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东北农业大学学报 2020年第6期51卷 88-96页

作者：尹大庆池相河周脉乐王佳照东北农业大学工程学院哈尔滨150030 江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

针对现有水稻钵苗分秧装置高速分秧时伤秧、取苗成功率低等问题,设计一种通过变形实现高效率分秧的夹片式分秧装置。以水稻钵苗为作业对象,分析夹片式分秧装置工作原理,通过简化模型为悬臂梁和离散元分析理论建立夹秧片运动学模型。基于... 详细信息

针对现有水稻钵苗分秧装置高速分秧时伤秧、取苗成功率低等问题,设计一种通过变形实现高效率分秧的夹片式分秧装置。以水稻钵苗为作业对象,分析夹片式分秧装置工作原理,通过简化模型为悬臂梁和离散元分析理论建立夹秧片运动学模型。基于Visual Basic 6.0开发分秧装置可视化优化设计软件,通过定制优化目标并数字化,探究基于数字化优化目标参数自动寻优设计方法,确定满足分秧要求的分秧装置参数。研制夹片式分秧装置物理样机,基于夹片式分秧装置开发水稻钵苗移栽机并开展取苗和田间移栽试验。结果表明,研制分秧装置可完成满足水稻钵苗移栽的夹秧和推秧动作,平均成功率为98.7%。

关键词：移栽机械分秧装置夹片式变形理论取苗试验

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水稻钵苗移栽机分秧装置研究

水稻钵苗移栽机分秧装置研究

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作者：刘思勍吉林大学

学位级别：硕士

采用钵苗移栽技术可以对水稻秧苗的根部做到充分的保护,进而在栽植过程中提高其成活率,减少二次补种,增加水稻的产出比。分秧装置作为水稻钵苗移栽机的核心工作部件,其性能将直接决定水稻秧苗栽植质量的高低。目前国内对于分秧装置的研... 详细信息

采用钵苗移栽技术可以对水稻秧苗的根部做到充分的保护,进而在栽植过程中提高其成活率,减少二次补种,增加水稻的产出比。分秧装置作为水稻钵苗移栽机的核心工作部件,其性能将直接决定水稻秧苗栽植质量的高低。目前国内对于分秧装置的研究虽然取得了一定的研究成果,但是其结构设计普遍较为复杂,影响了作业的可靠性。因此研制出一种结构简单、工作可靠的分秧装置对实现水稻种植机械化的推广具有重要意义。针对分秧装置现阶段存在的问题,以一种新型高分子材料育秧盘为出发点,采用了数学建模与运动学仿真相结合的方法,对其进行了重新设计与优化。主要研究内容如下:(1)研究了国内外水稻钵苗移栽机分秧装置的发展现状,分析了各种分秧装置的优缺点并进行归纳与总结,进而确定了本文的研究目标。(2)从仿生学的角度出发研究了分秧装置的工作原理,在此基础上构建了一种对秧苗具有保护作用的工作轨迹;针对该轨迹设计了两种分秧装置,并在比较后确定了采用其中一种具有较高可靠性的分秧装置作为研究对象进行后续研究。(3)建立了该分秧装置的数学模型;从正交试验的角度出发,应用人机交互的方法,结合水稻栽植的农艺要求对分秧装置的参数进行了优化,分析了各参数对轨迹位姿的影响,并最终确定了一组参数以对分秧装置进行后续的研究。(4)应用解析法建立了椭圆齿轮齿廓的数学模型,分析了其无法生成齿根的原因,从类比的思想出发对解析法建立椭圆齿轮齿廓的方法进行了改进,并研究了该方法对齿根弯曲应力的影响;分析了椭圆齿轮的固有特性及离心率对其影响。(5)建立了分秧装置的三维样机模型并进行了运动学仿真,分析了其在取秧点及插秧点的运动学特性,证明其可以满足水稻秧苗栽植的农艺要求;进行了实体样机的试制与试验,再次证明了该方案的可行性。

关键词：钵苗移栽分秧装置轨迹优化齿廓建模虚拟仿真

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高速水稻钵苗移栽机分秧装置运动学分析与优化设计

高速水稻钵苗移栽机分秧装置运动学分析与优化设计

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作者：袁瑞强吉林大学

学位级别：硕士

采用钵盘育苗的水稻钵苗移栽技术，可以有效保留秧苗根部中的有机质，移栽时不伤秧、移栽后扎根快、生长时无缓苗期，相比于机械插秧具有不伤根、不伤苗、增产增收等诸多优点，对经济效益和社会效益产生的促进作用均十分明显。分秧装置... 详细信息

采用钵盘育苗的水稻钵苗移栽技术，可以有效保留秧苗根部中的有机质，移栽时不伤秧、移栽后扎根快、生长时无缓苗期，相比于机械插秧具有不伤根、不伤苗、增产增收等诸多优点，对经济效益和社会效益产生的促进作用均十分明显。分秧装置作为水稻钵苗移栽机的核心工作部件，它的工作性能决定了钵苗移栽机的移栽效率和插秧质量，但目前国内研制的分秧装置栽植效率普遍较低，国外引进机型价格昂贵、结构复杂。因此，为了适应中国农业水稻种植的现状，研究一种新型高效的水稻钵苗移栽机分秧装置具有战略性的意义。本文通过机构创新对钵苗移栽机分秧装置的结构参数及运动过程中的影响因素进行了分析，设计了一种既能取秧、插秧同时又能实现推秧动作的新型高速水稻钵苗移栽机分秧装置。该分秧装置已申请了发明专利（申请号：201410662412.1）和实用新型专利（申请号：201420696058.X）。本文主要研究工作内容如下： 1)论述了国内外水稻钵苗移栽机分秧装置的研究现状，分析了各分秧装置的优缺点，并根据农艺要求和水稻钵苗移栽姿态设计了一种既能取秧、插秧同时又能实现推秧动作的新型曲柄摇杆行星系分秧装置。 2)介绍了曲柄摇杆行星系分秧装置的组成和工作原理，建立了分秧装置的运动学理论模型，并针对原有分秧装置设计中存在的不足进行了改进，运用Matlab软件对改进后分秧装置的静轨迹进行了绘制，为运动学仿真分析提供理论依据;根据改进的方案对不完全齿轮—齿条式推秧机构进行了结构设计及仿真验证，并对推秧机构的结构特点和工作原理进行了介绍;改进后的分秧装置在满足水稻栽植工作轨迹和种植农艺要求的基础上，取秧点在竖直方向高度上增加了24mm，栽植深度在竖直方向上增加了15mm，并实现了所设计的推秧杆在模拟手工插秧时“捺秧”的动作，保证了所插秧苗的直立度及入泥的深度。 3)分析了分秧装置的工作循环及受力情况，建立了推秧过程及推秧弹簧的动力学模型，并对推秧弹簧的选取进行了详细的参数优化，掌握了推秧弹簧刚度k值对分秧装置栽植质量的影响，得出了推秧弹簧的一组优化参数解。 4)以软件优化的结构参数值为基础，在AutoCAD软件环境中绘制了分秧装置的零件图和总装配图，解决了分秧装置中关键部件的设计问题，并确定了凸轮和栽植臂的初始安装位置;利用三维设计软件CATIA对整个分秧装置进行了零部件建模及虚拟装配，在动态仿真分析软件RecurDyn环境中对所设计的分秧装置进行了运动学仿真，通过虚拟样机的仿真结果和改进前后的分析对比，验证了改进后分秧装置理论的正确性。 5)完成了分秧装置的样机加工及装配，并在试验台上进行了运动学特性试验，通过与虚拟样机仿真结果的分析对比，进一步验证了本文研究的分秧装置的可行性，适于广泛使用。

关键词：钵苗移栽分秧装置曲柄摇杆行星系推秧机构虚拟仿真

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夹秧式水稻钵苗移栽机构的优化设计与试验

夹秧式水稻钵苗移栽机构的优化设计与试验

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作者：池相河东北农业大学

学位级别：硕士

水稻种植有两种重要农艺方式,一种是直播一种是移栽,移栽中又能分为插秧和钵苗移栽。钵苗移栽是将营养钵育出的壮苗移栽到大田进行的农艺过程。水稻钵苗移栽不仅能保证育苗环节能够育出健壮的水稻,旱育秧苗无缓苗期,还具有根系发达、分... 详细信息

水稻种植有两种重要农艺方式,一种是直播一种是移栽,移栽中又能分为插秧和钵苗移栽。钵苗移栽是将营养钵育出的壮苗移栽到大田进行的农艺过程。水稻钵苗移栽不仅能保证育苗环节能够育出健壮的水稻,旱育秧苗无缓苗期,还具有根系发达、分蘖早、增产增收的优点,可提高单产10%以上。在移栽过程中,分秧是关键,决定了移栽质量的优劣。水稻钵苗分秧方式主要有顶出和夹秧式两种,现有的夹秧式分秧装置结构复杂,稳定性差,高速作业质量难以保证。本文设计了一种回转式水稻钵苗移栽机构,设计优化了夹秧式分秧装置,由可变形夹秧片、夹秧器和推秧器等组成,可实现钵苗与穴盘分离和推钵动作,并分析了其变形机理。移栽机构运用非圆齿轮不等速传动方式,优化形成“8”字型取苗轨迹,可实现精准的取苗和推钵动作。主要研究内容如下:(1)分析水稻的种植形式,阐述了水稻钵苗移栽的意义,查阅并对比分析国内外现有机器及技术,了解现有水稻钵苗分秧装置的各种方式,对比分析其各自存在的优缺点,总结水稻钵苗移栽机分秧装置的发展方向。(2)阐述了夹秧式分秧装置设计要求与工作原理,轨迹分析,分秧装置在一个工作周期分为取苗、持苗、植苗、回程四个阶段,并实现张开与闭合的动作。(3)介绍了对应水稻钵苗移栽机构非圆齿轮行星轮系的组成与工作原理,建立了移栽机构的运动学模型。对分秧装置的运动学特性进行了分析,并建立数学模型,工作过程中,夹秧片一端固定,另一端在外力作用下发生弹性形变。根据结构将夹秧片简化为含拐点的悬臂梁,并根据结构拐点划分变形区域,从悬臂端逐段计算其形变量。(4)基于VB计算机辅助分析与优化软件研发,为了获得一组满足要求的参数组合进行了相应的运动学优化,以夹秧片形变量计算为理论基础,开发了分秧装置的辅助分析与优化设计软件。软件采用Visual Basic 6.0语言编写,通过该软件可以直观地看到夹秧片的形变情况。通过Auto CAD软件,对非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构中的构件进行设计,并确定机构的初始安装位置。应用SOLIDWORKS软件完成了机构中各零件的三维建模和虚拟模型的装配,并进行了运动学仿真。(5)基于SOLIDWORKS软件建立了水稻钵苗移栽装置的虚拟样机,在ANSYS中划分网格后,导入ADAMS中并添加约束后进行刚柔耦合虚拟仿真试验。(6)试制了水稻钵苗移栽机构的实体样机,完成了对应工作台的装配及实体样机的组装,并通过高速摄影试验,拍摄水稻钵苗移栽机构的全部往返运动过程,得到夹秧片尖点的运动轨迹,通过和移栽机构的理论轨迹进行比较,最终验证本文设计的正确性,并进行了田间移栽试验。

关键词：水稻钵苗移栽机构分秧装置夹秧式变形理论

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