蔬菜毯苗取栽一体化移栽机构优化设计与试验研究

作     者：刘东 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵雄;顾锦波

授予年度：2022年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：蔬菜毯苗 非圆齿轮 精确位姿 挖穴机构 取苗机构 

摘      要：蔬菜生产在我国农业中占有重要地位,当前蔬菜生产的机械化、自动化水平低,是我国农业现代化的薄弱环节。穴盘的自动移栽方式受取苗技术与支撑系统的制约发展缓慢,比较而言,毯苗移栽配套系统成熟、高效,在水稻方面应用广泛。为实现蔬菜毯苗高效低损移栽,需要培育“盘根成毯、高密度、矮壮健的幼苗。本文针对西兰花毯苗育苗方式,开展了以壮苗指数和形态特征为多指标正交试验,通过对多指标试验数据进行方差与极差分析,得到适合机械化移栽的最佳育苗参数组合,为西兰花毯苗取苗机理研究以及移栽机构的设计提供理论依据;在机构方面,提出一套取苗机构与挖穴机构相组合的取挖机构,实现取苗、挖穴工作,以简洁的机构来高效地实现西兰花毯苗移栽。本文研究的主要内容如下:1)开展西兰花毯苗育苗三因素三水平多指标正交试验,以壮苗指数和形态特征为多指标研究对象,建立综合评分方法,对综合评分值进行极差与方差分析,得到最佳育苗参数组合与影响显著性关系。将最佳参数组合的育苗条件用于培育移栽对象,为移栽机构设计的关键部件设计提供依据,以此实现农艺与农机相互结合。2)对现有的移栽机构的组成进行研究分析,设计取苗机构。利用三位置运动生成平面四杆机构,建立三精确位姿铰链点解曲线模型与杆组解域,并引入轨迹控制点优化拟合轨迹,得到轮系总传动比,二级分配总传动比,由传动比求解齿轮节曲线。利用该理论对西兰花毯苗取苗机构进行理论模型设计,并得到取苗机构的参数解域与轮系总传动比,求解取苗机构的轮系节曲线。3)阐述了变形椭圆行星轮系的数学模型建立与求解,并将已确定的取苗机构行星轮系的行星架长度与行星架初始角作为变形椭圆行星轮系设计的基础,设计挖穴机构行星轮系。完成取苗机构与挖穴机构的轮系组合,确定优化目标,分析挖穴机构参数对轨迹的影响,从而确定取苗与挖穴轨迹,为移栽机构整体设计提供参数依据。4)得到机构参数后,在三维软件中进行模型设计与装配,并在虚拟仿真软件中进行仿真试验,仿真得到轨迹无误后,对物理样机进行零件加工与试验。通过对比物理样机轨迹与仿真轨迹无误后,进行样机性能试验,实现毯苗平均取苗成功率91%,挖穴成功率98%,栽植成功率85%,满足毯苗的移栽农艺要求。