高密度灌木幼苗移栽机设计仿真与试验

作     者：郭凌云 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高有山

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 082801[工学-农业机械化工程] 

主      题：移栽机 高密度 参数标定 优化 灌木 

摘      要：21世纪以来,灌木林覆盖率达到造林面积的一半以上,且种植面积稳定增长,具有丰富的生态和经济价值。目前灌木通过先育苗后栽苗的方式种植,仍以人工种植为主,劳动强度大,栽植效率不高,加之我国灌木幼苗机具不多且技术不够成熟,存在实用性不强、重栽漏栽、结构复杂、株距行距不稳定、结构稳定性较差等不足,这些因素直接影响栽植质量与栽植效率。为此,本文开展了灌木幼苗的机械化研究,利用农机农艺结合方法进行三维设计、理论分析、仿真分析、优化改进,完成样机试制并进行性能测验。研究内容和成果如下: (1)提出了高密度灌木幼苗移栽机的整机设计和零部件设计方案。通过分析不同种类移栽机工作特点和灌木栽植农艺要求,设计移栽机整机机构,主要由起垄机构、旋耕系统、悬挂机构、栽植装置、开沟覆土机构等五部分组成,对关键零部件进行结构分析设计,搭建动力传动系统、验证幼苗栽植运动轨迹等。 (2)离散元接触物理参数标定及开沟覆土模拟。为提高新型高密度灌木幼苗移栽机开沟覆土作业过程的准确性,在确定土壤和触土钢的密度、弹性模量、泊松比等物理参数的基础上,筛分试验土壤颗粒粒径,测量试验土壤密度,以土壤静堆积角和滑动摩擦角为响应值,恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数为目标值进行参数标定;模拟开沟覆土装置作业过程,测量开沟深度与垄宽、垄高距离,后续进行田间对比试验。 (3)移栽机机架轻量化设计。在该移栽机机架有冗余优化空间的前提下,以杆件的厚度为设计变量,最大应力小于许用应力和机架一阶频率大于特定外在激励为约束条件、最小质量和最小变形为目标函数构建数学模型进行优化,最后对优化后的机架进行谐响应分析,得到频率-响应值曲线,一定程度上预测了共振的发生。 (4)高密度灌木幼苗移栽机的样机试制与田间试验。组装加工物理样机后,以卫矛灌木为移栽对象进行田间试验,以栽植频率、栽植行距株距、栽植深度、幼苗直力度以及成活率为参数指标进行测试,验证了该高密度灌木幼苗移栽机设计的合理性与实用性。