非圆齿轮-曲柄滑块压捆机构反求设计

为满足压捆机构的理想运动特性要求,该文提出了一种非圆齿轮—曲柄滑块式新型压捆机构,建立了该新型机构的运动学分析模型,并以理想速度曲线为目标反求得到了满足工作要求的非圆齿轮节曲线。通过实例计算比较,该新型机构与传统曲柄滑块式压捆机构相比,在一个工作循环中压缩时间增加30%,能实现小阻力阶段快速压缩、大阻力阶段则以恒定的低速压缩,且所需最大输入功率可降低28.6%。     

包装机夹持卧带式拉伸膜供送成型装置设计与试验

针对现有生鲜果蔬机械化包装过程中拉伸膜无法供送及制筒成型等问题,该研究设计了一种生鲜果蔬包装机夹持卧带式拉伸膜供送成型装置,该装置主要由包材供送机构、立式输送带和卧式输送带等组成,可完成包材物料的平稳供送,物料上部覆膜和纵封作业。对拉伸膜供送成型过程进行力学模型分析,确定夹持卧带的倾斜角度范围12°～18°,流利条部件的下压深度0～10 mm,夹持卧带总夹持距离250 mm,夹持最低点距支撑件的最佳距离10 mm。为寻求最优工作参数,运用二次旋转正交组合试验,选取输送速度、流利条部件的下压深度以及夹持卧带的倾斜角度为试验因素,以拉伸膜左、右偏移量作为试验指标进行响应曲面分析。试验结果表明：各个主效应因素对拉伸膜左、右偏移量的影响由大到小依次为输送速度、流利条部件的下压深度、夹持卧带的倾斜角度。通过目标参数优化,确定最优工作参数组合：输送速度为292 mm/s,流利条部件的下压深度为10 mm,夹持卧带的倾斜角度为16.3°。对优化参数进行试验验证得到：左偏移量均值为10.5 mm,右偏移量均值为11.4 mm,与优化模型预测结果基本一致,满足生鲜果蔬包装机拉伸膜供送成型装置稳定送膜、有效制筒纵封的作业需求。该文可为后续生鲜果蔬机械化包装提供一定的理论基础与参考。     

蔬菜移栽机曲柄摆杆式夹苗机构的设计与试验

通过对穴盘苗进行抗压特性试验、试验平台的夹取试验,研究分析了适于夹取式自动取苗机构工作的相关参数组合以及最佳的钵苗含水率状况,为机构设计提供参考依据。该文基于辣椒穴盘苗抗压特性设计了全自动蔬菜移栽机曲柄摆杆式穴盘苗夹苗机构,该机构可与顶出机构配合完成全自动蔬菜移栽取苗和投苗工作。该文完成了曲柄摆杆式夹苗机构主要结构的设计,并对曲柄摆杆式夹苗机构的工作过程进行了力学、运动学分析和仿真,确定了结构和工作参数,即曲柄、连杆、摆杆长度分别为80、236.22、172.5 mm,夹苗爪具有较好的运动特性。曲柄摆杆式夹苗机构性能试验结果表明,夹取爪为金属材质,弹簧劲度系数为90 N/m,钵苗脱落率为0,钵苗破碎率为4.2%,综合取苗成功率可达95.8%,性能指标符合设计要求,夹苗爪"V"形结构设计有效防止穴盘苗在夹取过程中脱落,保证了取苗成功率。试验表明钵苗含水率为60.8%时,钵苗在不同的弹簧劲度系数及夹取爪材质下均有良好的适应性,在该含水率下钵苗的取苗平均成功率为94.4%。该机构从取苗到投苗采用圆弧形工作轨迹,夹苗爪采用八字形轨道与复位弹簧控制其开合,结构简单、性能可靠,无需调整即可适应多种不同尺寸穴盘苗的取苗工作,对不同含水率穴盘苗适应性强,对穴盘苗损伤小,机构成套使用可达到较高工作效率。     

夹指链式残膜回收机脱膜装置设计与试验

针对现有残膜回收机脱膜困难的问题,该研究设计了一种夹指链式残膜回收机脱膜装置,主要由刮板总成、曲柄摇杆机构和膜杂分离机构等组成,可一次性完成脱膜、膜杂分离和输膜作业。为增加夹指随夹指链转过上收膜轮的过程中与刮板接触的次数,将刮板总成中的刮板设为双层,并通过作业过程分析对其结构参数进行设计;使用ADAMS软件对刮板末端运动轨迹进行仿真分析,并根据仿真结果对曲柄摇杆机构的杆件长度及安装角进行设计;通过对残膜受力情况的分析,确定了曲柄摇杆机构的安装位置;通过运动学分析获得了夹指不被漏刮时上收膜轮角速度与曲柄角速度比的最大值;为实现输膜与膜杂分离,设计了往复摆动式膜杂分离机构,并通过作业机理分析及性能试验对相关部件的结构参数进行设计。田间试验结果表明,当机具作业速度为4.5 km/h、刮板宽度为100 mm、曲柄回转中心与上收膜轮中心间的水平安装距离为290 mm、竖直安装距离为200 mm、上收膜轮角速度与曲柄角速度比为0.5、输膜筛相邻棒条间的安装距离为50 mm时,残膜回收率为93.12%,脱膜率为98.2%,含杂率为16.08%,能够满足残膜回收机田间作业要求。研究成果可为相关装置的设计提供参考。     

蔬菜嫁接苗高速切割装置设计

针对现有嫁接机存在技术不成熟、价格较高、难以大规模推广应用的问题,提出一种采用高速蔬菜苗切割输送装置配合人工嫁接的新型嫁接模式。蔬菜苗高速切割输送装置包括穴盘输送装置、拨苗装置、切割装置和蔬菜苗输送装置等。根据切割装置结构和工作原理,分析了穴盘输送速度、拨苗轮转速和切割频率之间的关系,并进行了试验研究。试验结果表明:切割装置采用成排连续切割的方式,其蔬菜苗切割效率达到37 000株/h,能够满足嫁接流水线37个人工嫁接工位的用苗需求,达到了30工位的设计要求;刀具切割频率、拨苗轮转速需要匹配穴盘输送速度才能获得最小伤苗率和最优切割成功率。该装置的研制为规模化嫁接苗的生产提供了一种高效率、低成本的人机协同生产方式。     

小型蔬菜移栽机的改进设计与试验

为满足蔬菜移栽机械化需要,在土槽蔬菜移栽试验基础上,对水稻插秧机改进设计,应用优化设计方法和虚拟技术相结合,完成了取投苗机构、划刀式开沟器和V型覆土镇压器有机组合,可以一次完成开沟,送苗入沟,扶正,覆土,压实等工序。通过三因素三水平的正交试验,获得较优参数组合,即机车前进速度为0.25～0.30 m/s,投苗筒垂直倾角为12°,镇压器的相对位置为10 mm时,移栽效果优异。经田间试验测试,该机具结构简单,通用性好,作业适应性强,各项作业性能指标完全符合农艺要求,为小型全自动移栽机的设计提供参考。     

蔬菜穴盘苗弧形展开式自动取投苗装置设计与试验

针对穴盘苗取投苗装置机械结构较复杂、取投苗易失败等问题,该研究设计了一种蔬菜穴盘苗弧形展开式自动取投苗装置。通过对取投苗作业过程进行分析,提出整排取苗、弧形展开投苗的自动取投苗作业方式,对夹苗组件、导向槽、旋转接苗机构等进行设计,并确定各部件关键参数,搭建PLC自动控制系统,设计执行单元的气动回路方案,并提出匹配延时函数。以辣椒穴盘苗为试验对象,以平均取投苗频率、供气压力、基质平均含水率为试验因素,以取投苗成功率、损伤率为试验指标进行正交试验,并以较优参数组合进行重复验证试验。试验结果表明：平均取投苗频率为90株/min、供气压力为0.4 MPa、基质平均含水率为30%时,取投苗成功率为94.05%,损伤率为1.19%,该研究可为自动取投苗装置的研发提供参考。     

油菜无人机飞播装置设计与试验

针对丘陵山区油菜种植面积逐步扩大和平原地区稻油茬口矛盾突出的生产现状,结合无人机飞播作业不受地形限制、作业速度快、工作效率高和适用范围广等优点,该研究开发了与极飞P20四旋翼无人机平台配套的油菜无人机飞播装置和控制系统。分析确定了飞播装置种箱、充种漏斗、槽轮等的结构参数,并研制了相应的控制系统。在分析无人机飞播质量影响要素基础上,建立了无人机旋翼气流场仿真模型,并以充种漏斗长度和槽轮转速为试验因素开展台架试验。仿真分析和台架试验结果表明,旋翼气流场对油菜种子的空中漂移运动轨迹有较大影响,根据获得的无人机飞行速度与槽轮转速关系模型,确定了旋翼气流场对种子影响较小的参数组合：导种管出种口与无人机旋翼距离300 mm,充种漏斗长度53 mm,槽轮转速10～50 r/min、无人机飞行速度2～4 m/s。场地试验表明：导种管出种口横向距离为1.1 m,无人机飞行高度为2～2.5 m时,无人机有效作业幅宽2.15～2.45 m,种子分布均匀性变异系数为32.05%～34.78%,装置作业性能较好,满足油菜农艺种植要求。研究结果可为油菜无人机飞播配套装置设计提供参考。     

夹持输送式残膜回收装置的设计与试验

针对现有残膜回收机存在残膜回收率低、残膜缠绕和脱膜困难的问题,依据残膜特性,设计了一种气力脱膜的夹持输送式残膜回收装置,该置主要由起膜机构、输送机构和气力脱膜机构组成,通过介绍夹持输送式残膜回收装置的工作过程,分析讨论确定起膜铲、夹持输送结构和脱膜机构的结构和工作参数,选取刮板和输送带的材料以及刮板组件和输送带的位置关系;分析起膜铲铲起残膜过程和残膜沿起膜铲上升的高度,分析夹持输送残膜时残膜受力,确定输送残膜所需夹持力的最小值为4.58 N。田间试验表明：起膜铲可以将地表残膜铲起,铲起的残膜在刮板的作用下可以顺利喂入夹持输送机构,残膜在输送过程中可以被稳定夹持,气力脱膜机构可以将夹持输送的残膜顺利脱下,防止残膜粘附缠绕,当机具作业速度为5～5.5 km/h时,残膜平均回收率达到92.5%,平均脱膜率达到97.8%。该研究可为研制残膜回收机提供参考。     

斜插式蔬菜嫁接机砧木夹持机构研制与试验

针对传统嫁接机采用整体式夹持片作为砧木夹持机构无法矫正砧木苗弯曲度而造成砧木苗夹持损伤,夹持力无法调节的缺点,该文以葫芦苗作为试验对象,在分析了葫芦苗结构参数和力学特性的基础上,设计开发了一种应用于斜插式蔬菜嫁接机并通过凸形和凹形夹持片交叉夹紧、夹持机构厚度和夹持力大小可调的砧木夹持机构,并确定了该机构的主要结构参数。试验结果表明,与普通夹持机构相比,该机构对砧木苗具有较好的导向作用,能较好地矫正砧木苗的弯曲状态,夹持成功率达到100%,提高了13.3个百分点,伤苗率仅为1.67%,比普通夹持机构减小了11.63个百分点,所设计的嫁接机砧木苗夹持机构是可行的。该研究可为蔬菜砧木苗嫁接机的设计提供参考。     

无芯卷膜式残膜打包装置设计与试验

针对残膜打包装置工作中存在残膜包密度不合适、打包室空间不合理、结构复杂、残膜成包率低等问题,该研究设计了一种无芯卷膜式残膜打包装置,利用V字形布置的前后打包带代替辊筒构成打包室,结构简单,解决了辊筒缠膜的问题。建立了机具完成一行作业时打包装置生成的残膜包直径与农田每行长度的理论模型,并进行田间验证试验,结果表明合理的打包室空间应满足完成一行作业时打包装置生成的最小残膜包直径大于0.45 m。通过分析打包室内残膜包成型过程和运动过程,设计以残膜包密度和成包率为指标,打包前角、打包带表面状态和打包带线速度为因素的正交试验,试验结果表明：机具较优作业参数组合为打包前角35°,打包带表面状态为粗糙面,打包带线速度1.167 m/s。利用较优参数组合进行田间验证试验,残膜成包率为100%,残膜包密度平均值为121.137 kg/m3,满足设计要求,该研究结果可为残膜打包装置的设计与研究提供参考。     

水稻秧盘育秧播种机气动式自动供盘装置设计与试验

为减轻工人劳动强度,提高水稻秧盘育秧播种机的生产效率,研制了一种气动式自动供盘装置。通过建立秧盘输送模型确定了输送机构的输送过程和速度关系,根据秧盘外形特征和自动供盘装置工作原理,研制了气动式落盘机构及控制系统,由接近开关对秧盘进行检测,利用落盘机构快速升、放秧盘,实现秧盘的自动供送。为研究生产率、放盘时间和叠盘偏差对自动供盘装置性能的影响,以供盘合格率为指标进行了自动供盘正交试验。试验结果表明,叠盘偏差对供盘合格率的影响最显著,放盘时间对供盘合格率有一定影响,生产率对供盘合格率的影响不明显;当生产率为600~1 000盘/h、叠盘偏差为0~6 mm、放盘时间为0.8 s时,供盘合格率为98.67%~100%,试验结果满足水稻秧盘育秧播种机育秧技术使用要求。该研究对提高水稻秧盘育秧播种机的自动化程度具有重要意义。     

夹指链式残膜回收装置仿形及收膜机构的改进设计与试验

针对现有夹指链式残膜回收装置收膜作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,设计了一种单铰接仿形及收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形及收膜机构并排组成,每个单铰接仿形及收膜机构作业时可以单独仿形。仿形机构主要由仿形架、切膜圆盘、仿形轮、压紧机构和刮土板组成,切膜圆盘固连在仿形轮一侧,将地表残膜切成带状的同时对地表进行仿形,压紧弹簧产生的预压力使仿形机构始终紧贴地表仿形,通过对仿形机构的设计,确定了其结构尺寸参数,并对该装置的上仿形运动和下仿形运动进行了分析与讨论。田间试验表明,在机具作业5.5 km/h、切膜圆盘直径为280 mm、仿形轮直径为220 mm时,残膜回收率达93.1%,能够满足残膜回收技术要求,研究成果有利于解决残膜污染问题。     

基于离散单元法的水平圆盘式精量排种器排种仿真试验

为了优化水平圆盘式精量排种器的最佳排种性能参数(动排种盘转速、动排种盘厚度、型孔圆角半径),达到提高粒距合格指数、降低漏播和重播指数指标,并降低大田试验强度。该文基于离散单元法对根据全膜双垄沟播技术所设计的水平圆盘式精量排种器进行了排种数值模拟,并得到玉米籽粒模型排种、重播、漏播的形成过程;为提高其排种性能,进行了排种仿真试验。仿真结果表明:以合格指数较高为重点、兼顾重播指数和漏播指数较低的原则,确定了动排种盘转速为17 r/min、动排种盘厚度为6 mm、型孔上边倒圆角半径为1 mm时为较优组合,此时粒距合格指数S=97.05%、重播指数D=1.83%、漏播指数M=1.12%。田间验证试验表明:在上述条件下,测得粒距合格指数为S=95.13%,重播指数D=2.34%,漏播指数M=2.53%,重点指标粒距合格指数误差2.02%(5%)。因此,基于离散单元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考。     

转轴型孔式精量排种器充种性能仿真分析与试验

针对转轴型孔式棉花精量排种器在充种过程中由于型孔未囊取种子而造成漏播的问题,该研究通过建立棉种充填过程的运动学模型对相互抢位的棉种进行力学分析,研究取种轮运动参数与排种器转速对充种性能的影响。应用离散元仿真软件分析落入型孔的棉种速度的变化趋势,并分析取种轮振动频率对种群扰动的影响,以取种轮振动频率、取种轮振动偏移角、排种器转速为试验因素,以排种粒距合格率、重播率、漏播率为试验指标,进行三因素五水平的正交通用旋转组合试验,探究各因素对排种性能的影响,运用Design Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,并对回归模型进行优化验证。仿真分析结果表明,棉种瞬时速度随着排种轮转速的提高而增加,仿真标记的棉种在充入型孔时的瞬时速度小于取种轮速度,而相对取种轮速度较小的棉种具有更好的充种性能;在7 Hz时,种群法向力平均值最小,即种群的内摩擦力最小,棉种易于被型孔囊取;当排种器转速为12.59 r/min,取种轮振动偏移角度为8.06°,振动频率为6.08 Hz时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.5%。在此基础上,以新陆早61号棉花种子为试验对象进行台架验证试验,试验结果表明,当排种器转速为12 r/min时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.65%,漏播指数随着排种器转速的增加呈上升趋势,重播率随着转速的增加呈现下降趋势,与优化结果基本吻合,验证了仿真结果的准确性。该研究可为转轴型孔式棉花精量排种器关键部件结构优化设计提供参考。     

基于离散元法的杂交稻振动匀种装置参数优化与试验

杂交稻栽培要求少本稀植、利用分蘖能力提高产量,现有的机械化播种技术不能满足此要求,亟需进行杂交稻精密播种技术的机理探讨。为探明振动匀种装置匀种过程中V-T型振盘的振频和振幅对杂交稻种群运动规律的影响,以及种群流动特性对播种性能的影响,该文基于离散元法,采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,实现了V-T型振盘工作过程模拟,得到振盘振频为57~59 Hz时,种群在振盘中分布均匀,播种效果较好。试验验证表明,利用离散元法模拟振动匀种装置匀种过程具有较高的准确性。在仿真结果的基础上,选取振盘振动臂材料、振动器安装角、气动振动器进气压强作为试验因素,进行了振动匀种装置参数优化试验,获得了杂交稻种子低播量下的最佳工作参数组合为振盘振动臂材料为60Si2Mn,振动器安装角度为47.5°,进气压强为0.26 MPa;此时播种合格指数为92.86%,空穴指数为1.14%,有效地提高了现有播种装置的性能。该研究对提高杂交稻精密播种技术提供了参考。