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农业机械学报 2019年第10期50卷 64-71页

作者：尹大庆王佳照周脉乐杨禹超王金武东北农业大学工程学院哈尔滨150030 北方寒地现代农业装备技术重点实验室哈尔滨150030

为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作。以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6.0开发可... 详细信息

为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作。以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6.0开发可视化辅助分析软件,优化得出满足要求的最佳参数,形成相应的理论轨迹。建立三维模型,对模型进行虚拟仿真设计,得出仿真轨迹。采用3D打印技术进行试验样机制造,运用高速摄影技术提取试验样机实际工作轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性。试验测得实际取苗针最大入钵力,运用相似理论原理,推算出试验样机最大入钵力,并得到钵土最佳基质比为0.4,进行试验样机取苗试验,取苗成功率为96.87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了机构设计的正确性与可行性。

关键词：蔬菜钵苗取苗机构探出取推钵式参数优化取苗试验

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探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构优化设计与试验

探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构优化设计与试验

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作者：王佳照东北农业大学

学位级别：硕士

蔬菜是中国重要的农产品作物,是满足人类生存的必需品,根据2011-2020年全国蔬菜产业发展规划,全方位增强科技对蔬菜产业发展的支撑能力是国内蔬菜产业的首要任务。目前国内市场上的蔬菜移栽机械主要以人工取苗的半自动机型为主,存在取... 详细信息

蔬菜是中国重要的农产品作物,是满足人类生存的必需品,根据2011-2020年全国蔬菜产业发展规划,全方位增强科技对蔬菜产业发展的支撑能力是国内蔬菜产业的首要任务。目前国内市场上的蔬菜移栽机械主要以人工取苗的半自动机型为主,存在取苗效率低、投苗精准度较差的现象,所以在不破坏中国市场现有移栽机械机型的基础上,研究全自动取苗机构至关重要。针对上述问题,本文研究并设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,选用入土取钵式取苗方式,发明了取推一体式取苗末端执行器(专利号:201910229874.7)代替传统的仅取苗部件运动或者仅推苗部件运动的取苗末端执行器;机构运用非圆齿轮不等速的回转式传动方式传递动力,并且设计“一字”形取苗轨迹代替“鹰嘴”形取苗轨迹,“一字”形取苗轨迹可减轻夹取钵土过程中取苗针对钵苗造成的二次伤害。该机构可完成取苗时刻的快速取苗动作以及推苗时刻的快速推脱的动作,实现精准取苗与推苗作业,与栽植机构配合度更高。本文的主要研究内容和实现过程如下:(1)研究国外与国内移栽机械领域的取苗机构结构设计与取苗相关技术以及发展状况,说明本文研究的主要内容和技术路线。以东北农业大学园艺培育的大果哈椒辣椒钵苗作为取苗的作业对象,结合农艺要求,提出探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构的设计要求,在研究并分析其组成及工作原理后,建立了取苗机构的运动学模型,将“抽象”化为“具体”,采用数字化的形式展现运动过程中取苗机构各关键部件的位置坐标以及运动转角等参数。(2)确立取苗机构的7个优化设计目标,运用Visual Basic 6.0开发探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构可视化优化设计软件,建立优化目标与取苗机构参数之间的函数关系,通过探究输入参数对取苗机构轨迹变化的影响,调节输入参数,并优化取苗机构的轨迹、形态等特征,得到一组满足设计要求的较优参数和较为理想的取苗机构理论轨迹。(3)根据探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构的工作原理以及由可视化优化设计软件得到的优化参数,应用二维绘图软件Auto CAD 2016,对取苗机构进行了整体结构设计,并在NX 8.0软件中建立取苗机构各零部件的三维模型,完成取苗机构的虚拟样机装配,并对其进行干涉检查。(4)将取苗机构的虚拟样机导入Adams仿真软件中,根据其运动机理,进行虚拟仿真分析,将取苗机构的仿真结果和理论分析相对比,验证了机构设计的合理性。采用Abaqus软件,以太阳轮为例对非圆齿轮展开模态分析,将其固有频率与虚拟仿真中工作频率相对比,验证了非圆齿轮的工作频率与固有频率不相关,保证非圆齿轮在运动过程中不会产生共振现象。(5)采用3D打印技术进行取苗机构试验样机的制造,并运用高速摄影技术提取出试验样机的实际运动轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性。运用相似理论原理,推算出试验样机的最大入钵力,得到钵土的较优基质比为0.4,培育试验钵苗,搭建台架,完成试验样机的取苗试验,其中取苗成功率为96.87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了取苗机构设计的正确性与可行性。

关键词：蔬菜钵苗取苗机构探出取推钵式参数优化取苗试验

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探出取栽一体式草莓钵苗移栽机构优化设计与试验

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作者：杨禹超东北农业大学

学位级别：硕士

草莓在植物分类学上属于蔷薇科草莓属多年生常绿草本植物,具有口感好、营养丰富的特点。且草莓种植的经济效益远远高于蔬菜作物,具有较大的经济价值,在全国范围内发展草莓种植的速度很快,是为农民带来高经济收入的种植项目。采用人工喂... 详细信息

草莓在植物分类学上属于蔷薇科草莓属多年生常绿草本植物,具有口感好、营养丰富的特点。且草莓种植的经济效益远远高于蔬菜作物,具有较大的经济价值,在全国范围内发展草莓种植的速度很快,是为农民带来高经济收入的种植项目。采用人工喂苗的半自动移栽机,劳动强度大、效率低。世界上大型蔬菜类钵苗全自动移栽机型,一般均采用机、电、气、液一体化的方式,自动化程度高,但尺寸大,结构复杂,价格昂贵,不适于我国国情。日本为代表的小型全自动蔬菜钵苗移栽机,如日本洋马公司生产的一种移栽机,依靠两套机构分别完成取苗和栽植动作,工作可靠,但效率低。高效低成本轻简化的全自动钵苗移栽机械仍然是世界难题,自从上世纪以来,钵苗全自动移栽装备开始被我国大量研究。全自动移栽机的重要核心部件之一是移栽机构,从钵盘中取出钵苗的原理上可分为:夹苗、取钵和顶出式三种,为了不伤秧苗,适合草莓钵苗移栽的是取钵式移栽机构。国内回转式移栽机构为取钵式移栽机构,但是大多存在取苗过程较慢、用“鹰嘴形”扎入轨迹,不利于等速横向移箱、推苗较慢等问题。本文结合移栽机现存的问题和草莓栽植的农艺要求,设计了一种双臂反转式取栽一体行星轮系移栽机构,通过非圆齿轮实现合理的移栽位置和姿态,并进行样机试验,验证钵苗移栽机构设计的合理性。论文主要研究内容如下:(1)分析了国外移栽机构文献,并分析了国内回转式移栽机构移栽臂的优缺点,设计了一种由拉格朗日曲线所设计的非圆齿轮行星轮系取栽一体式钵苗移栽机构,可以依次完成取钵苗、运输钵苗、推钵栽植、空转准备下次取苗,提升了移栽的效率,减少了工作强度,采用反转夹土的方式完成取苗动作,采用推钵板与秧针相向运动完成栽植动作,具有推钵快速,取苗快速,减少了不等速移动秧箱的影响。(2)利用数值分析中的拉格朗日插值法,将拉格朗日基函数用于极坐标中,得到封闭的非圆齿轮节曲线。(3)采用农机与农艺相结合的方法,首先分析了机构的工作位置和姿态,提出了用“一字形”轨迹代替原有的“鹰嘴形”轨迹,并建立了移栽机构的数学模型,并对秧针尖点的角速度,角加速度进行了分析。(4)根据农艺要求,设定优化目标,利用Visual Basic6.0,开发了“探出取栽一体式草莓钵苗移栽机构优化软件”,通过调节输入参数,得到满足优化目标的轨迹,通过这种方式,得到了一组满足要求的非圆齿轮参数和结构参数。(5)利用UG8.0对模型进行了三维设计,并对零件进行了装配,干涉检验。在ADAMS2017中添加三维模型,并且在软件中进行运动仿真和后处理,形成取苗栽植轨迹,再对轨迹进行比较择优,观察速度、加速度、位移是否满足要求,如果机构出现穿模的现象再寻找问题。对模型进行修改,最终得到秧针轨迹光滑的移栽机构模型。(6)对模型的零部件进行3D打印,再进行零件的装配,装配好之后进行模型的台架试验,试验过程中,用高速摄影设备和软件辅助分析,得到实际工作秧针尖点轨迹,与仿真轨迹基本一致,得到双臂反转式探出取栽一体式行星轮系移栽机构。

关键词：草莓钵苗钵苗移栽取栽一体机构探出取推钵式参数优化

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