油菜钵苗移栽机分苗装置设计与试验
作者单位：华中农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：廖庆喜
授予年度：2016年
摘 要：油菜是一种综合经济效益较高的作物,除可作为油料作物外,油菜饼粕、秸秆都可二次利用。长江流域是中国冬油菜的主产区,由于接茬矛盾,育苗移栽仍是重要的种植方式。机械化钵苗移栽可降低人工劳动强度,缩短幼苗移栽缓苗期。分苗与栽植是机械化移栽的二个关键环节,栽植技术发展较成熟,分苗则因幼苗柔嫩易损伤,自由度难控制等原因发展相对缓慢,因此移栽机械分苗作业大部分由人工完成。现有的分苗装置则存在适应性差、结构复杂、易伤钵体苗叶等问题。针对上述现状,本文在系统研究国内外现有移栽机分苗方式基础上,提出并研制出一种与双五杆鸭嘴式栽植装置配套使用的输送带式油菜钵苗分苗装置,该装置可实现机械化分苗。本研究可为钵苗的分苗方式及移栽机结构改进提供参考,对钵苗移栽机械的发展具有一定的指导意义。主要研究内容及结果如下:(1)开展了油菜裸苗分苗方式、裸苗移栽方式及对应装置的比较分析,对比确定出以营养钵式油菜苗为对象开展分苗装置研究。结合苗钵外形尺寸特点,提出了合页挡板式分苗方式,研制了对应的输送带式分苗装置,介绍了其结构特点及工作过程。设计了与其配套的油菜钵苗移栽机,分析确定出分苗装置的主要工作参数和结构参数。其中滚筒半径为25 mm,滚筒转速与栽植驱动轴转速相同,数值上等于栽植频率,输送带容钵量10株,宽度为50 mm,两合页轴间距为85 mm。(2)将分苗过程分为送苗阶段和分苗阶段,得到了不同阶段保持钵苗平稳输送的条件。送苗阶段钵苗输送平稳性与摩擦系数有关,分苗合页动摩擦系数μ1≤0.3375,输送带动摩擦系数μ2满足0.5μ1μ2≤0.3375时可平稳输送,分苗阶段钵苗的稳定性与夹持力和夹持高度有关,夹持力越大,夹持高度越低,钵苗稳定性越好。(3)根据钵苗在分苗过程中的受力形式,利用质构仪开展了油菜钵苗与苗钵的单次平板压缩、重复平板压缩和重复线型压缩试验,分析出钵苗受力变形规律及苗钵对钵体受力变形规律的影响,为钵苗的完整性研究提供了理论基础。结果表明,钵苗单次平板压缩过程可分为预压缩、线弹性、屈服、应变硬化4个阶段,最小屈服力为6.8～7.1 N;重复平板压缩试验中,苗钵各项试验测试值均大于对应的钵苗试验值,且钵苗有较好的保持完整性能力;重复线型压缩表明,苗钵硬度整体变化趋势为先增大后减小,变化幅度较小,钵体的抗压缩力随压缩高度的增加而增大,重复压缩时有较好的恢复能力。(4)提出了一种倾斜输送水平夹持式分苗装置,可提高分苗可靠性。分析并确定出输送带倾斜角度、导苗条相对间距、水平夹持机构结构参数以及改进后凸轮同步控制系统中凸轮轮廓参数。分析得出输送带的倾斜角度为15°,为达到好的扶苗效果,导苗条在不影响钵苗输送前提下间距应尽可能小,水平夹持机构中分苗合页水平部分宽度20 mm,合页间距15 mm,旋转轴安装间距105 mm,分苗合页旋转角34°,拉杆长47 mm,拉板腰圆孔有效长度为2.1 mm。改进后的凸轮基圆半径为30 mm,推程为20 mm,可使最大压力角减小13.11°。(5)开展了分苗装置台架试验以及移栽机田间试验。结果表明输送比和分苗频率对翻倒率和分苗率均有影响,输送比为3,分苗频率为40株/min时,分苗率最高达90%,翻倒率为6%。田间试验中幼苗无明显损伤,钵体无明显破损,立苗合格率为88.67%,可满足油菜移栽要求。
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