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预切种式甘蔗精准种植机的虚拟设计与实验研究

预切种式甘蔗精准种植机的虚拟设计与实验研究

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作者：王梦萍广西大学

学位级别：硕士

目前国内现有的使用最多的甘蔗种植机大都为实时切种式甘蔗种植机,这种甘蔗种植机所需人工多,且人工劳动强度大、费用较高,实时切种式伤芽率高,导致出芽率低,耗种量大。现阶段各个相关研究机构及高校正在研究预切种式甘蔗种植机构,与实... 详细信息

目前国内现有的使用最多的甘蔗种植机大都为实时切种式甘蔗种植机,这种甘蔗种植机所需人工多,且人工劳动强度大、费用较高,实时切种式伤芽率高,导致出芽率低,耗种量大。现阶段各个相关研究机构及高校正在研究预切种式甘蔗种植机构,与实时切种式对比,很大程度上减少了人工成本,且甘蔗种经预先切好并筛选后均为良种,提高了出芽率。但由于种植过程仍不可控,导致甘蔗排种过程不均匀,甘蔗种落地姿态不一,导致蔗地甘蔗出芽、生长不均匀,且用种量较大。本文结合广西重点科技攻关项目,与企业合作,在已研制出的预切种式甘蔗种植机的基础上,采用虚拟样机技术与试验相结合的方法,结合甘蔗的种植情况对其结构进行创新设计,以使甘蔗种植均匀有序、过程可控,以实现精准种植。本文以企业已开发的预切种式甘蔗种植机为研究对象,提出创新设计方案,并利用虚拟样机技术对设计结构方案进行运动学仿真,并利用实验室自行开发的物理试验平台进行试验研究,验证虚拟仿真试验的结果,并通过试验得到主要结构的最佳参数。本文主要研究和工作如下:(1)在转向装置上增加转向柱。运用ADAMS对转向装置结构进行运动学、动力学仿真,仿真结果为:有91.4%的甘蔗完成转向;在自行开发的转向装置物理试验平台上进行试验,采用摄影技术对转向装置进行性能试验,实验结果表明:有94%甘蔗可完成转向。并研究了甘蔗的物流特性,为后续工作奠定了基础。虚拟仿真试验与物理实验结果表明,转向装置结构具有较好的设计合理性及有效性。(2)进行了二级储蔗箱装置的创新设计,二级储蔗箱增加倒V形导流板,侧板改为双曲面拼接面板,并在侧板上增加弹性装置。运用ADAMS对二级储蔗箱结构进行运动学仿真,仿真结果为:通过导向机构,有约88.9%的甘蔗均匀排列于二级储蔗箱内;在自行开发的二级储蔗箱实验平台的试验表明:约95.3%的甘蔗均匀排列于二级储蔗箱内,与仿真结果较为一致,表明二级储蔗箱倒V形导流板及箱体的结构具有较好的有效性。此外对二级储蔗箱侧板结构进行单因素试验,试验结果表明双曲面拼接面板对排种效果最好,漏种率最低。弹性装置在单因素试验中起到了有效作用,减少了卡种堵塞的机率。(3)创新设计了两种排种装置,排种装置包括有排种辊、弹性装置。运用ADAMS对排种辊进行性能仿真试验,对排种装置进行优化设计,得到最佳结构尺寸组合为圆周耙齿12个,耙齿长度85mm,耙辊中心距为175mm。对排种辊单排辊及双排辊结构(齿轮传动)进行仿真对比分析,实验结果表明单排辊结构排种均匀性更好。在自行开发实验平台的实验中,单排辊结构漏种率为1.33%,平均时间间隔为1.256s,时间间隔的标准偏差S值为0.416,排种均匀性较好,表明了单排种结构的有效性。物理实验中,对排种辊转速进行了单因素试验,试验结果表明排种辊转速对排种均匀性有显著性影响,转速越高,漏种率越高。(4)对储蔗箱侧板结构、侧板夹角、排种辊转速采用正交试验,试验结果验证了上述单因素试验的结果,且各影响因素的主次顺序为:排种辊转速>侧板1结构方式>侧板夹角,并得到了最佳结构及尺寸组合,最佳结构及尺寸为二级储蔗箱侧板结构为双曲面拼接面板,侧板间角度为105°,耙辊转速为6r·min-1。本文的上述相关研究为智能种植机的深入开发奠定了一定的理论基础和技术开发的参考。

关键词：预切种式甘蔗种植机排种装置运动学仿真虚拟样机技术摄影技术

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