草莓移栽机控制系统设计与试验

针对草莓高起垄定向移栽农艺要求,设计一种机械打穴、人工识别草莓苗弓背方向后定向穴栽的移栽机。基于可编程控制器(PLC)设计整机控制系统,包括移栽机定速行走控制系统、前轮转向控制系统、打穴控制系统等任务模块。整机采用直流无刷电机作为底盘的驱动元件,根据电机自带编码器的输出值进行行走速度、栽植株距和打穴频率的协调控制,采用步进电机作为打穴机构的驱动元件,由接近开关对打穴机构进行定位,通过二者配合完成打穴过程,在人机协同作业下,完成草莓苗移栽。试验结果表明:当单行移栽效率为15株/min,株距为150 mm、200 mm、250 mm时,株距合格率、孔深合格率、孔径合格率均在95%以上,其变异系数均小于5%,打穴成功率均大于95%,符合移栽机行业标准,打穴移栽效果满足农艺要求。

基于EDEM烟草营养土参数标定

为获得准确的烟草营养土离散元参数,采用仿真试验和台架试验相结合的方法,开展烟草营养土离散元仿真参数标定。以烟草营养土休止角为响应指标,采用Hertz-Mindli(no slip)离散元接触模型,设计Plackett-Burman试验,对烟草营养土离散元参数进行因素筛选,对烟草营养土休止角有显著性影响的因素分别为营养土间静摩擦系数、营养土间滚动摩擦系数和营养土—玻璃静摩擦系数;进行三因素三水平的Box-Behnken试验,获得各因素与烟草营养土休止角之间的回归方程。烟草营养土离散元模型参数标定结果为:静摩擦系数0.67、滚动摩擦系数0.35、营养土—玻璃静摩擦系数0.35。在标定所得的离散元模型下,仿真试验所得休止角与台架试验所得休止角值相对误差为2.59%。

植物工厂岩棉块种苗移植机移植部件设计与试验

目前植物工厂岩棉块种苗移植装备自动化程度低,作业时大多依赖于人工,劳动强度大,效率低。基于植物工厂水培叶菜种苗移植现状设计了一种二级变间距的高速移植部件,并配备有一种拨指式定植杯分离辅助机构。对移植手取苗过程中岩棉块种苗进行受力分析,为移植手设计提供依据;开展拨指式定植杯分离辅助机构落杯试验,为后续植苗至栽培槽孔的定植杯中奠定基础。搭建移植机构试验平台,以取苗深度、岩棉块含水率、移植部件横移速度、移植手升降速度、移植手夹苗间距为试验因素进行五因素三水平正交试验,通过方差分析各因素对移植成功率的影响。试验结果表明:当取苗深度为24 mm、岩棉块含水率为90%、移植部件横移速度为0.8 m/s、移植手升降速度为0.24 m/s、移植手夹苗间距为14 mm时,机构移植成功率为97.9%,移植速度为3132株/h,能够满足高速、高效、稳定的植物工厂岩棉块叶菜种苗移植机械化作业的技术需求。

核桃机械化收获装置研究现状与展望

核桃是我国重要的经济作物,其收获具有采收时间短、收获环境复杂等特点。随着近年来我国核桃产量的快速增长,现有的收获技术制约着核桃产业的发展,核桃机械化收获存在的问题逐渐凸显,核桃机械化收获体系亟需完善。国内外现有的核桃机械收获装置可分为分段式与采收一体式,通过总结核桃机械化收获装置的结构、特点以及工作原理,指明现阶段核桃机械化收获装置存在自动化水平不足、装置集成化程度低、地形适应能力不足、作业效果差等问题,并对核桃机械化收获装置未来的发展提出建议,为核桃机械化收获装置的改进与创新提供方向与思路。未来核桃收获机械的发展应全面面向自动化、智能化、集成化、拥有更强的适应性与可靠性,以满足不断发展的核桃产业的需求。

基于计算机网络控制的插秧机自动路径规划研究

首先,对插秧机导航控制原理进行了分析,建立了插秧机行驶模型;然后,通过确定矩形地块边界、直线和转弯路径规划实现了基于计算机网络控制的插秧机自动路径规划系统。系统采用Ω式转弯式覆盖方法,可以较大程度提高作业覆盖率。试验结果表明:插秧机在进行直线行驶的路径和仿真路径一致,只有在转弯时才会出现较小偏差,证明控制系统能够满足实际应用需求。

党参联合移栽机的设计与试验分析

基于党参大面积推广种植的需求,提出运用党参种苗移栽机的机械种植方式。党参栽种的过程中,要科学分配种植密度并选择合理的播种时间,结合区域种植气候条件,优化施肥管理与灌溉排水。运用党参种苗移栽机有利于提高种植效率,笔者介绍了党参种苗移栽机的机械结构,包括传动系统、覆膜机构、种苗移栽机构与控制系统等,同时对党参种苗移栽机进行试验。试验结果表明:运用党参联合移栽机后,露苗率、栽植合格率、膜边覆土宽度合格率、栽植深度合格率、党参种苗埋苗率、膜边覆土厚度合格率等多项指标均符合国家及行业标准要求;党参联合移栽机能够有效完成播苗、起垄、整形、开沟、覆膜、覆土等相关种植作业,降低了党参种植成本,综合种植效益良好。

青菜高密度移栽机植苗机构的设计与试验

目前国内移栽机尚无成熟的适用于青菜等多行密植蔬菜移栽的植苗机构;针对小株距小行距、高效率的密植移栽要求,设计了一种非圆齿轮行星轮系八行同步植苗机构,并进行了运动学仿真和田间移栽试验。对非圆齿轮行星轮系进行了运动学建模与分析,开发了植苗机构辅助分析与优化设计软件;分析了不同机构参数对植苗轨迹姿态的影响,并通过人机交互的方式得到一组满足青菜小株距移栽要求的机构参数;建立了八行同步植苗机构的三维模型,利用虚拟样机仿真技术绘制出仿真轨迹,并与理论轨迹进行对比,以验证植苗机构三维设计的正确性;开展了田间移栽试验,以验证该机构的可行性和实用性。试验结果表明:在作业转速为15r/min、前进速度为55mm/s的情况下,八行植苗机构的作业株距和行距均为110mm,平均植苗成功率为93.9%,移栽密度超过70株/m2,试验移栽效率为240株/min,表明该机构在机械化密植移栽作业中有较高的应用价值。该研究为高密度移栽机植苗机构的研发提供了理论和试验依据,促进了密植型蔬菜钵苗机械化移栽的进程,为密植移栽机的进一步研究提供技术支持和参考。

取秧侧向零偏移的空间轨迹再生稻分插机构设计与试验

为了解决现有空间行星轮系式分插机构在再生稻宽窄行机械化种植取秧过程中出现侧向偏移量和侧向偏转角的技术难题,本文提出一种具有局部平面轨迹特性的空间轨迹不等速行星轮系机构,并开展基于取秧口和机构回转中心位置约束下的宽窄行分插机构综合研究。构建了基于关键位姿点(取秧起始点、取秧结束点、推秧点)的空间轮系机构运动综合模型,利用关键位姿点求解机构杆长参数与空间交错轴信息,并通过优选二杆相对角位移参数实现机构传动比分配。将不完全非圆齿轮副引入空间行星轮系机构,利用间歇机构锁止弧约束行星轴,实现机构取秧过程侧向零偏移量、侧向零偏转角的平面轨迹段。通过仿真分析与机构样机试验验证了机构实际作业性能与理论设计相一致,结果表明:分插机构取秧侧向零偏移量,取秧侧向零偏转角,推秧侧向总偏移量为50.24 mm、取秧角为5.18°、推秧角为71.56°、推秧侧向角为16.26°、插秧穴口宽度为22.43 mm、轨迹高度为289.76 mm,满足预期设计要求。最后通过田间试验验证,分插机构可实现等行距取秧口和既定机构回转中心下宽行(40 cm)与窄行(20 cm)间隔机插,满足再生稻宽窄行种植要求。

软夹轮压式甘薯移栽机设计与试验

针对甘薯裸苗移栽伤苗率与漏苗率偏高问题,根据人工移栽可实现低伤苗率、低漏苗率的特点,设计可模仿人工移栽的压苗轮和软夹供苗装置。通过分析人工移栽轨迹投影,提取其曲率半径,得到压苗轮半径。对压苗齿进行受力分析推导出压苗齿与加强筋尺寸参数。分析软夹供苗装置两软夹间距并确定取值区间。通过多因素试验优化结构参数,得出最佳作业参数为:作业速度0.7 m·s^(-1),甘薯苗裸露长度11 cm,两软夹间距220 mm。软夹供苗式甘薯移栽机整机设计完成后进行验证试验。结果表明,当移栽机保持0.7 m·s^(-1)速度前进时,可实现伤苗率2.11%,漏苗率2.22%,满足甘薯机械移栽要求。该移栽机采用创新式旋转装置移栽,可对甘薯移栽机设计与优化提供参考。

温室辣椒自动补苗机构控制系统设计与试验

针对辣椒培育过程中会出现一定量劣苗影响穴盘苗一致性,且目前移栽机械自动化程度低、移栽效果不理想的问题,依照农艺要求规范设计了机-电-气一体的自动补苗机构控制系统。阐述了自动补苗机构工作原理和系统结构,结合传感器和执行器布局和剔补苗运行机制设计了补苗机构控制系统软件和硬件。参照移栽手工作要求,设计气路系统并进行相关计算。对45天辣椒幼苗进行移栽补苗试验,以水平移动速率、取苗深度、含水率为试验因子,剔苗成功率、移栽成功率为衡量指标,设计三因素三水平正交试验,结果表明:水平移栽速率对剔苗成功率和移栽成功率影响较小,移栽手运行平稳,剔苗成功率平均值为94%,移栽成功率为91.1%,表明自动补苗机构性能可靠。

可调倾角编程式多功能取苗试验台设计与试验

针对现有取苗试验台不能满足多种型号钵盘和取苗机构进行取苗试验的需求,设计了一种由多个步进电机驱动、可调取苗机构倾角、可编程控制系统的多功能取苗试验台。该试验台通过调节取苗机构安装支架的位姿、改变钵盘驱动鼠笼钢丝间距以及所在圆周直径,可以适应不同型号钵盘和满足多种取苗机构的试验要求;通过编写控制器程序可控制3个步进电机联动并实现送苗装置的横、纵向送苗与取苗机构取苗进程相匹配。在三维软件中对试验台进行了建模、装配和虚拟仿真,在加工制造的物理样机上进行了2种型号钵盘和3种取苗机构的取苗试验。3次试验结果表明:在此试验台上能够顺利完成取苗试验,证明该试验台满足多种型号钵盘和多种类型取苗机构的试验需求。

油菜基质块移栽机苗床带整备装置设计与试验

针对现有油菜基质块苗移栽机开沟装置作业存在沟宽稳定性差、沟底面平整度低、土壤扰动大等现象,导致立苗率低、覆土作业难度大等问题,基于船式开沟器腔体大以及芯铧式开沟器作业构建宽苗床、平沟底特点,结合类铧式曲面衔接过度,设计了一种适用于油菜基质块苗移栽机苗床构建的苗床带整备装置。建立了土壤与整备装置互作力学模型,确定了苗床带整备装置构建稳定苗床的主要结构参数。以整备装置作业速度、作业深度、类铧式曲面前端宽度、刃口角为因素,以土壤扰动量、沟宽变异系数为评价指标,利用EDEM开展四因素三水平二次正交组合仿真试验,试验结果显示:作业深度为41 mm、作业速度为0.52 m/s、类铧式曲面前端宽度为40 mm、刃口角为61°时土壤扰动量较小且沟宽变异系数较小;较优参数组合下台架试验得出土壤扰动量为13.01 cm^(2),沟宽变异系数8.52%。田间试验结果显示:安装在移栽单元上的苗床带整备装置相较船式开沟器的载苗基质块立苗率增加2.09百分点,沟宽变异系数减少13.3%,土壤扰动量减少20.9%,沟底面紧实度增加28.7%,满足油菜基质块苗机械移栽苗床构建要求。

番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明:探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4 mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。

辣椒苗夹茎式双排自动取投苗装置设计与试验

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和竖直运动机构实现。分析软性材料厚度、辣椒苗苗龄、夹取爪气缸压力对取苗失败率、运苗失败率和投苗失败率的影响规律,以取投成功率为优化目标进行正交试验,确定双排自动取投苗装置的最佳工作参数。试验结果表明:当软性材料厚度为10 mm、辣椒苗苗龄为51 d、夹取爪气缸压力为0.40 MPa时,平均取投成功率达到94.6%,基本满足蔬菜移栽作业的技术要求。

烟草钵苗双盘对称交错式自动取苗装置设计与试验

为解决烟草半移栽作业用工量大、效益低等问题,设计一种对称交错式自动取苗装置。首先,阐述该自动取苗装置对两盘钵苗进行交错式取苗的原理,建立取投苗作业过程中的动力学和运动学模型。然后,对送盘装置、取投苗装置和自动控制系统等取苗装置关键部件进行结构设计,分析关键部件的作业过程,结合实际需求完成关键元器件的选型。最后,在已有移栽机动力底盘的基础上试制2ZY-1型烟草移栽机样机,以60天苗龄的烟草钵苗为作业对象进行田间取投苗性能试验。试验结果表明,在自动取投苗速度为20株/min时,取苗成功率为89.63%,投苗成功率为97.20%,伤苗率为3.59%。

甘蔗横向种植机补种装置辊耙结构仿真分析

针对甘蔗横向种植机在种植过程中出现的漏播问题进行了研究,设计了一套补种装置。通过ADAMS软件对装置中的补种辊耙进行顺逆时针等两种运动形式的虚拟仿真分析,分别得出齿式、整叶式与窝轮式等3种辊耙结构所受的力和扭矩等因素。仿真结果表明:在相同条件下,补种辊耙的逆时针转动方式更优于顺时针转动方式;窝轮式补种装置进行逆时针运动时,其力约为10N,力矩约为2N·m。由于窝轮式补种装置的力、力矩小于齿式补种装置与整叶式补种装置,因此其结构最优,补种性能最好。研究结果可为后续甘蔗横向种植机精准种植的研究与开发提供了一定的理论依据。

钵苗移栽机取苗装置的设计与试验

设计了一种钵苗移栽机取苗装置,并对夹苗和松苗两种状态下的末端执行器进行运动仿真,从而选择合适行程的气缸或推杆作为原动件。选用凸轮机构用于顶苗,根据凸轮各阶段工作规律设计出合理的轮廓线,利用仿真验证出满足设计要求。试验结果表明:设计的取苗装置未取出率平均值为8.22%,取苗成功率平均值为91.78%,达到了设计目标。

基于可视化的果树移栽机作业特性研究

针对我国自动果树移栽机移栽准确率和效率较低的问题,基于可视化技术对果树移栽机的作业特性进行研究。果树移栽机的主要组成包括控制系统、机器视觉和传感器系统、旋耕装置、开沟部件、覆土装置、移栽装置和传输系统。为了实现果树移栽机的自动化运行,保证移栽质量,针对移栽机械手的结构进行了优化,使其能够适应不同的幼苗,并对其作业特性进行研究。同时,对移栽作业的图像处理过程进行了优化,使其能够有效识别坏苗并剔除。为了验证该果树移栽机的性能,进行了坏苗识别试验和树苗移栽试验,结果表明:果树移栽机可以有效识别坏苗,并高质量地完成树苗移栽。

基于混合威布尔分布的水稻插秧机的可靠性分析及剩余寿命预测

为了更准确描述水稻插秧机的失效规律,提高可靠性分析的准确性,对水稻插秧机的故障数据进行分析,采用两参数混合威布尔分布对水稻插秧机进行建模。以残差平方和最小为优化目标,建立参数估计优化模型,利用改进粒子群算法对其进行求解,然后采用K-S检验法对模型进行检验,对比单一威布尔模型、混合威布尔模型与水稻插秧机失效数据之间的拟合程度,得出使用两参数混合威布尔模型评估水稻插秧机可靠性的合理性,在此模型的基础上计算得到水稻插秧机的平均无故障工作时间为161.75 h,中位寿命为147.14 h,特征寿命为191.31 h,且在可靠度为0.6时,预防性维修周期为115.19 h,最后在混合威布尔分布模型的基础上计算出剩余寿命-可靠度的关系,可定量分析插秧机在一定使用时间下的剩余寿命,从而进行预测性维护。

基于PLC的蔬菜移栽机器人输送装置电气控制系统

以蔬菜移栽机器人为研究对象,以准确移栽蔬菜秧苗为目的,采用PLC控制技术设计了一套蔬菜移栽机器人喂苗装置电气控制系统。试验结果表明:蔬菜移栽机器人喂苗装置正确移栽率在96%以上,运行精度满足移栽机定位要求,能够实现蔬菜的无损移栽。