穴盤(pán)苗移栽機(jī)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究.pdf

1、移栽能提早作物的生長(zhǎng)進(jìn)程、提高單產(chǎn)，還能避免幼苗期的大風(fēng)、雨害、低溫等不利天氣。目前，受栽植裝備發(fā)展水平的影響和適應(yīng)性限制，移栽基本以手工和半自動(dòng)移栽為主。手工移栽勞動(dòng)強(qiáng)度較大，不利于新疆大面積的移栽作業(yè);半自動(dòng)移栽的作業(yè)效率和勞動(dòng)強(qiáng)度都有了一定的改善，但人工喂苗速度低，輔助人員數(shù)量較多，機(jī)械化效益不明顯;全自動(dòng)移栽機(jī)能夠很好的解決當(dāng)前作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，被國(guó)內(nèi)外同行普遍認(rèn)為是未來(lái)移栽的發(fā)展方向，故本研究開(kāi)展移栽機(jī)自動(dòng)取喂系統(tǒng)

2、的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)自動(dòng)移栽技術(shù)向前發(fā)展。
　　(1)國(guó)內(nèi)外自動(dòng)移栽形式的發(fā)展現(xiàn)狀分析和研究?jī)?nèi)容介紹。闡述了課題研究背景和意義，總結(jié)現(xiàn)有溫室內(nèi)移栽和大田移栽的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)和原理，提出我國(guó)移栽機(jī)發(fā)展要解決穴盤(pán)苗自動(dòng)化取、喂的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外幾種典型自動(dòng)取苗形式，結(jié)合我國(guó)常用的半自動(dòng)移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了自動(dòng)取喂苗系統(tǒng)的研究目標(biāo)和具體實(shí)施方案。
　　(2)辣椒穴盤(pán)苗特性測(cè)定。對(duì)穴盤(pán)苗的形式、特點(diǎn)進(jìn)行介紹，總結(jié)了國(guó)內(nèi)常用的穴盤(pán)

3、苗規(guī)格。通過(guò)對(duì)隨機(jī)選取的辣椒穴盤(pán)苗形態(tài)特性測(cè)定，得出適宜移栽期的穴盤(pán)苗的高度在150-200mm之間，莖稈直徑在1.56-2.06mm之間，高度與莖稈直徑變化正相關(guān)，穴盤(pán)苗葉片長(zhǎng)度以中部最長(zhǎng)，根部略短，稍部最短。掉落特性試驗(yàn)表明，隨著穴盤(pán)苗掉落高度的增加，穴盤(pán)苗基質(zhì)損失更加明顯，且第二次掉落時(shí)的基質(zhì)損失率會(huì)略高于第一次。掉落形態(tài)試驗(yàn)顯示，當(dāng)穴盤(pán)苗掉落高度超過(guò)400mm，穴盤(pán)苗的基質(zhì)將發(fā)生明顯的擠壓變形，且莖稈受到?jīng)_擊后也會(huì)發(fā)生彎曲變化，

4、掉落高度200mm、300mm時(shí)，基質(zhì)形狀變化不明顯，莖稈也無(wú)明顯彎曲現(xiàn)象。
　　(3)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作步驟和基本要求。確定了自動(dòng)取喂系統(tǒng)基本要求，提出設(shè)計(jì)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的工作假說(shuō)，即穴盤(pán)苗機(jī)械化可取和取喂系統(tǒng)功能可分解。明確了各模塊的功能和工作步驟，將穴盤(pán)苗移栽自動(dòng)取喂系統(tǒng)劃分為穴盤(pán)步進(jìn)移位裝置、取苗機(jī)械手、喂苗裝置進(jìn)行分別設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。
　　(4)穴盤(pán)步進(jìn)移位裝置的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。為有效分苗，確定了間隔取苗的基本方案，并規(guī)

5、劃穴盤(pán)以“幾”字型移位。設(shè)計(jì)了穴盤(pán)步進(jìn)移位裝置，包含有穴盤(pán)橫向移位、穴盤(pán)縱向移位機(jī)構(gòu)、壓盤(pán)機(jī)構(gòu)。確定了以雙桿氣缸TN25X40驅(qū)動(dòng)的橫向移位機(jī)構(gòu)和以可調(diào)氣缸SDAJ32×60-40驅(qū)動(dòng)的縱向移位機(jī)構(gòu)，經(jīng)核算，氣缸驅(qū)動(dòng)力能夠滿(mǎn)足要求。對(duì)穴盤(pán)步進(jìn)移位機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能檢驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)影響因素試驗(yàn)，以工作氣壓、穴盤(pán)姿態(tài)、穴盤(pán)載荷為影響因素，以穴盤(pán)橫向移位在左、右兩側(cè)偏差為橫向移位試驗(yàn)指標(biāo)，以縱向每步的運(yùn)動(dòng)距離為縱向試驗(yàn)指標(biāo)，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)，對(duì)實(shí)

6、驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果采用方差分析，得出工作氣壓對(duì)穴盤(pán)橫向移位和縱向移位的影響極顯著，而穴盤(pán)姿態(tài)和載荷對(duì)移位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性無(wú)顯著影響。
　　(5)翻轉(zhuǎn)式取苗機(jī)械手的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。對(duì)比分析現(xiàn)有取苗方式，決定采用扎取方式進(jìn)行取苗，經(jīng)簡(jiǎn)易取苗器驗(yàn)證，取苗方式可行。借助微機(jī)萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了柔性滑針扎入基質(zhì)所需的扎取力均小于2N，滑針在導(dǎo)管內(nèi)的摩擦力小于1N。基于取苗器原理，設(shè)計(jì)了能夠同時(shí)取出8株穴盤(pán)苗的組合取苗機(jī)械手，計(jì)算得驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的扎苗氣缸所

7、需推力為72N，選定了扎苗驅(qū)動(dòng)的氣缸，校核氣缸驅(qū)動(dòng)力滿(mǎn)足扎苗作業(yè)要求。以取苗機(jī)械手為核心，設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)擺位式機(jī)械手機(jī)構(gòu)，確定了擺位機(jī)械手的動(dòng)作順序，計(jì)算得出擺位取苗機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度為3，并給出機(jī)械手取苗運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保持的角度限制范圍與擺臂長(zhǎng)度、擺臂夾角之間的關(guān)系。借助ADMAS軟件對(duì)擺臂機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證機(jī)械手運(yùn)動(dòng)路徑。以工作氣壓、排氣控制、導(dǎo)向桿定位為試驗(yàn)因素，采用正交試驗(yàn)方法對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)位置偏移量進(jìn)行測(cè)定和分析，得出導(dǎo)桿定位裝置

8、對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)影響顯著。
　　(6)柔性鏈輸送喂入裝置設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。對(duì)主動(dòng)和被動(dòng)兩種活門(mén)開(kāi)啟方式進(jìn)行對(duì)比，確定采用較簡(jiǎn)單的被動(dòng)活門(mén)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)。借助高速攝像技術(shù)，觀察穴盤(pán)苗落入到苗筒后的姿態(tài)，得出以45度單側(cè)活門(mén)作為苗筒活門(mén)開(kāi)啟形式。設(shè)計(jì)了柔性鏈輸送喂入裝置，對(duì)異形鏈和擺動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行了選型，由擺動(dòng)馬達(dá)和棘輪棘爪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇驅(qū)動(dòng)，校核擺動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)要求。在氣壓為0.4Mpa、0.45Mpa、0.5Mpa、0.55Mpa、0.6Mp

9、a下對(duì)柔性鏈輸送喂入系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)偏差進(jìn)行試驗(yàn)，得出氣壓大小對(duì)運(yùn)動(dòng)影響明顯。借助LMS多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和加速度傳感器，對(duì)柔性鏈輸送喂入系統(tǒng)的振動(dòng)加速度進(jìn)行了測(cè)定，得出苗筒隨著輸送鏈移動(dòng)過(guò)程中，在轉(zhuǎn)彎處的加速度較大，直線(xiàn)移位時(shí)較小，且距離主動(dòng)鏈輪緊邊附近的苗筒加速度比松邊加速度大。
　　(7)穴盤(pán)苗移栽自動(dòng)取喂系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制和性能試驗(yàn)。完成了穴盤(pán)苗自動(dòng)取喂系統(tǒng)的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，確定氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成，通過(guò)計(jì)算得出自動(dòng)取喂系統(tǒng)