气动式自动供盘与自动叠盘装置研究

摘要

水稻工厂化育秧是水稻机械化生产过程中的关键环节，广泛采用的育秧流水线主要包括秧盘供送、铺底土、底土压实、播种、覆表土、淋水、取盘等工序。现有的水稻育秧播种流水线大多由人工进行逐个供盘和取盘，不仅劳动强度大，容易造成工人的疲劳损伤，而且制约着工厂化育秧的生产效率。因此，为提高水稻育秧播种流水线自动化程度及作业效率，降低劳动强度，需要进行水稻育秧播种流水线自动供盘与自动叠盘装置的研究。
　　目前，国内外都有相关自动供盘与自动叠盘装置的研究。国外较成熟的自动供盘与自动叠盘装置存在成本偏高、引进困难的问题，而国内相关的装置在可靠性和效率方面则有待进一步提高；此外，当前国内从轻简化栽培出发，很多地区趋向使用软秧盘来降低育秧成本，现有的自动叠盘装置未见应用于软秧盘。因此，研制一种结构简单、效率高和工作可靠的自动供盘装置以及适用于软、硬秧盘的自动叠盘装置是当前急需的。
　　本文通过分析国内外自动供盘和自动叠盘装置的研究现状，针对其存在的不足提出了一种气动式自动供盘与一种气动式自动叠盘装置，并对整机及其关键部件进行了理论分析和试验研究，其主要研究内容和结论如下：
　　（1）气动式自动供盘与自动叠盘装置总体方案设计。通过对目前常用秧盘结构特征的分析，①确定了气动式自动供盘装置总体方案，由接近开关对秧盘进行检测，利用落盘机构快速升、放秧盘，实现了秧盘的自动供送；②确定了气动式自动叠盘装置总体方案，以可编程控制器PLC为控制核心，由接近开关检测秧盘，控制秧盘升降机构升降秧盘来实现秧盘的自动叠放，同时采用土壤防漏机构的气动移动盖板来防止秧盘内的土壤在叠盘过程中发生侧漏而使种子外露。
　　（2）气动式自动供盘与自动叠盘装置关键部件设计。①研制了自动供盘装置输送机构，建立了输送模型，通过运动分析，确定了满足秧盘无间距输送时输送机构与播种流水线输送的速度参数关系；研制了落盘机构，进行了落盘机构杆件结构及其运动分析，分析了落盘机构的自动放盘过程，确定了机构的结构参数；研制了自动供盘控制系统，确定了气路、电路结构组成和控制流程。②研制了一种软秧盘托盘，能满足常用软秧盘的叠盘要求，并与常用硬秧盘通用；研制了自动叠盘装置输送机构，通过建立输送模型，确定了满足叠盘间距时输送机构与播种流水线输送的速度参数关系；研制了秧盘升降机构和土壤防漏机构，分别对秧盘升降机构和土壤防漏机构的组成和工作原理进行了分析，确定了结构组成和结构参数；研制了以PLC为核心的控制系统，确定了电、气路的组成，利用GX Works2软件进行了PLC的编程和仿真调试，优化了自动叠盘的控制流程。
　　（3）气动式自动供盘与自动叠盘装置性能试验研究。①以生产率、放盘时间和放盘偏差为影响因素、供盘合格率为指标进行了自动供盘试验，试验结果表明，当生产率为600~1000盘/h、放盘偏差为0~6 mm、放盘时间为0.8 s时，供盘合格率为98.67％~100%。②以生产率、升降速度和盖板方式为影响因素、叠盘成功率及种子外露率为指标进行了自动叠盘试验，试验结果表明，当生产率为600~800盘/h、升降速度为0.15m/s、采用气动移动盖板时，硬和软秧盘的叠盘成功率分别为100%与99%~100%；硬和软秧盘的种子外露率最大分别为0.28%与0.60%。此外，对旧秧盘进行了分级和秧盘适用性叠盘试验，结果表明，在实际生产过程中，轻度级别旧秧盘对指标影响较小，秧盘叠盘成功率和种子外露率分别为96%和1.0%；中度级别旧秧盘可通过调节升降转指的相对距离保证叠盘成功率和种子外露率；重度级别旧秧盘指标结果较差，应避免使用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 引言

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的内容和方法

2 气动式自动供盘与自动叠盘装置总体结构设计

2.1 常用秧盘

2.2 气动式自动供盘装置整机结构

2.3 气动式自动叠盘装置整机结构

2.4 本章小结

3 气动式自动供盘与自动叠盘装置关键部件设计

3.1 气动式自动供盘装置关键部件

3.2 气动式自动叠盘装置关键部件

3.3 本章小结

4 气动式自动供盘与自动叠盘装置试验

4.1 自动供盘试验

4.2 自动叠盘试验

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 下一步研究建议

致谢

参考文献

附录A：攻读硕士学位期间参与的科研工作和获得的成果

附录B：自动叠盘装置PLC梯形图