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。

2转动高精度重载并联机构构型综合

采用一种基于支链分析法的并联机构构型综合方法,综合出了具有解耦特性的2转动并联机构。首先,对2转动并联机构的结构特点进行分析,得到2转动并联机构的最简结构形式,并基于空间无约束的Kutzbach-Grübler公式对各支链的自由度组合方式进行分类,得到所有支链组合形式。其次,提出了一种并联机构初步筛选原则,并考虑球副、万向副的加工难度和成本对并联机构进行优选。最后,由于优选出的2转动并联机构存在局部自由度,对具有局部自由度的并联机构支链进行降自由度处理,得到6种解耦性好、承载能力高、精度高、结构简单的2转动并联机构。采用螺旋理论对U-RPU-UPS并联机构进行自由度分析,建立了逆运动学模型,并进行了验证。结果表明,所构建的并联机构可以实现2转动自由度的运动,并且具有很好的运动解耦特性。所综合出的2转动并联机构弥补了现有机构的不足,可作为光伏跟踪尤其是聚光光伏跟踪机构。

喷雾参数对猕猴桃精量对靶授粉雾滴沉积量的影响

为了提高猕猴桃在不同倾斜角度下的花粉液沉积量,达到节约花粉液和提高授粉效率的目的,提出了一种基于角度调控的精量对靶授粉方式,并分析了气压、液压、喷雾距离和倾斜角度对雾滴沉积量的影响。首先搭建了精量对靶授粉试验装置;其次针对不同花朵重叠的情况,设计了精量对靶的角度调控方案、控制参数试验方案以及沉积量、雾滴粒径大小测试方法,确定了无倾斜角度下的授粉控制参数;再次分析了倾斜角度对雾滴沉积区域面积、理论授粉时间、雾滴逃逸率以及授粉补偿时间的影响,确定了最终授粉时间;最后通过验证性试验对精量对靶授粉方式进行雾滴沉积量和授粉成功率的分析。试验结果表明:当授粉液压为0.070 MPa、授粉气压为0.150 MPa、授粉距离为40 cm、授粉基础时间为3.50 s时,雾滴沉积量可满足无倾斜角度的充分授粉要求;随着花朵、喷嘴倾斜角度的增大,雾滴逃逸率和授粉补偿时间随之增大,最大雾滴逃逸率为27%;精量对靶授粉方式在不同倾斜角度下花蕊区平均雾滴沉积量稳定在43.0~46.5 mg,平均单朵花所需最终授粉时间3.67 s,授粉成功率达到96.7%。基于角度调控的精量对靶授粉方式在节约花粉液、提高授粉效率以及提高充分授粉率上具有显著优势,可为高效自动化精量授粉提供支持。

芹菜收获机切割机构的设计及性能分析

针对中国南方芹菜收获机械缺乏以及人工作业效率低、成本高等问题,在研究芹菜根部的机械物理特性基础上,结合芹菜种植农艺要求,提出了一种手扶式芹菜收获机用直动平底推杆凸轮式双动刀往复切割机构。采用几何方法和动态静力分析法对切割机构进行运动学和动力学分析,建立以凸轮转动中心的受力方差为评价指标的优化设计模型,并运用遗传算法对切割机构参数进行优化。通过切割机构虚拟样机进行仿真验证,并研制芹菜收获机样机,进行工作性能测试试验。试验结果显示:芹菜切割成功率为82%,验证了切割机构设计的可行性,表明该机器在南方芹菜的收获作业中具有较高应用价值。该研究可为芹菜收获机切割机构的研发提供理论和试验依据。

一种旋转式穴盘苗取苗机构的设计

分析现有穴盘苗取苗机构的发展现状,提出一种新型的旋转式穴盘苗取苗机构。依据旋转式穴盘苗取苗机构的结构特点及工作原理,选取三段合适的传动比函数,构建一种新型非圆齿轮的节曲线方程,建立该穴盘苗自动取苗机构的运动学模型。开发该取苗机构的计算机辅助分析软件,通过人机交互方式得出一组满足旋转式穴盘苗取苗机构工作要求的结构参数。基于参数对该取苗机构进行了设计,提出一种能够实现变化范围较大变速传动的新型非圆齿轮。对新型非圆齿轮完成结构设计及试验,验证了新型非圆齿轮的可行性。通过分析虚拟仿真得到的工作轨迹及取苗爪尖点的速度曲线,验证该取苗机构的可行性及工作的平稳性。

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化与试验

为了得到一种结构简单且具有较高效率的蔬菜钵苗取苗机构,该文在分析国内外多种取苗机构的特点后,提出一种由5个全等椭圆齿轮组成行星轮系的新型取苗机构。根据取苗机构的设计要求,分析了该取苗机构的机构组成、工作原理以及运动学数学模型。进而开发该机构的计算机辅助分析与优化软件,基于该软件分析了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态的影响,确定了取苗机构的优化参数。基于优化所得参数对取苗机构进行三维建模与仿真,研制样机并进行取苗试验,试验结果表明,该取苗机构运转顺畅,取苗成功率95%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的正确性及可行性。该研究结果为自动移栽机核心工作部件的研发提供参考。

花卉穴盘苗取栽一体式自动移栽机构设计与试验

为得到一种高效简便、通用性好的花卉自动移栽机械,设计了一种取苗和栽苗一体式花卉自动移栽机构,通过夹苗针相对移栽臂的运动规律设计,实现"双尖嘴"工作轨迹,建立了该机构运动学模型,并应用自主开发的计算机分析和优化软件,分析了机构参数变化对"双尖嘴"轨迹和姿态的影响,优选出符合取栽一体式移栽要求的机构参数,并通过模型仿真和样机试验相结合的方法,对该机构进行了验证分析,结果表明:仿真轨迹、样机测试轨迹与理论轨迹三者基本一致,验证了该取栽一体式移栽机构设计的正确性和可行性。试验选用"万寿菊"花卉穴盘苗,苗龄35d,平均苗高约10 cm,试验设定机构转速为35 r/min(移栽速度70株/min)时,平均取苗成功率为97.27%,平均栽苗成功率为77.62%,表明该取栽一体式移栽机构具有较好的实用性。该研究可为自动化移栽关键技术的研究提供参考。

高阶变性偏心共轭非圆齿轮的凹凸性及根切判别

为满足一个运动周期内传动比有多个非对称变化的要求,提出了一种新型非圆齿轮形式——高阶变性偏心共轭非圆齿轮,建立了高阶变性偏心共轭非圆齿轮节曲线方程。依据微分几何原理,推导建立了主从动轮节曲线的凹凸性判别条件和加工过程中不发生根切时齿轮模数与节曲线最小曲率半径之间的关系。运用VB语言编写了高阶变性偏心共轭非圆齿轮的设计与仿真程序,并通过算例予以验证。

花卉穴盘苗自动移栽机构改进设计与试验分析

为减少花卉穴盘苗取栽一体式自动移栽机构带苗现象,提高移栽效果,对移栽机构末端执行器进行了改进设计,并结合机构自身特性以及移栽工作要求,重新分析和确定了移栽机构优化目标,应用自主开发的计算机分析和优化软件,通过目标导向法,优选出一组机构参数并试制样机。分析了花卉育苗基质物理特性对移栽的影响,选取3组不同育苗基质及含水率的向日癸穴盘苗进行试验,试验表明:基质成分为纯泥炭的穴盘苗,其钵苗根系生长包络性好,便于取苗,取苗成功率为98%,栽苗成功率为83.9%,带苗率为13.8%。比较机构改进前后的试验结果,移栽效果和带苗现象均得到明显改善。基质成分中随着珍珠岩和沙子比例增加,钵苗根系包络性变差,钵体强度降低,取苗和栽苗成功率下降,而带苗现象增加。试验结果验证了改进设计后机构的有效性以及在不同育苗基质条件下的适应性,为解决移栽机构带苗问题提供参考。

移树机大臂机构多目标参数优化及试验

大臂机构是移树机的核心工作部件,为减小移树机作业时能耗、增强适用性和灵活性,并满足结构紧凑的要求,对移树机大臂机构进行运动学和动力学分析。以移树过程中液压缸的做功最小和大臂末端沿着前进方向轨迹摆动量最小为目标,以大臂的结构空间和工作空间、运动时不发生干涉以及构件间传动角要求为约束条件,建立了移树机大臂机构参数优化模型,经优化获得最佳参数。优化后功耗为原来的74.87%,大臂末端沿着前进方向轨迹摆动量为原来的67.95%。根据最佳参数研制了大臂机构,并装在装载机上对大臂末端轨迹进行高速摄像分析,发现其轨迹和理论计算吻合,可见所建立的运动学、动力学和参数优化模型是可靠、有效的。

基于大蒜根盘特征的精确切根机构优化设计

为了实现切须后大蒜的精准切根、减少大蒜浪费,在分析直径范围φ42~φ56 mm大蒜根盘特征得出理想切根轨迹的基础上,提出了一种基于大蒜根盘特征的精确切根机构,并建立了该机构运动学分析模型,编写了切根机构分析软件,分析了若干关键参数对切根效果的影响。以理想根盘特征为目标,建立了切根机构参数优化目标函数,优化得到了满足切根轨迹要求的机构参数。根据最佳参数进行切根机构与切根装置整机的结构设计,完成了大蒜切根装置整机的研制和试验,试验结果和理想轨迹基本一致,验证了大蒜切根机构设计的合理性和优化的正确性。切根试验结果表明:在输送线速度为0.15 m·s^(-1)、切根电机转速为65 r·min^(-1)时,大蒜切根成功率达86%,大蒜损失率为8.01%,切根效率可达100头·min^(-1),满足市场上大蒜的加工要求。

两工位近似停歇往复接送苗机构分析与试验

为了解决当前移栽机接送苗机构在接送苗位置不停歇问题,针对法拉利FPC型移栽机作业中漏苗现象,设计了一种新型的行星轮系接送苗机构,并建立其运动学模型,编写计算机程序进行机构参数的优选,得到满足工作要求的一组参数。经过虚拟仿真以及试制样机,验证了该接送苗机构工作性能符合农艺要求,同工况下其停顿时间达到原机的2.5倍。

新型剑杆织机引纬机构的反求建模与运动学仿真

为了提高剑杆织机引纬机构的设计灵活性和运动性能,提出了一种新型偏心圆-非圆齿轮行星轮系引纬机构。根据引纬机构的工作要求,设定了理想的剑杆运动规律,并建立了由理想引纬运动特性反求机构参数的数学模型;基于MatLab编写了该引纬机构的反求设计与仿真软件,并对该引纬机构进行参数优化和运动模拟,得到了一组较优的机构参数;最后建立了该引纬机构的三维模型,并利用机械系统动力学自动分析进行虚拟样机运动学仿真试验。实验结果显示,理论和仿真得到的剑头运动学曲线基本一致,验证了对该新型引纬机构建模和分析的正确性。