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。     

番茄钵苗移栽机自动取苗装置作业参数优化与试验

针对新疆地区番茄移栽机械自动化程度低、劳动强度大、作业效率低等问题,该文分析了一种番茄钵苗自动取苗装置的夹苗器凸轮运动过程,得到了凸轮运动过程参数,结合钵苗取苗作业要求搭建取苗试验台,对自动取苗装置主要工作参数进行优化。以适栽期番茄钵苗为试验对象,利用自动取苗试验台进行单因素试验。进一步结合理论分析及单因素试验,选取苗针长度、苗针开度、取苗频率为影响因素,以伤苗率、漏苗率和取苗成功率为评价指标进行三因素三水平二次旋转正交组合试验,通过Design-Expert.V8.0.6软件,得到理论最优参数组合:苗针长度198 mm,苗针开度19 mm,取苗频率57株/min,此参数组合下伤苗率为3.91%,漏苗率为1.56%,取苗成功率为94.69%。在自动取苗试验台上进行验证试验,取苗装置伤苗率为3.44%,漏苗率为1.72%,取苗成功率为94.38%,与优化结果基本吻合,验证了所建模型与优化参数的合理性。田间取苗试验伤苗率为3.65%,漏苗率为2.08%,取苗成功率为94.27%。田间试验取苗成功率与优化结果的误差为0.44%,表明取苗装置抗干扰能力较强。该研究结果可为番茄全自动移栽机取苗装置的结构改进和作业参数控制提供参考。     

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。     

油菜基质块苗移栽机对辊式取苗装置设计与试验

针对油菜基质苗移栽机栽植频率低和落苗稳定性差的问题,该研究对对辊式油菜基质块苗取苗装置进行分取苗联动结构改进与性能试验。结合基质块苗移栽机作业特点及栽植农艺要求,开展了取苗栽植过程稳定性分析,确定了取苗装置稳定运行的结构及工作参数。以适栽期油菜载苗基质块为对象,进行了单因素台架试验,并开展了载苗台角度、辊轮底端直径、辊轮转速对取苗成功率和取苗同步率影响的三因素三水平二次正交组合试验。结果表明：载苗台角度为30.7°、辊轮底端直径为26.4 mm、辊轮转速为2.2 r/s时取苗效果较优,台架试验的取苗成功率为94.62%、取苗同步率为95.35%;田间试验的取苗成功率为89.84%、同步率为92.01%,满足油菜基质块苗移栽机作业性能要求。     

面向立柱栽培的机器人移栽苗序与路径分析

为有效提高穴盘苗向立柱自动移栽的作业效率,以自主开发的螺旋式栽培立柱及其配套移栽机器人系统为对象,进行了无碰撞最短路径设计,进而对不同取苗-栽植方案的路径长度差异及其影响因素进行了分析。研究表明,面向立柱移栽时,单穴盘对1 m立柱移栽的累计路径长度差异在25%以上。取苗顺序对路径长度具有重要影响,其中"让苗"现象是造成累计路径长度差异的主要因素。立柱栽植顺序对路径长度的影响随立柱高度增加而显著增大,对3 m立柱移栽时16类取苗方案的自上至下植苗平均累计路径长度比自下至上高9.83%。稳定最优方案分别为最近相邻法和近端开始同向逐行或逐列取苗、自下至上栽植方案。研究成果对实现高效的立柱自动移栽具有积极意义。     

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。     

辣椒穴盘苗自动移栽机设计与试验

针对新疆广泛应用的半自动辣椒移栽机效率低、劳动强度大的问题,该研究设计了一种辣椒穴盘苗自动移栽机。整机主要由全自动取投苗系统与栽植机构组成,采用整排取苗再分苗投苗的方式,实现128(16列×8行)穴辣椒穴盘苗的自动取苗、投苗。在分析现有移栽机结构和工作原理的基础上,确定了辣椒穴盘苗自动移栽机的整体结构,完成了全自动取投苗系统的关键参数设计;制定了全自动取投苗系统的气动回路方案,并基于Fluid SIM软件进行仿真及优化。采用平均苗高166.7 mm的辣椒苗,以取投苗成功率,栽植频率,株距变异系数,倒伏率为评价指标进行田间试验。试验结果表明:在工作气压0.4 MPa及移栽机作业速度1.4～1.7 km/h时,平均取投苗成功率为97.07%,栽植频率为123株/min,倒伏率1.67%,株距变异系数为3.67%,各项性能指标均满足辣椒穴盘苗移栽的农艺要求。该研究可为自动化移栽机的研究提供参考。     

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。     

非圆齿轮-连杆组合传动式蔬菜钵苗移栽机构设计

针对现有的单行星架轮系机构无法实现取栽一体式蔬菜移栽机构所需的作业轨迹和姿态问题,该文基于曲柄摇杆机构的变速摆动和非圆齿轮的不等速传动特性相结合的思想,提出一种双行星架非圆齿轮与连杆机构组合传动的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构。该机构的副行星架相对主行星架作变速摆动,移栽臂相对副行星架作回转运动。采用三次非均匀B样条拟合非圆齿轮节曲线建立移栽机构运动学模型。结合西芹移栽株距220 mm、苗高100～150 mm和穴钵深度40 mm的移栽农艺要求,优选出一组适合西芹钵苗取栽一体作业的尖嘴形轨迹和姿态。轨迹取苗段长度33 mm,植苗点距离行星架壳体运动最低点距地面高度55 mm,取苗角23°,取苗过程变化角16°,推苗角65°,轨迹整体高度355 mm,动轨迹环口高度125 mm。通过对比分析仿真轨迹、试验轨迹与理论分析的轨迹基本一致,验证了移栽机构作业轨迹的正确性和设计方案的可行性,该研究可为实现兼顾轨迹高度、取苗深度和作业姿态的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构设计提供技术参考。     

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。     

马铃薯播种机播深调控装置设计与试验

针对现有马铃薯播种机大多采用整体仿形,无单体仿形机构而引起的仿形效果不佳、播深合格率较低、出苗整齐度较差等关键问题,研究设计了一种马铃薯播种机播深调控装置。阐述了该播深调控装置的主要结构和工作原理,通过对播深调控装置的动力学分析,建立了播深稳定性的数学模型,结合马铃薯播种机播深一致性的农艺具体要求,确定了该装置的理论结构参数,并得出了影响开沟深度稳定性的关键因素。采用旋转正交的试验方法,以初始牵引角、弹簧刚度和机具作业速度为试验因素,开沟深度合格指数和开沟深度变异系数为试验指标。试验结果表明:在作业速度为1 m/s、初始牵引角为0、弹簧刚度为10 N/mm时,开沟深度合格指数为96.6%,开沟深度变异系数为8.9%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究为提高马铃薯播种机播种深度一致性和马铃薯苗齐苗壮的播种关键问题提供了设计参考。     

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。     

穴苗移栽机双旋转式分苗装置设计

为了解决移栽机整排取苗后投苗不连续、作业效率不高、穴苗易破损的问题,该研究设计了一种整排放苗的分苗装置,运用2排投苗台交替运动实现无间断投苗。通过台架试验,依据实际作业状态对投苗过程进行分析,确定影响投苗效果的主要因素为投苗高度、投苗速度和穴苗倾角。以投苗成功率和基质破损率为评价指标进行单因素试验,确定各影响因素的参数范围。并进行正交试验,通过方差分析得出影响成功率和破损率的主要因素分别为穴苗倾角和投苗高度。在此基础上进行响应面分析,分析各因素交互作用对投苗效果的影响。运用MINITAB优化模块对工作参数进行优化,结果得到最佳工作参数组合为:投苗高度150 mm,投苗速度65株/min,穴苗倾角85°±5°。验证试验结果表明,最佳工作参数下投苗成功率为96.41%,基质破损率为1.65%。该装置可实现分苗投苗作业,研究结果可为全自动移栽机设计提供参考。     

花卉穴盘苗取栽一体式自动移栽机构设计与试验

为得到一种高效简便、通用性好的花卉自动移栽机械,设计了一种取苗和栽苗一体式花卉自动移栽机构,通过夹苗针相对移栽臂的运动规律设计,实现"双尖嘴"工作轨迹,建立了该机构运动学模型,并应用自主开发的计算机分析和优化软件,分析了机构参数变化对"双尖嘴"轨迹和姿态的影响,优选出符合取栽一体式移栽要求的机构参数,并通过模型仿真和样机试验相结合的方法,对该机构进行了验证分析,结果表明：仿真轨迹、样机测试轨迹与理论轨迹三者基本一致,验证了该取栽一体式移栽机构设计的正确性和可行性。试验选用"万寿菊"花卉穴盘苗,苗龄35 d,平均苗高约10 cm,试验设定机构转速为35 r/min（移栽速度70株/min）时,平均取苗成功率为97.27%,平均栽苗成功率为77.62%,表明该取栽一体式移栽机构具有较好的实用性。该研究可为自动化移栽关键技术的研究提供参考。     

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。     

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。     

钵苗移栽机非圆齿轮行星轮系栽植机构参数分析与反求

为了更好地满足旱地钵苗移栽农艺要求,本文提出非圆齿轮行星轮系栽植机构。选取栽植机构栽植嘴运动轨迹上的若干点作为型值点,利用三次非均匀B样条曲线来控制和表达整条轨迹,并建立以轨迹为目标的该机构参数反求模型,推导栽植嘴的（角）位移、（角）速度和（角）加速度方程。基于MATLAB GUI开发平台,编写了该栽植机构的参数反求设计软件,利用该软件分析了若干型值点对该机构栽植嘴轨迹姿态及穴口形状等性能的影响。在型值点影响分析的基础上,以栽植机构栽植嘴理想轨迹姿态及穴口形状等要求为目标,通过软件的人机对话功能调整型值点,优选机构参数,提高立苗率和降低伤苗率。与七杆式栽植机构、多杆式栽植机构和椭圆齿轮行星轮系栽植机构相比,本栽植机构具有较优的作业性能和运动学特性。     

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。