基于LabVIEW的吊杯栽植器成穴阻力试验系统设计

吊杯栽植器是吊杯式移栽机直接与土壤接触的工作部件,其形状、尺寸及作业参数直接影响栽植器打穴栽植性能和效率。为深入研究吊杯栽植器尺寸、作业参数对成穴阻力的影响,设计了一种基于LabVIEW的吊杯栽植器成穴阻力试验系统。采用直流电机作为栽植装置的动力源,并用数据采集卡、压力传感器和扭矩传感器等搭建了成穴阻力测量硬件系统,采用LabVIEW开发了系统监测软件。在吊杯栽植器成穴阻力试验平台上进行了系统测试,结果表明,该系统可实时采集栽植过程中成穴阻力、扭矩和转速等数据,系统运行稳定,可为吊杯栽植器的优化设计提供依据。

两种吊杯栽植器性能对比

对单吊杯栽植器和多吊杯栽植器在结构特点、运动轨迹、动力学特性、接苗准确性以及最高工作效率几个方面进行了分析比较。单吊杯栽植器通过合理设计曲柄连杆的参数可以得到理想的栽苗轨迹,能有效减小吊杯栽苗时对土壤的干扰,接苗准确性高,而且质量小,但工作时运动冲击大,不适合高速作业。多吊杯栽植器吊杯随驱动装置做余摆线运动,工作时运动冲击较小,株距适用范围更广,能进行高速作业,适用于效率高的自动移栽机,缺点是吊杯尺寸通常比较小,而且整体质量较大。

吊杯式移栽机栽植器运动学分析与试验!

以吊杯式移栽机栽植器的运动轨迹方程为基础,结合农艺要求,对移栽机进行了零速栽苗和最小破膜条件的理论分析,得出移栽机主要设计参数的计算公式,并进行了机具设计及田间试验。理论分析与田间试验表明,栽植器最佳投苗位置为过最低点后的上升段;株距调整时,应根据实际调整大小决定通过改变传动比还是栽植器个数来实现。

蔬菜钵苗高速移栽机吊杯式栽植器参数优化

为了获取高速状态下蔬菜钵苗移栽机吊杯式栽植器的最佳工作参数,设计了移栽参数可调的栽植器试验台,并进行了钵苗移栽土槽试验。采用二次正交旋转中心组合设计法,以移栽速度、特征参数和吊杯倾角为影响因子,以直立度合格率、株距变异系数和栽植深度合格率为响应值,利用SAS 9.1软件进行回归分析和响应曲面分析,探究单因子及交互因子对响应值的影响效应,并结合非线性优化计算方法,对栽植器的结构参数和工作参数进行优化计算。结果表明:在满足栽植频率大于90株/min的高速移栽状态下,各因子对直立度合格率的影响贡献由大到小为吊杯倾角、特征参数、移栽速度;对株距变异系数的影响贡献由大到小为移栽速度、特征参数、吊杯倾角;对栽植深度合格率的影响贡献由大到小为移栽速度、吊杯倾角、特征参数。优化所得栽植器最佳参数条件:移栽速度为0.47 m/s、特征参数为1.18、吊杯倾角为87°,此时理论最优值为直立度合格率98.01%、株距变异系数5.93%、栽植深度合格率89.25%,优化后验证试验表明直立度合格率为96.6%,株距变异系数为6.1%,栽植深度合格率为87.8%,试验结果与理论结果一致,所建立的回归模型合理;优化后直立度合格率、栽植深度合格率较优化前分别提高5.8、3.6个百分点,也高于国家和行业标准规定的指标值。

吊杯式栽植器运动轨迹优化与试验

针对吊杯式移栽机膜上成穴移栽时膜面穴口大的问题,建立栽植机构的运动模型,通过分析栽植器的运动轨迹特性得出,当栽植器的运动轨迹为余摆线,且余摆线环扣最大横弦的距离等于轨迹线与地膜交点间的距离,栽植器在上拔阶段水平方向零速度点两侧打开,有利于减小膜面穴口尺寸。通过仿真分析和膜上移栽番茄盘苗试验得出,运动轨迹特征系数λ对膜面穴口的纵向尺寸影响显著,对横向尺寸和倾斜率影响不明显。随着λ值的增大,穴口纵向尺寸先减小然后增大,在移栽频率为50和55株·min^-1 时,λ为1.093的穴口纵向尺寸分别为10.12 cm和9.49 cm,是最小值;两种移栽频率条件下,随着λ值的增大,移栽株距分别从39.8 cm减小到33.5 cm和从39.1 cm减小到33.1 cm。该结论可用于指导吊杯式移栽机结构和工作参数的优选。

吊杯式栽植器的结构改进与参数化设计

吊杯式栽植器是吊杯式移栽机的核心部件,其结构尺寸及运动规律直接影响到秧苗的栽植质量。为了使移栽机在工作过程中减小打穴穴口的尺寸,从而减小对地膜的损害程度,从栽植器的结构与尺寸参数入手,对吊杯的结构安排及各零部件的尺寸进行了改进,利用Pro/E完成了修改后的三维模型;同时,利用pro/program对修改过后的栽植器整体进行了参数化设计,分析了空间凸轮的大小、形状的改变对栽植器杯嘴开合幅度的影响,确定了各参数之间的关系。为适应不同作物的农艺要求,当投苗杯大小发生改变时,吊杯各零部件在保证栽植质量的前提下完成相应的变化,无需重新建立和装配模型,为后续运动仿真节省了重复建模的时间。其研究结果为进一步优化栽植器的结构提供了理论依据。

穴盘苗高速移栽机吊杯式栽植器膜上成穴性能仿真与试验

吊杯式移栽机具有成穴、移栽一次性完成,可以覆膜作业等优点,已成为移栽作业中使用较多的移栽机械。吊杯式栽植器为吊杯式移栽机的主要作业部件,不同形状吊杯能影响移栽机的膜上成穴性能及栽植品质。借助离散元仿真软件EDEM及多体系统动力学分析软件RecurDyn,耦合仿真分析两种不同形状的吊杯在栽植频率为72株/(min·行)时的撕膜大小,仿真结果得出圆锥形吊杯的成穴性能优于锥形吊杯,锥形吊杯形成的膜口纵向尺寸为105.37 mm,圆锥形吊杯形成膜口纵向尺寸为101.26 mm;最后通过室内台架试验,检验两种不同形状吊杯的栽植机构的膜上成穴性能,并验证EDEM-RecurDyn耦合仿真结果的合理性。结果表明,仿真试验结果与台架试验结果趋势一致,锥形吊杯的膜口纵向尺寸约为130.58 mm,圆锥形吊杯的膜口纵向尺寸约为121.40 mm,证明所采用EDEM-RecurDyn耦合仿真研究吊杯式栽植器成穴特性的方法是可行的,就地膜的损伤程度而言,圆锥形吊杯的膜上成穴性能优于锥形吊杯。