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手扶式蔬菜穴盘苗自动移栽机设计及关键技术研究

手扶式蔬菜穴盘苗自动移栽机设计及关键技术研究

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作者：潘杰江苏大学

学位级别：硕士

目前我国蔬菜以先穴盘育苗,后移栽种植为主要的生产方式。研制适应于设施内作业的手扶式蔬菜穴盘苗自动移栽机来实现蔬菜的机械化移栽,减轻劳动强度,提高移栽效率和质量,对实现我国农业现代化具有十分重要的意义。我国蔬菜的生产方式主... 详细信息

目前我国蔬菜以先穴盘育苗,后移栽种植为主要的生产方式。研制适应于设施内作业的手扶式蔬菜穴盘苗自动移栽机来实现蔬菜的机械化移栽,减轻劳动强度,提高移栽效率和质量,对实现我国农业现代化具有十分重要的意义。我国蔬菜的生产方式主要为人工移栽和使用半自动移栽机进行移栽。人工移栽效率低,劳动强度大,移栽效果差。半自动移栽机仅取代人工栽植的动作,依旧需要大量劳动力。针对国内研究的局限性,结合适栽期蔬菜穴盘苗物理特性,设计了一种体积小、转弯半径小、轻便易操作的2行手扶式蔬菜穴盘苗自动移栽机,并开展了关键技术研究和性能试验研究。本文研究的主要内容和结果如下:(1)通过对穴盘苗移栽的动作要求及工艺流程的分析,确定手扶式蔬菜穴盘苗自动移栽机的总体设计方案,阐述了自动移栽机的结构和工作过程。进行底盘结构进行设计,实现栽植行距400-600mm任意可调,垄距900-1200mm任意可调的设计目标。对底盘液压系统设计,并基于AMESim进行液压系统仿真分析,实现底盘30s内升降150mm的设计目标。进行传动系统设计及计算,实现栽植频率40-60株/行/分钟,200mm-500mm多种栽植株距的设计目标。(2)进行取苗机构设计,阐述取苗机构的结构,确定整排取苗、同时投苗的工作方式。利用ADAMS和MATLAB/SIMULINK对取苗机构进行了机械气动联合仿真,分析研究横向移动气缸缸径,弹簧中径、线径、有效圈数等参数对于快速精准投苗的影响,选择合适的机构参数。(3)进行取苗末端执行器设计,阐述取苗末端执行器的结构及工作方式。建立取苗末端执行器运动数学模型,结合穴盘苗钵体力学特性,根系分布特点,对取苗末端执行器进行结构参数优选,并在RecurDyn中建立虚拟样机模型。通过实验进行钵体力学性能测量,对实验所得数据进行处理,得出颗粒物理特性参数,并在EDEM中建立钵体颗粒模型。通过EDEM-RecurDyn耦合仿真取苗末端执行器进行插入、夹取、提离的过程。分析插入深度、初始夹苗深度对取苗效果的影响,优化得到一组能实现较优夹取苗效果的取苗末端执行器的机构参数和动作时序配合。(4)对研制样机进行了取苗运动精度高速摄像测试,测得取苗末端执行器运动到投苗点时,中间取苗末端执行器最大回弹幅值为2.7mm,从冲击回弹到静止稳定共耗时0.106s,验证了理论分析的正确性。整个取苗过程最短共耗时2.416s,理论最大取苗速率为74株/分钟,满足设计要求。进行取苗性能试验,在16次/分钟,20次/分钟,24次/分钟三个取苗速度下,取苗成功率均大于95%。进行移栽机整机性能试验,在40株/行/分钟,50株/行/分钟,60株/行/分钟三种栽植频率下工作时,移栽成功率均大于90%,株距变异系数均小于5%,直立度合格率均大于95%,能够较好地满足移栽要求。

关键词：自动移栽机移栽机底盘取苗机构 ADAMS-SIMULINK 取苗末端执行器 RecurDyn-EDEM

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