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夹茎式番茄钵苗取苗机构设计与试验

农业工程学报 2020年第21期36卷 39-48页

作者：李华马晓晓曹卫彬李树峰周文静岭南师范学院机电工程学院湛江524048 石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点试验室石河子832003

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤,该研究针对夹茎取苗方式,提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理,建立机构运动学理论模型,并对凸... 详细信息

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤,该研究针对夹茎取苗方式,提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理,建立机构运动学理论模型,并对凸轮轮廓曲线进行设计,结合番茄钵苗取苗作业要求及机构特点,基于MATLAB软件开发机构分析软件对机构参数进行优化,并进一步分析优化后取苗轨迹与凸轮各工作段的对应位置关系,建立了夹茎式取苗机构虚拟样机模型,利用ADAMS软件对取苗机构运动过程进行仿真分析,验证机构参数优化结果及零部件结构设计的准确性与合理性。试制取苗机构物理样机开展高速摄影试验,通过对比分析实际工作轨迹与理论分析及仿真轨迹的一致性,验证了取苗机构设计的正确性。搭建自动取苗试验台进行取苗试验。试验结果表明,取苗机构工作性能可靠、稳定,取苗频率为80株/min时,取苗成功率为92%,投苗成功率为94.2%,伤苗率为2.9%。研究结果可为番茄钵苗全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。

关键词：农业机械试验取苗机构夹茎式二阶椭圆齿轮番茄钵苗

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探入式番茄钵苗移栽机构设计与试验

农业机械学报 2019年第1期50卷 105-112页

作者：赵匀张卫星辛亮解江涛薛向磊单伊尹东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为了避免移栽机构在夹取秧苗过程中对秧苗茎秆造成损伤,针对夹取土钵的取苗方式,提出了一种探入式番茄钵苗移栽机构。依据结构特性和工作原理,建立了机构运动学理论模型,根据设定的优化目标开发了移栽机构优化设计软件,通过优化得到一... 详细信息

为了避免移栽机构在夹取秧苗过程中对秧苗茎秆造成损伤,针对夹取土钵的取苗方式,提出了一种探入式番茄钵苗移栽机构。依据结构特性和工作原理,建立了机构运动学理论模型,根据设定的优化目标开发了移栽机构优化设计软件,通过优化得到一组符合番茄钵苗移栽要求的结构参数。对栽植臂绝对转角和移栽机构绝对运动轨迹进行分析,验证了机构的合理性和可行性。建立了探入式番茄钵苗移栽机构的三维模型并虚拟仿真,对物理样机进行了高速摄影试验验证,通过对移栽机构实际工作轨迹与理论及仿真轨迹进行对比分析,验证了机构设计的正确性。对机构进行性能台架试验,取苗成功率为92. 8%,移栽成功率为89. 7%,栽植合格率为86. 4%,栽植优良率为59. 4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。

关键词：番茄钵苗移栽机构探入式优化设计台架试验

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番茄钵苗茎秆力学特性试验研究

农机化研究 2020年第8期42卷 161-167页

作者：马晓晓李华葛云李树峰赵永满余思遥石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 岭南师范学院机电工程学院广东湛江524048

研究番茄钵苗茎秆力学特性及其变化规律可为番茄钵苗移栽机夹茎式自动取苗机构的设计提供重要依据。为此,利用DF-9000型动静态电子万能材料试验机对适栽期番茄钵苗茎秆进行拉伸、弯曲试验,利用TA.XT plus型质构仪对适栽期番茄钵苗茎秆... 详细信息

研究番茄钵苗茎秆力学特性及其变化规律可为番茄钵苗移栽机夹茎式自动取苗机构的设计提供重要依据。为此,利用DF-9000型动静态电子万能材料试验机对适栽期番茄钵苗茎秆进行拉伸、弯曲试验,利用TA.XT plus型质构仪对适栽期番茄钵苗茎秆进行了压缩性能试验,获得其在试验条件下的应力-应变曲线,并进行分析。试验结果表明:相同加载速度下,平均抗拉断力大小随夹持茎秆位置的升高而减小;相同取样部位条件下,随着加载速度的增大,所用的弯曲载荷力增大;相同加载速度下,番茄钵苗茎秆最大压缩力随取样高度的增加而减小,茎秆根部最大压缩力值最大;相同取样部位在一定压缩位移条件下,随着加载速度的增大,压缩载荷随之增大。研究结果可为番茄钵苗夹茎式自动取苗机构设计提供重要的理论依据。

关键词：番茄钵苗茎秆力学特性移栽

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探入式番茄钵苗移栽机构优化设计与试验

探入式番茄钵苗移栽机构优化设计与试验

作者：张卫星东北农业大学

学位级别：硕士

受温度、气候等自然因素影响,番茄一般采用育苗移栽的种植方式。特别在中国的东北及西北地区育苗移栽不但可以增加积温,提高单产,还可以有效地避免霜冻和倒春寒等灾害带来的影响。但我国番茄移栽的机械化及自动化程度不高,现阶段依然以... 详细信息

受温度、气候等自然因素影响,番茄一般采用育苗移栽的种植方式。特别在中国的东北及西北地区育苗移栽不但可以增加积温,提高单产,还可以有效地避免霜冻和倒春寒等灾害带来的影响。但我国番茄移栽的机械化及自动化程度不高,现阶段依然以人工移栽为主,市场上常见的番茄移栽机多为半自动移栽机,由人工进行取苗,栽植机构完成定植。限制全自动移栽机研发的主要难题为:作业的过程中取苗机构与栽植机构配合不准确、移栽质量差、夹取秧苗过程中对秧苗茎秆或根系造成损伤等。对于上述设计难题,本文针对夹取土钵的取苗方式,提出一种探入式番茄钵苗移栽机构,将非圆齿轮行星轮系和新型探入式末端执行器相结合,可以实现一套机构完成探入式取秧、输送和栽植等动作,该机构不但可以实现夹取土钵的取苗方式,还能避免或减轻在取秧的过程中秧针对土钵和根系的损伤,为番茄移栽机的研究提供了重要的参考。本文的主要研究内容和结论如下:(1)在分析和研究了现有移栽技术及机具的基础上,设计了一种可以实现探入式夹取土钵的末端执行器(专利号:201810293364.1),将其与非圆齿轮行星轮系相结合,实现番茄移栽所需的动作轨迹和技术要求,该机构的特点为可以有效地避免或减轻夹钵式移栽机构伤根、破坏土钵等问题,结构简单,作业高效可靠。(2)根据番茄移栽的农艺要求,模拟人工移栽的姿态,提出探入式番茄钵苗移栽机构的轨迹要求,介绍其工作原理,建立机构的理论模型。(3)根据机构的理论模型结合番茄移栽的农艺要求设定机构的优化目标并将其数值化,依托本课题组的移栽机构优化设计平台,开发了探入式番茄钵苗移栽机构优化设计软件V1.0(登记号:2018SR403608;2018SR322860),借助该优化设计软件对机构进行优化,并得到一组满足番茄移栽要求和结构设计要求的参数。(4)为了验证机构在该结构参数下的合理性和可行性,对栽植臂绝对转角和移栽机构的绝对运动轨迹进行分析;同时,为了说明探入式移栽机构的优势,将探入式移栽机构的理论轨迹与非探入式移栽机构的理论轨迹进行对比。(5)根据优化所得到的一组最优结构参数,利用UGNX8.0进行三维结构设计和装配,并进行干涉检测;将装配模型导入Adams2014中进行虚拟仿真,得到秧针尖点相对运动轨迹、绝对运动轨迹的曲线图与理论结果对比,验证结构设计的合理性与正确性。(6)利用3D打印技术进行物理样机核心工作部件的加工,将打印的零部件进行装配,通过高速摄影技术得到物理样机实际工作轨迹,将其与理论轨迹对比、分析,进一步验证其设计的正确性。(7)将探入式番茄钵苗移栽机构安装到试验台上进行性能试验,取苗成功率为92.8%,移栽成功率为89.7%,栽植合格率为86.4%,栽植优良率为59.4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。

关键词：番茄钵苗移栽机构探入式优化设计试验

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全自动番茄移栽机取苗机构的设计与试验

全自动番茄移栽机取苗机构的设计与试验

作者：钟蕾四川农业大学

学位级别：硕士

鉴于现有移栽机取苗机构存在针对性不强,取苗效果不好,苗垛损伤大等问题,本文研制了全自动番茄移栽机取苗机构,该装置整体包括曲柄、连杆、滑轨杆,取苗爪等部分,模仿人工取苗轨迹,可实现垂直取苗,竖直投苗。主要研究内容如下:(1)番茄钵... 详细信息

鉴于现有移栽机取苗机构存在针对性不强,取苗效果不好,苗垛损伤大等问题,本文研制了全自动番茄移栽机取苗机构,该装置整体包括曲柄、连杆、滑轨杆,取苗爪等部分,模仿人工取苗轨迹,可实现垂直取苗,竖直投苗。主要研究内容如下:(1)番茄钵苗的物理特性研究。以“土豪”番茄品种作为研究对象,采用PVC材质72孔穴盘对其进行培育,在苗期40天时,展开钵苗形态(叶片数、苗高、宽)、钵体苗垛抗压力学特性、基质散落试验研究。试验结果表明:番茄钵苗到适栽期时苗高137.55mm,5～6片番茄叶、叶面幅宽109.9mm;番茄苗垛的最大抗压力5.302N,取苗针对苗垛的压缩位移小于11.936mm;苗垛从550mm掉落过程中平均基质破损率为2.17%。(2)取苗机构设计。以取苗机构能实现精准取投动作与苗垛在取苗时达到无损为目标,采用曲柄摇杆与滑轨组合使苗爪插拔作业,取苗爪的苗杆总长165mm,苗针50mm,CDJ2B16微型气缸控制取苗针伸缩,建立机构数学模型和运动方程,利用Matlab软件完成取苗机构各杆件参数的优化设计。(3)取苗机构三维设计与仿真分析。基于Solidworks软件对各机构建模与装配,检验该机构无干涉碰撞,摇杆与滑轨杆的最大变形值是0.199mm,取苗爪最大变形值是0.006036mm;利用Recur Dyn软件对取苗机构进行运动轨迹仿真,检验取苗机构的合理与正确性;再用EDEM模拟番茄苗钵体-取苗爪进行有限元仿真后得知苗针最优插入角度为38°,插入深度在23mm-33mm取苗效果好。(4)取苗机构进行番茄苗移栽的验证试验研究。采用高速摄像试验、苗针不同插入深度以及投苗姿态试验作为取苗机构的验证研究。试验结果表明:实际轨迹与仿真运动轨迹虽存在误差,但不显著;当取苗针插入深度在23mm-33mm时,取苗成功率最高可达92.86%,基质合格率均在85%以上,投苗姿态均为竖直状态,能满足竖直投入栽植鸭嘴机构中的要求。

关键词：移栽番茄钵苗苗垛取苗机构