吊杯式烟草钵苗移栽机改进设计及栽植部件试验

摘要

烟草是重要的经济作物，在农业生产中占有很大比例。烟草的栽培已经从最初的人工育苗、手工移栽、手工覆土、灌水、铺膜向机械化发展。目前，烟草育苗已经实现机械化穴盘育苗，烟草移栽依然停留在单一工序的机械生产，即成穴机器、覆土机器、施肥机器等单独作业，仍会有大量的人工成本、机器燃料成本等，很难应用于大规模的农业生产。而集送苗、运苗、成穴、施肥、移栽、注水、覆土铺膜等一体化的移栽机械的研究开发与试验具有十分重要的现实意义。
　　总结课题组前期烟草钵苗物理力学特性试验结果、移栽机成穴机构土槽试验情况，基于移栽机整机田间作业效果等研究基础，对吊杯式移栽机机架、栽植机构进行改进设计，对烟草钵苗移栽时的受力情况、运动形式做系统理论分析，对苗钵开展挤压力学特性试验，为进一步提高钵苗移栽机作业性能及质量提供理论基础。
　　(1)系统阐述吊杯式钵苗移栽机各执行部件结构及工作原理，分析课题组前期田间试验发现的问题，提出改进方案，并对基础机架、栽植机构等，进行改进设计;
　　(2)对东北地区大棚集约化穴盘烟草钵苗的物理几何参数统计测定，分析其几何参数分布规律，并对钵体进行挤压力学特性研究。试验表明烟草钵苗苗高主要分布在[140，180] mm，钵苗叶宽均值为96.7 mm，变异系数为15.25，土钵重量均值为31.49 g，变异系数为8.48％。土钵力学性能试验表明，挤压力与挤压位移呈非线性关系。挤压位移为4 mm左右时，土钵会出现受力屈服，当挤压力为20N时，土钵产生明显破坏。加载部位对挤压破坏力影响显著，土钵含水率对挤压破坏力影响较显著;
　　(3)考虑移栽机不同工况，应用有限元分析软件对移栽机机架进行静力学及模态分析，结果表明机架的最大应力发生在正常作业过程中地轮高度调节板与机架侧梁连接处，其值94.6 MPa，小于材料许用应力，整机结构满足强度要求，机架存在较大的轻量化空间;
　　(4)通过对移栽过程中，钵苗运动曲线、钵苗与栽植机构零部件接触碰撞状态，以及栽植机构工作原理分析，确定了投苗—接苗运动中投苗回转半径与栽苗回转半径的比例关系，采用拉格朗日方程对栽苗过程，建立运动学和动力学数学理论模型，用Adams仿真分析其运动状态和曲线轨迹。分析表明投苗提前角度为18°，栽苗阶段，吊杯释放角度为10°，栽植轨迹中，栽植环扣与栽植转盘转速成正比，与机具前进速度成反比，栽植点到旋转中心的距离无关，钵苗下落对爪臂碰撞力为3.34 N;
　　(5)搭建栽植机构性能试验台架，模拟栽植机构田间作业状态，采用三因素三水平正交试验方法，对栽植机构进行性能试验研究。试验得出栽植机构转盘转速16 r/min、凸轮置角5°、杯爪离地高度25 mm为栽植作业最优组合，栽植机构转盘转速、凸轮置角及栽植吊杯杯爪离地高度对钵苗直立度和钵苗落坑位置影响均显著。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的背景与目的

1．1．1 我国烟草行业形势简述

1．1．2 发展烟草机械化种植的必要性

1．2 国内外移栽机械研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究的主要内容和技术路线

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 技术路线

2 烟草钵苗土钵物理力学特性的研究

2．1 烟草钵苗土钵几何物理特性研究

2．1．1 试验材料与设备

2．1．2 拉压力传感器的选择与标定

2．2 土钵挤压试验

2．2．1 试验准备

2．2．2 试验方法

2．2．3 试验结果与分析

2．3 小结

3 吊杯式烟草钵苗移栽机关键部件改进设计

3．1 吊杯式烟草钵苗移栽机结构与工作原理

3．1．1 结构关系

3．1．2 工作原理

3．2 吊杯式烟草钵苗移栽机投苗机构设计

3．2．1 投苗机构功能要求

3．2．2 投苗机构总体方案设计

3．3 吊杯式烟草钵苗移栽机栽植机构改进设计

3．3．1 栽植机构的作业功能要求

3．3．2 栽植机构改进设计总体方案

3．3．3 栽植机构传动系统的设计

3．3．4 栽植机构零部件的改进设计

3．4 机架改进设计

3．5 小结

4 吊杯式烟草钵苗移栽机机架的有限元分析

4．1 机架有限元静态性能分析

4．1．1 有限元静态性能分析理论基础

4．1．2 机架有限元模型建立

4．1．3 机架模型有限元分析

4．1．4 机架应力、变形有限元计算结果分析

4．1．5 机架有限元分析总结

4．2 机架有限元模态分析

4．2．3 机架模态有限元计算结果分析

4．3 本章小结

5 钵苗栽植过程运动学及动力学分析

5．1 投苗与落苗轨迹运动分析

5．1．1 投苗速度与落苗速度分析

5．1．2 苗钵下落及落苗角度分析

5．2 栽植阶段钵苗运动分析

5．2．1 钵苗直接落入爪臂分析

5．2．2 钵苗碰到杯臂后下滑运动分析

5．2．3 钵苗-苗杯运动学及动力学理论分析

5．3 钵苗入穴运动分析

5．4 基于ADAMS的钵苗栽植运动轨迹分析

5．5 小结

6 吊杯式钵苗移栽机栽植机构性能试验研究

6．1 试验装置

6．1．1 栽植机构试验装置

6．1．2 栽植机构试验装置工作原理

6．1．3 栽植机构试验装置控制系统设计

6．1．3 试验条件与仪器设备

6．2 试验方法

6．2．1 试验因素及评价指标

6．2．2 试验方案设计

6．3 试验结果与分析

6．3．2 钵苗直立度试验结果分析

6．3．3 钵苗落坑位置试验结果分析

6．4 小结

7 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文