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。     

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...     

盆栽红掌移栽手爪设计与工作参数优化

为实现盆栽红掌花卉在盆间移栽领域的自动化移栽作业,该文进行了盆栽红掌移栽手爪设计,并采用试验方法对移栽手爪进行了工作参数优化,可实现红掌花苗从110 mm×90 mm规格花盆移栽到至170 mm×150 mm规格花盆的移栽任务。移栽手爪采用两侧同时抱抓的形式,实现对花苗的聚叶、抓取、固定功能,通过机构创新设计,在提高抓取成功率的同时,避免出现伤苗情况。根据红掌花苗生长特点及种植情况,对移栽手爪的工作过程进行了分析,选取升降气缸气压、钢针插入斜度和钢针插入点到中心的距离作为因素,选取花苗脱离花盆后的提取效果作为试验指标,进行盆栽红掌移栽手爪作业性能的二次回归正交旋转组合试验,确定最优工作参数。试验结果表明,针对种植在110 mm×90 mm规格花盆的花苗,当升降气缸气压为0.36 MPa,钢针插入斜度为28°,插入点到中心的距离为38.12 mm时,可达到良好的移栽效果,具有较高的移栽成功率,能够应用到实际生产当中。研究结果可为盆间移栽领域自动化移栽机的研制与开发提供参考。     

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。     

穴盘苗移栽机自动取喂系统的设计与试验

该文针对新疆地区吊篮式移栽机手工喂入效率低的问题,设计了穴盘苗移栽自动取喂系统。该系统采用穴盘步进移位机构提供穴盘的横向和纵向移位,由翻转摆位式取苗机械手进行取苗和穴盘苗的转移,利用柔性链输送喂入机构对穴盘苗逐个投放,能够对穴高45 mm、上边宽31.75 mm、下边宽13 mm的吸塑成型的软穴盘苗进行自动取苗并向两个栽植器投苗。整个系统由PLC（programmable logic controller）程序控制,采用气压驱动,工作气压0.5～0.8 MPa,耗气量60.65 L/min,单组取喂系统结构独立,质量小于110 kg,不增加原有移栽机地轮负荷,即能与新移栽机配套生产,也能对现有移栽机进行自动化改造。系统中穴盘步进移位机构在柔性链输送喂入机构的侧上方倾斜放置,使穴盘上表面与水平面的夹角105°,缩小了机器水平占用空间。采用苗龄58 d的"红安6号"辣椒苗进行室内取苗试验,试验结果显示,系统取喂苗总可靠率达98.92%,平均基质损失质量9.26%,取喂速度达70株/min,未见明显伤苗,能够满足设计要求。     

玉米纸筒苗移栽机运动轨迹分析与性能试验

针对中国玉米苗移栽过程中普遍存在人工劳动强度大、移栽效率低以及移栽钵苗成本高、裸根苗不易成活等问题,采用纸筒育苗方式培育玉米苗,根据纸筒玉米苗的特点研制出一种新型纸筒玉米苗移栽机。通过对纸筒苗在栽植机构中的运动过程和运动轨迹的理论分析,确定了栽植机构关键结构和工作参数,即栽植盘角速度w=7 rad/s、栽植盘中心到纸筒苗质心的距离L=275 mm、纸筒苗随栽植盘转过的角度α=80°。进行了田间试验,通过测取苗株直立度、株距和栽植深度并计算这3个指标的合格率来评价整机作业性能。试验结果表明:当移栽机前进速度为5 km/h、理论株距为200 mm时,苗株直立度合格率为91%,株距合格率为92.6%,栽植深度合格率为79.3%,能够满足玉米苗移栽的农艺要求;栽植深度变异系数为7.4%,表明该机具有良好的栽植深度一致性。该研究可为纸筒苗移栽机的设计提供参考。     

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。     

基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试验台进行单因素试验,确定关键因素参数范围,选取前输送带电机转速、后输送带电机转速和挡销频率为主要试验因素,以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box-Behnken中心组合试验,建立二阶回归模型,分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化。试验结果表明：前输送带电机转速104 r/min、后输送带电机转速75 r/min、挡销频率1.85 s/次时送分苗效果较优,台架验证试验分苗成功率92.73%、基质块破损率4.09%,田间验证试验分苗成功率91.81%、基质块破损率4.62%,两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2%,表明该装置具有较高的稳定性。该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考。     

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。     

蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。     

玉米钵苗顶出式有序分秧机构的设计与试验

玉米钵苗移栽可以延长作物生育期,大幅度提高粮食单产和品质。为了解决国际移栽装备结构复杂、成本高、效率低,仅适用于经济作物的问题,该文提出了一种结构简单、成本低、效率高的全自动玉米钵苗移栽机核心工作部件——顶出式有序分秧机构。采用连续输送的纵向送秧方式,设计了并排均布按顺序逐次顶出的分秧形式,分别完成同一排秧苗连续有序的快速顶出。提出了机构相关部件的结构设计参数及设计依据,同时利用渐开线反转法设计了关键部件杠杆的轮廓曲线。完成了该机构的虚拟样机运动学与动力学仿真分析与验证。利用顶出式有序分秧机构进行了玉米钵苗的顶出翻转试验,得出当土钵质量为10 g、秧苗高度为160 mm时钵苗转体高度符合机构设计与栽植要求。利用自制的顶出式有序分秧机构试验台,结合高速摄像技术完成了机构顶出均匀性台架性能试验,验证了该机构性能的合理性;对所研制的试验物理样机进行了田间试验,获得了90.4%的移栽成功率,满足旱地栽植标准,也为开发相关作物的顶出式钵苗移栽机奠定了研究基础。     

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。     

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。     

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。     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化与试验

为了得到一种结构简单且具有较高效率的蔬菜钵苗取苗机构,该文在分析国内外多种取苗机构的特点后,提出一种由5个全等椭圆齿轮组成行星轮系的新型取苗机构。根据取苗机构的设计要求,分析了该取苗机构的机构组成、工作原理以及运动学数学模型。进而开发该机构的计算机辅助分析与优化软件,基于该软件分析了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态的影响,确定了取苗机构的优化参数。基于优化所得参数对取苗机构进行三维建模与仿真,研制样机并进行取苗试验,试验结果表明,该取苗机构运转顺畅,取苗成功率95%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的正确性及可行性。该研究结果为自动移栽机核心工作部件的研发提供参考。     

ZMFQSL-1型苎麻开纤水理设备设计与试验

针对现有苎麻脱胶后纤维开纤中纤维束混乱纠缠、梳理难度大、工序不连续、劳动强度高等问题,结合苎麻纤维机械自动化生产的技术要求,该文采用煮练后麻纤维平直喂入、敲麻开纤、高压水理清洗和平直输出等连续化工序加工原理,对设备整体方案和主要工作部件敲麻开纤装置、间歇输送装置、聚拢装置以及水理装置等进行设计,确定其关键参数,并开展样机麻纤维开纤试验和纤维质量检测。试验结果表明:该样机生产性能稳定,麻纤维品质均一,大幅降低了劳动强度,生产效率大于120 kg/h(原麻),麻纤维残胶率小于2.0%,并丝率小于2‰,束纤维断裂强度为4.3 c N/dtex。研究结果可为苎麻精加工设备的升级换代和苎麻纤维生产规模化、标准化发展提供技术支撑。     

柑橘育苗钵装填转运机设计与试验

目前国内柑橘育苗钵装填转运基本靠人工作业,生产效率低下。为了解决这一问题,该研究提出了一种可一次装填105钵的间歇式柑橘育苗钵机械装填转运机,采用EDEM对装填转运机基质分流过程进行分析,确定了基质分流部件分流板偏移量及高度的参数组合,设计了卸料机构的连杆传动方案,计算了各杆长度,分析了车架结构的强度,确定了车架结构的尺寸参数,并设计了整机的控制电路。加工试验样机,在搅拌机设定转速下,重复装填转运试验10次。试验结果表明,样机运行稳定,单次基质装填平均量330.5 kg,单次装填钵数105钵,平均装填时间约60 s,转运装置行走速度可达1.2 m/s,苗钵卸载下落可靠,排列整齐;单个育苗钵的平均最大装填量3.23 kg,最小装填量3.03 kg,平均装填量3.15 kg。样机结构设计合理,装填效率高,能够实现均匀装填、稳定转运的作业要求。研究结果可为后续柑橘苗钵装填转运设备的研制和优化提供参考。