面向高架栽培的基质装箱与移动摊铺系统开发

摘要

高架无土栽培由于避免了弯腰劳作，作为省力化栽培的模式而受到了推崇并得到了快速推广和普及。但是，高架设施栽培存在着基质的摊填和更换，目前仅依靠人工将基质袋装后搬运至数十米长的高架间，并完成基质向架设在近1m或更高空中栽培槽的抬升、倒料填充和摊平等繁多作业，费工费力。现有物料装填或摊铺机械多为台式机，且只能完成或具备基质装箱、运送、上料、落料、摊平5个作业环节中部分作业能力，因此针对此问题，设计开发了面向高架栽培的基质装箱与移动摊铺系统，并完成样机的加工与性能试验。
　　主要研究内容及结论如下：
　　（1）通过对高架设施环境特征测量统计，得知现有高架栽种设施都存在：离地普遍较高（约1m）、在竖直方向建设误差大（达80mm）、架间通道相对狭窄（0.65~0.75m）和槽内基质摊填量大（每亩约12m3）等特殊作业环境，所以其狭小架间通道不具备人工驾驶作业的空间，且移动摊铺设备应具有误差补偿作业能力。对栽培基质流动特性试验表明基质静态堆积角约37°、滑动角约40°，因此在基质装箱作业中，箱内基质容易出现粘附和结拱现象；在基质落料作业中，由于基质沿材料表面流速不均匀，易导致出料口堵塞，所以开发了面向高架栽培的基质装箱与移动摊铺系统。
　　（2）针对现有的物料装箱设备，需要人工或配套的机械才能完成物料的输送或喂入，却不能自动装箱作业需要，设计了面向高架栽培的基质装箱系统。使用Pro/E和Adams软件对铲料机构初始方案进行运动学分析，模拟实际铲料作业工况，获取主动杆的扭矩值，对机构进行优化。
　　（3）针对一机多环节作业需要和对高架建设误差的仿形作业需求，设计了面向高架栽培的基质移动摊铺系统。对箱内“L”型折弯上料机构的折弯倾角设计优化，实现了箱内基质连续输送，有效解决由于基质自身粘度大和流动性低而在出料过程中出现基质“结拱”和“挖洞”现象；设计了浮动式双侧落料与摊平装置，实现基质双侧分料、落料、搅匀摊平等多环节的“同步”协调作业，可有效满足高架在竖直方向上100mm的误差适应能力。
　　（4）基质装箱系统的性能试验可知：基质装箱机输送带速在0.2~0.5m/s时能够稳定实现将地面基质铲运并抛洒至输送带上，当输送带速为0.4m/s时基质上料效率最大，可达5.2L/s；带速小于0.1m/s或大于0.6m/s情况下，由于此时铲斗摆动频率太小或过大，导致铲料斗内大部分基质因离心力太小由铲斗和输送带间的缝隙泄露或离心力过大被甩飞出，皆导致输送带上基质量较少，因此装箱效率低下。
　　（5）为检验折弯上料机构出料效果和浮动式双侧落料机构的精量落料效果，分别进行出料和落料试验。结果显示：单位长度的刮板链上的基质量不受链速度影响，约8.31L/m、极差小于0.1L且出料速度Q0会随刮板链速增加而成比例的增大；在不同刮板链速下，L1、L2、R1、R2四个分料口基质所占百分比范围为24.16~25.45%，箱内基质在落料试验过程中未出现基质结拱或基质粘结现象，落料试验未出现出料口堵塞现象。基质自动移动摊铺机的整机性能试验结果表明：槽1~4内91.3%基质分布在离高架骨沿10~20mm深度的区间内，四个槽内基质高度的最大极差为18.16mm，仅为“W”型栽培槽内基质摊填深度的10.6%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

第2章 高架设施环境特征及栽培基质特性试验

2.1 设施栽培高架

2.2 栽培基质流动特性试验

2.3 本章小结

第3章 面向高架栽培的基质装箱系统开发

3.1 整机结构与工作原理

3.2 PVC型刮板带的选型

3.3 关键机构的设计

3.4 铲料机构的Adams仿真及其优化

3.4 样机研制

3.5 料堆装箱机性能试验

3.6 本章小结

第4章 面向高架栽培的基质移动摊铺系统开发及试验

4.1 面向高架的基质摊铺作业的特殊要求

4.2 面向高架栽培的基质装箱与移动摊铺系统整体方案设计

4.3 整机结构与工作过程

4.4 料箱出料装置设计

4.5 浮动式双侧落料与摊平装置结构设计

4.6 输送作业的移动平台

4.7 基质移动摊铺系统开发

4.8 整机性能试验

4.9 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 研究工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间参加的科研项目和科研成果发表论文