油菜钵苗开沟槽水平推苗栽植机构设计与试验

为了提高油菜钵苗移栽效率与质量,设计了一种适合厢面开沟槽水平推苗移栽的栽植机构。为了分析和优化该机构的结构参数,建立了数学模型和运动学方程,并编写了基于Matlab的人机交互式程序。结合油菜钵苗水平推苗移栽的农艺要求,探讨了栽植机构运动轨迹与幼苗移栽直立度合格率的关系。研究了水平推苗移栽的运动机理,优选了栽植机构杆件长度、安装位置和初始角度等参数,并根据该参数设计了油菜钵苗幼苗移栽试验装置。进行了栽植机构运动静、动轨迹验证试验和栽苗试验,轨迹验证试验表明,样机实际运动规律符合仿真设计要求,栽苗试验表明,在行驶速度0. 4～0. 6 m/s、栽植机构循环频率在1～1. 5 Hz之间,移栽株距0. 2～0. 3 m,移栽深度0. 04～0. 06 m时,水平推苗栽植合格率不低于90%,说明水平推苗移栽满足油菜钵苗移栽要求。     

钵苗移栽机五杆式栽植机构的设计与试验

针对旱地蔬菜移栽机栽植机构结构复杂、栽植钵苗直立性差等问题,设计了一种五连杆鸭嘴栽植机构。首先,确定了五杆式栽植机构的工作与结构参数,分析了植苗部件旋转切向速度与机器前进速度之比λ对钵苗栽植曲线的影响;通过运动仿真并结合移栽农艺要求,对五杆机构进行参数设计,得出一组最优参数组合。然后,对五杆式栽植机构进行了结构设计与仿真分析,通过对栽植机构关键部件鸭嘴打穴器的有限元分析,保证其作业时的结构强度要求,并通过运动学仿真软件Adamas进行栽植机构的参数优化及运动学仿真。最后,试制样机并进行了田间移栽试验,对样机进行了4组试验,每组移栽72株油菜钵苗。结果表明:各评价指标满足设计要求,五杆式栽植机构结构设计与参数选择合理,株距变异系数及栽植深度变异系数较低,栽植机构工作稳定。     

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。     

七杆式移栽机栽植机构运动学分析--基于 MATLAB

分析了鸭嘴移栽机栽植机构的工作原理与过程,建立了七杆栽植机构的运动学模型。借助 MATLAB 软件对数学模型进行求解,对相关参数进行了优化计算,得到了主要参数的最佳组合,并模拟出栽植点的作业轨迹曲线,对栽植点运动轨迹特点进行了研究,从而直观地分析其作业性能。研究表明,所设计的七杆栽植机构具有良好的移栽性能,能满足移栽作业的农艺要求,为移栽机设计中栽植机构的运动参数和结构参数的确定提供了依据。     

基于五杆机构的丹参膜上移栽机构设计与试验

针对丹参人工移栽作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有膜上移栽机不适合丹参裸苗移栽等问题,为保证丹参裸苗机械化移栽立苗率,结合"丹参大垄双行覆膜高效生产技术"提出的农艺要求,设计了一种五杆式丹参移栽机构,在建立五杆机构的工况约束条件和自由运动约束条件的基础上,结合机构运动学模型利用Matlab建立人机交互可视化辅助界面;借助辅助界面研究栽植器端点的区域轨迹分布特性和机构参数对栽植器端点运动轨迹的影响规律,根据机构运动轨迹要求,通过数值循环比较得到满足丹参膜上移栽要求的五杆机构各构件参数;运用LA-S系列植物图像分析系统测量丹参植株形态的特征参数并根据特征参数设计鸭嘴栽植器各参数。样机试验结果表明:基于五杆机构的丹参膜上移栽机构在满足丹参移栽农艺要求的同时能保证丹参裸苗移栽的大升程轨迹、立苗率要求和作业质量,丹参移栽机构的立苗合格率为97.3%、立苗优良率为94.0%、漏栽率为2.5%、株距变异系数为6.5%、栽植深度合格率为94.6%。     

2ZY-6型油菜毯状苗移栽机设计与试验

现有移栽机均以土壤流动为移栽的前提条件,不适应稻茬田黏重土壤,且作业效率较低。针对油菜机械化移栽的难题,采用油菜毯状苗的育苗方式,借鉴水稻插秧机的切块取苗原理,设计了2ZY-6型油菜毯状苗移栽机,该机可一次性完成切缝、移栽和覆土镇压等作业。切缝装置采用动力波纹圆盘,破茬能力强、沟型稳定,有利于后续秧苗对缝栽插;设计了机械液压式旱地仿形机构,可在不平土壤条件下实现栽深控制;设计了V型覆土镇压装置,通过具有夹角调节功能的V型对称布置的镇压轮锐角轮缘切土、侧向推土,挤压栽植缝壅土立苗;根据油菜移栽农艺要求,对栽植系统的关键部件和参数进行了优化设计,满足毯状苗油菜大面积、低回数切块取苗的要求。对整机进行了稻茬田和旱田两种土壤条件下的性能试验,结果表明,稻茬田土壤含水率为24.7%~30%时移栽效果较好,栽植合格率最大可达85.66%;旱田土壤含水率为17.6%~26.8%时移栽质量最优,栽植合格率最大可达87.01%;在稻茬田移栽时,机具前进速度应控制在1.15m/s以内,在旱田移栽时,机具作业速度为0.8~1.2m/s时均能满足油菜移栽要求。     

步行式水稻钵苗膜上开孔移栽机构优化设计与试验

为了实现将水稻钵苗移栽和膜上栽植农艺技术相结合,设计了相应的步行式水稻钵苗膜上开孔移栽机构,用一套回转机构一次性依次完成取苗、输送、膜上开孔和配合栽植。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型并设定数字化优化目标,基于Visual Basic 6. 0开发了机构的计算机辅助分析优化设计软件,通过优化获得一组满足移栽要求的机构参数。对机构进行了结构设计、三维建模和装配,并通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。利用高速摄像技术在所搭建的试验台架上对样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和物理样机轨迹基本一致,验证了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、膜上开孔试验以及栽植试验,结果表明取苗成功率为90. 4%,秸秆纤维地膜和塑料地膜栽植成功率分别为87. 5%和82. 5%,所开膜孔的长度与宽度效果良好,满足步行式水稻钵苗膜上开孔移栽的要求。     

悬杯式移栽机栽植系统的优化设计与运动仿真

针对钵苗在栽植过程中保持直立的农艺要求,将悬杯式移栽机栽植机构的工作原理作为栽植系统的优化设计基础,对机构进行优化设计。通过分析得到了机构的运动方程以及相关参数,并以零速投苗为目标函数,建立了栽植系统的优化数学模型,利用Matlab软件对影响零速投苗的因素进行了优化计算。在Solidworks软件环境下,对移栽机栽植系统进行运动仿真分析,表明优化后的栽植机构工作参数符合需求。     

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。     

穴盘苗移栽机取送苗装置设计与试验

育苗移栽是农作物增产增收的一项有效措施,为了提高穴盘苗移栽的可靠性和作业效率,对穴盘苗移栽机的取送苗装置进行优化设计和试验研究。对取苗机构和送苗机构进行力学分析与结构设计,确定其最优结构和参数。土槽试验结果表明:移栽机取苗速度为40株/min时,取苗成功率为97.21%,穴盘苗平均基质损失率为7.97%,栽植成功率为95.40%,作业可靠性达到92.74%。移栽机移栽作业各项指标满足农艺要求,可为小型移栽机的设计提供理论参考。     

滑移率对吊杯式移栽机膜上穴口长度影响分析

针对2ZB-2型吊杯式移栽机在膜上移栽过程中出现的穴口长度过大的问题,通过对移栽机运动特征参数、传动比和地轮滑移率之间的关系进行推导,得到了它们之间的关系式。同时,利用Mat Lab建立了膜上穴口长度计算程序,分析了滑移率、传动比对运动特征参数和膜上栽植穴口长度的影响,得出滑移率在10%~20%范围内及移栽机结构一定的情况下,随移栽机传动比的增大,膜上穴口尺寸变化具有相同规律,即膜口尺寸表现为先减小后增大的趋势,存在最小膜上穴口尺寸,并提出了通过改变传动比的方法来减小膜上穴口长度的方案。田间试验表明:当滑移率为10%~20%、传动比为0.698~0.852时,穴口长度变化范围最小,此研究为移栽机的后续改进提供了参考。     

基于遗传算法的三臂轮系式栽植机构多位姿运动综合

为进一步提高蔬菜穴盘苗高速自动移栽机的栽植效率,提出了三臂轮系式栽植机构,并基于遗传算法对其进行了近似多位姿运动综合设计。首先,以理想栽植轨迹上关键位姿（位置与姿态）数据为约束,由杆长不变条件建立轮系式栽植机构简化模型（平面RR机构）近似多位姿运动综合优化模型,并利用Matlab遗传算法工具箱求解获得机构最优结构参数;然后,由平面RR机构两转动副的运动参数计算轮系机构总传动比并分配,从而实现轮系式栽植机构的设计。最后,对三臂轮系式栽植机构进行了结构设计、仿真分析和试验验证,结果表明：机构实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;栽植频率120株/(min·行)、理论株距为300mm时,栽植成功率96.7%,〖JP3〗实际株距均值298mm,平均穴口宽度70mm,满足高速移栽要求,验证了所提出方法的正确性和三臂轮系式栽植机构的实用性。     

基于遗传算法的三臂轮系式栽植机构多位姿运动综合

为进一步提高蔬菜穴盘苗高速自动移栽机的栽植效率,提出了三臂轮系式栽植机构,并基于遗传算法对其进行了近似多位姿运动综合设计。首先,以理想栽植轨迹上关键位姿(位置与姿态)数据为约束,由杆长不变条件建立轮系式栽植机构简化模型(平面RR机构)近似多位姿运动综合优化模型,并利用Matlab遗传算法工具箱求解获得机构最优结构参数;然后,由平面RR机构两转动副的运动参数计算轮系机构总传动比并分配,从而实现轮系式栽植机构的设计。最后,对三臂轮系式栽植机构进行了结构设计、仿真分析和试验验证,结果表明：机构实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;栽植频率120株/(min·行)、理论株距为300 mm时,栽植成功率96.7%,实际株距均值298 mm,平均穴口宽度70 mm,满足高速移栽要求,验证了所提出方法的正确性和三臂轮系式栽植机构的实用性。     

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。     

复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置设计与试验

针对蔬菜膜上移栽膜口大、栽植频率低等问题,设计了一种复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置。在分析复合曲柄摇杆式栽植机构工作原理的基础上,建立栽植机构的运动学模型。采用Matlab软件编写栽植机构仿真分析与优化程序,分析各个参数对栽植轨迹及运动特性的影响,采用逐次逼近的方法,得到一组满足膜上栽植要求的杆件长度：lOA=48mm,lAB=125mm,lBC=160mm,lAD=200mm;根据优化后的参数组合设计样机并进行虚拟仿真和样机田间试验。结果表明：各组试验栽植合格率均在90%以上,栽植深度合格率在94%以上,株距变异系数最大为6.35%,膜口长度平均值为10.44cm,破膜程度约为18%,栽植频率达到70株/(min·行),满足蔬菜膜上移栽的要求。     

油菜钵苗移栽机双五杆栽植机构多目标优化设计

针对双五杆栽植机构结构复杂、参数多,用传统的解析法设计较为困难的实际问题,分析了油菜钵苗移栽机双五杆栽植机构的工作原理和运动特性,构建了该机构多目标优化设计模型,借助Matlab软件开展了多目标优化设计模型的求解和参数分析,并结合高速摄像技术开展了该机构多目标优化设计模型与实际轨迹一致性的验证。结果表明:机组前进速度为0.3 m/s、栽植频率为60株/min时,栽植株距和轨迹高度均为300 mm,入土轨迹与出土轨迹具有较高垂直度和重合度,栽植轨迹最低点鸭嘴器水平方向速度为0.04 m/s,接近零速栽植,满足油菜移栽要求。     

花椰菜钵苗移栽机栽植机构设计与试验

针对云南省丘陵山区地形特点和坡耕地条件下的作业环境,设计了一种双曲柄五杆式花椰菜钵苗移栽机栽植机构。通过对移栽机五杆机构的分析,确定了五杆机构各杆件长度,并基于线性独立矢量法得到满足五杆机构惯性力平衡条件的各杆件质量矩;结合Matlab软件图像处理功能设计了与钵苗轮廓相匹配的打孔器;应用RecurDyn与ANSYS仿真软件,对栽植机构栽植轨迹和打孔器结构强度进行了分析;采用高速摄像验证了栽植机构的栽植轨迹。根据仿真结果,进行了栽植机构栽植性能台架试验,以台架前进速度、栽植频率和入土深度为试验因素,建立了栽植合格率、露苗率和株距变异系数的数学模型,采用响应曲面法优化得到了最佳工作组合,即台架前进速度0.4~0.54m/s,栽植频率50~68株/min,入土深度10cm时,栽植合格率大于90%,露苗率小于5%,株距变异系数小于5%。设置花椰菜钵苗移栽机机组的前进速度为0.52m/s,花椰菜钵苗的栽植频率为61株/min,打孔器入土深度控制在10cm,进行田间试验,结果表明,花椰菜钵苗的栽植合格率为91.67%,露苗率为3.33%,株距变异系数为4.17%,满足花椰菜钵苗移栽农艺要求。     

新型六杆移栽机构的设计与运动仿真分析

为设计一种结构简单、栽植稳定、质量高、效率高的移栽机构,提出设计一种新型的六杆移栽机构。简化为数学模型后建立矢量方程,并得到移栽部件的位移、速度、加速度模型,分析其工作原理和运动轨迹规律,并借助ADAMS软件仿真分析,对其设计要求进行验证。栽植部件可实现株距为200 mm的栽植动作,轨迹平滑,在每个时长为1.5 s的周期内回程时间相对去程减少0.23 s。此新型六杆移栽机构满足栽植直立度要求、栽植深度和栽植株距要求,并且有急回特性,移栽效率较高,为进一步研究性能优良的移栽机打下理论基础。     

膜上移栽机穴覆土机构设计

针对现有的膜上移栽机覆土机构只能实现条形覆土,存在采光面不足、覆土质量不高等问题,提出了一种分流调节、变量控制、膜上穴覆土移栽机覆土机构设计方案,完成了关键部件及控制系统的设计。该机构采用光电传感器周期性检测凸轮监测孔的位置,定位控制覆土器的旋转,实现覆土装置与车速的自适应调节,从而实现其穴覆土功能。所设计的穴覆土机构,送土量,覆土量S=1.17L/m,分流比为1/15~1/5。该研究为膜上移栽机的设计提供了理论依据。