐渐提高,整个移栽作业运动协调可靠,定位精度高,可实现整体间隔取苗、分散间隔投苗的高效作业要求。     

旱地钵苗自动移栽机设计与试验

针对目前国内半自动移栽机移栽效率低、综合经济效益不明显等问题,设计了一种旱地钵苗自动移栽机。该移栽机取苗部件利用齿轮五杆组合机构驱动取苗爪完成取苗动作,取苗爪采用插入基质单株取苗方式进行取苗;供苗部件采用不完全齿轮和螺旋凸轮轴组合的结构形式实现横向间歇进给供苗,利用棘轮棘爪机构保证纵向停顿供苗;栽植部件选用行星齿轮箱和鸭嘴式栽植器完成钵苗定植。试验表明:该旱地钵苗自动移栽机运转良好,工作性能可靠,作业效率为71.7株/(min·行)时,取苗成功率97.1%,漏栽率4.4%,满足预期设计要求,可为后期自动移栽机的设计与研究提供参考。     

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂设计与试验

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂是移栽作业的执行部件,控制取秧和推秧动作,直接影响移栽机构取秧和推秧的成功率。针对原水稻钵苗移栽机构存在取秧时间长、成功率偏低,无推秧装置、推秧效果差等主要问题,对其移栽臂结构进行改进设计,优化凸轮机构,减小凸轮推程运动角,增加推秧装置。建立机构虚拟样机,研制机构物理样机,开展机构虚拟运动仿真和高速摄像运动试验。比较虚拟仿真和高速摄像试验移栽机构夹取秧苗时间的缩短情况,结果基本一致,表明移栽臂的改进设计是正确和合理的。开展安装不同凸轮机构和有无推秧装置的移栽机构的取秧试验,改进后的机构取秧成功率和推秧成功率分别为94.3%和98.6%,远高于改进前的82.9%和88.6%,表明改进后的机构能够更好地满足水稻钵苗移栽工作要求,且具有很好的工作性能。     

水稻钵苗移栽机试验研究

水稻钵苗移栽是一种利用钵盘育秧的水稻移栽技术,是水稻种植过程中的重要环节。由机械替代人工完成移栽是推广钵苗移栽技术的关键。为此,在以五杆双曲柄分插技术为核心的水稻钵苗移栽机上进行试验研究,结果表明:水稻单穴内秧苗拉拔力小于抗拉断力,取苗秧夹夹持秧苗茎秆的取苗方式可行;水稻钵苗移栽机栽深和株距可控,栽植翻倒率为16.7%,漏插率为14.7%,伤秧率为3.4%,栽后第2天长型根,基本无缓苗;由根系生长来看,钵体苗表现更为粗壮,抗倒伏能力强;产量较同期毯状苗机插每穗平均增加4.6%。同时,针对水稻钵苗移栽机试验中所产生的作业质量、效率等问题,分析了农机和配套农艺问题,旨在对后续机具的研发提供参考,为水稻高产稳产提供技术支撑。     

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。     

基于预处理苗带甘薯裸苗自动移栽机设计与试验

甘薯种植多以裸苗移栽为主,对机械化移栽要求较高。针对国内甘薯移栽设备自动化程度低,作业时需要人工喂苗导致劳动强度大、机械化栽插质量不高的问题,结合甘薯裸苗栽植农艺要求,基于预处理苗带喂苗装置和挠性圆盘栽植装置设计了一种甘薯裸苗自动移栽机,结合甘薯裸苗移栽机喂苗装置、挠性圆盘栽植装置和浇水装置自动作业控制需要,设计了基于CAN总线的甘薯裸苗自动移栽机控制系统,能够一次性完成旋耕、起垄、开沟、自动有序喂苗、定株距栽插、镇压覆土、自动浇水、修垄等作业。田间试验表明,机具在目标株距25cm以及作业速度0.25、0.35、0.45m/s的情况下,栽植株距变异系数和栽植深度合格率均达到了标准要求,栽植株距变异系数和栽植姿态合格率受作业速度影响较大,栽植深度受作业速度变化影响较小,在作业速度为0.25m/s时,栽植株距变异系数平均值为10.16%,栽植深度合格率平均值为95.56%,作业性能优于0.35m/s和0.45m/s,栽植姿态合格率平均值为90%。本研究为甘薯裸苗机械化、自动化移栽机械的理论研究和设计提供了新的参考。     

穴盘苗自动移栽机取苗爪工作参数试验研究

为了提高旱地穴盘苗移栽的作业效率,对自动移栽机的关键部件取苗爪进行了研究;同时,对圆盘凸轮机构的两针式取苗爪进行结构与原理分析,确定了工作参数,包括夹持角度、秧针长度、取苗角度。经过多因素试验,完成了对工作参数的优化,结果表明取苗爪的设计满足穴盘苗的移栽要求,取苗成功率达到95%。     

烟草钵苗移栽机鸭嘴式移栽部件移栽质量试验

对烟草钵苗的基本几何特征参数进行测定,得出其几何分布规律及变化区间;通过单因素试验,在自主研制的YZ-2型烤烟移栽复式作业机上研究了钵苗栽植器移栽时牵引速度和钵苗高度对相同土壤含水率钵苗移栽质量(钵苗移栽直立度和株距变异系数)的影响。结果表明:移栽过程中,牵引速度对钵苗移栽直立度影响显著(α=0.05),对株距变异系数影响不显著。当钵苗高度18cm时,钵苗移栽直立度及株距变异系数均呈平稳变化趋势;当钵苗高度18cm时,直立度呈降低趋势,但影响不显著。研究结果可为烟草钵苗移栽部件的设计提供依据。     

旱地钵苗移栽复式作业机栽植机构优化设计与试验

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成,实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能,使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构,夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下,解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件,多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数;建立栽植机构三维模型,利用ADAMS运动学仿真分析,验证了栽植机构优化设计的合理性;样机田间试验表明,在钵苗高度约为15 cm、作业速度20 m/min工况下,钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%,满足旱地钵苗移栽要求。     

全自动滑道式旱地钵苗移栽机构设计与试验

针对目前移栽机构取苗速度快导致钵苗易损伤和栽植器在栽植过程中水平方向与地面存在相对运动导致钵苗栽植直立度低等问题,设计了一种全自动滑道式旱地钵苗移栽机构,该机构通过滑道控制栽植臂实现取苗、送苗、栽植和复位功能,使取苗和栽植运动轨迹和运动速度达到最优状态。通过对移栽机构的理论分析,建立运动学模型。基于VB开发了计算机辅助优化设计软件,优化出一组满足理想移栽轨迹要求的机构参数,根据此参数对移栽机构进行整体设计,完成三维建模。应用ADAMS软件对移栽机构进行运动学仿真分析,验证了设计的合理性。在物理样机上利用高速摄像系统进行了轨迹验证试验,通过对比可知理论轨迹、仿真轨迹与样机工作轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。在栽植频率为62株/min工况下进行了机构性能试验,结果表明平均取苗成功率为95%、秧苗平均栽植直立度为82°、秧苗平均直立度合格率为93.4%,满足钵苗移栽要求。     

基于PLC的移栽机整排取送苗控制系统的设计

针对目前自动移栽机单个机械手取送苗工作效率低的问题,提出了一种整排取苗式穴盘苗移栽机取送苗方案,旨在提高穴盘苗移栽机的取送苗速度,提高移栽机整体的工作效率。该系统使用FX3U三菱PLC作为核心控制器,通过控制各步进电机和气缸协同工作来完成整排穴盘苗的进给、取苗和送苗。使用SolidWorks三维软件建立整排取送苗机构模型,并使用GX-Works2软件编写程序。该控制系统实现了整排穴盘苗的取送,促进了新疆生产建设兵团穴盘育苗移栽技术的发展,对新疆特色农作物产业的发展具有重大意义。     

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。     

穴盘苗自动移栽机苗盘输送装置的设计研究

针对国内大田移栽中多数采用半自动移栽,主要由人工完成投苗工作及机械完成栽植工作,存在劳动强度大、效率低、移栽质量差等问题,对自动移栽机的苗盘输送装置进行了设计与研究。同时,设计了横向和纵向进给控制机构,确定了关键部件应该满足的技术参数,并进行了三维实体建模分析,验证设计的合理性。结果表明,该装置可满足移栽机苗盘自动输送的要求。     

油菜钵体苗移栽栽植孔成型机设计与试验

为实现打穴式移栽机高效成型满足农艺要求栽植孔,基于打孔移栽作业的工作特点,融合油菜移栽农艺要求,设计了一种纯滚动式油菜移栽栽植孔成型机。通过分析纯滚动机构运动机理,研究成孔机构的运动参数方程,建立成型栽植孔的参数方程。采用Matlab软件生成栽植孔理论轮廓线,并生成成型栽植孔的外形图,运用CATIA软件进行仿真分析得出成型栽植孔的轮廓曲线图,并将上述图形进行拟合模拟,验证了成孔机构结构参数与运动参数的合理性。试制样机,进行田间试验,试验结果表明:机具以慢2挡工作状态下前进速度为1.80~1.96 km/h,作业效率达到0.306~0.333 hm~2/h,在黏土、壤土和砂土3种土壤中试验,其成孔的平均合格率分别达到了94.4%、93.3%、90.4%,表明研制的成孔机能成型满足设计要求的栽植孔。     

辣椒苗夹茎式双排自动取投苗装置设计与试验

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和竖直运动机构实现。分析软性材料厚度、辣椒苗苗龄、夹取爪气缸压力对取苗失败率、运苗失败率和投苗失败率的影响规律,以取投成功率为优化目标进行正交试验,确定双排自动取投苗装置的最佳工作参数。试验结果表明：当软性材料厚度为10mm、辣椒苗苗龄为51d、夹取爪气缸压力为0.40MPa时,平均取投成功率达到94.6%,基本满足蔬菜移栽作业的技术要求。     

水稻钵苗膜上移栽机构优化设计与试验

膜上栽植技术可以有效防止水土流失、有利于有机水稻种植,钵苗移栽可以提高产量。为了将两种农艺相结合,提出一种膜上开孔并实现水稻钵苗栽植的移栽机构,能有效避免因破膜与水稻栽植不同步而造成的秧苗损伤。分析了移栽机构的工作机理,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助分析优化设计软件,并得到一组满足膜上移栽要求的结构参数。建立三维模型,并利用ADAMS软件完成虚拟样机仿真。设计物理样机,进行高速摄影运动试验。样机试验结果与理论分析所得轨迹基本一致,验证了移栽机构设计的合理性与正确性。在试验台架上完成了取苗试验与膜上栽植试验,取苗成功率为92.8%,膜上栽植的合格率为90%,满足膜上移栽的作业要求,验证了水稻钵苗膜上移栽机构的可行性。     

基于机器视觉的穴盘幼苗分级移栽系统设计与试验

针对穴盘幼苗工厂化生产中人工分级移栽劳动强度较大的问题,提出了基于机器视觉和图像处理自动分级方法,设计了一套穴盘幼苗分级移栽系统。首先,运用图像分割、模板匹配等方法提取穴盘幼苗叶面积、地径、株高3个特征,并以此训练SVM自动分级模型;然后,开发了基于Opencv3.6、Qt5的软件,实现了穴盘幼苗的实时在线分级;最后,使用穴盘幼苗分级移栽样机对7~10天的番茄幼苗进行自动分级移栽试验。结果表明:在平均移栽速度为9.6株/min时,移栽成功率为96.88%,分级正确率为95.83%,可以连续稳定工作,有效解决人工费时费力问题。