烟苗移栽机栽植器的设计与仿真

摘要

我国烟苗培育方式主要为漂浮育苗的培育方式，通过在育苗盘里面填充基质，然后将烟叶的种子播在育苗盘里，将育苗盘放置在温室内的营养液里，烟苗从营养液内汲取养分生长，待烟苗生长到合适的时候再将烟苗移入大田中。但是人工移栽烟苗劳动强度大、耗费工时多，并且栽植株距、深度很难保持均匀，移栽质量得不到保障，人均作业效率约为0.3亩/天，当采用机械化移栽时，人均工作效率可以提高到12亩/天。截至目前，我国实现机械化烟苗移栽的覆盖率小，主要原因在于我国现有的移栽机不能适应烟苗的农艺要求，栽植效果不满意，因此我国亟需设计一款针对烟苗移栽的栽植器来替代人工移栽。
　　本文设计的栽植器为鸭嘴式栽植器，针对漂浮育苗的特点，抽样调查烟苗的物理性质：烟苗基质底部到烟苗顶端的高度、烟苗的重量和烟苗在自然状态下烟叶散开的直径，并计算得到平均值分别为15.6cm、15.3g、9.7cm；调研烟苗移栽的农艺要求。初步确定栽植器的结构，选取对栽植器作业效果影响较大的零件进行详细设计，如鸭嘴、丫板、凸轮、连接器。通过对鸭嘴进行有限元分析得到鸭嘴所受最大应力为9.4MPa，最大应变为0.48，最小使用寿命为1×107，验证了鸭嘴的强度和使用寿命满足实际工作的需要。
　　考虑到鸭嘴式栽植器的作业特点：鸭嘴式栽植器属于半自动移栽机，需要人工喂苗，现有的喂苗装置为投苗转盘，为了避免产生漏苗现象需要工作人员集中注意力来喂苗。针对这种情况，设计了新型的具有防漏苗功能的投苗转盘。主要是在投苗盘上设置正常投苗杯和备用投苗杯，通过红外线检测正常投苗杯内是否存在烟苗，当没有烟苗时通过单片机控制投苗转盘转动的方式，切换到备用投苗杯，并由蜂鸣器发出报警声提醒工作人员及时补充正常投苗杯内的烟苗，从而起到防止漏苗的作用。
　　建立鸭嘴式栽植器的简化模型，得到鸭嘴的位移方程，通过对位移方程求导得到鸭嘴的速度方程，根据零速投苗原理分析鸭嘴水平方向速度的变化状况，并引入特征参数，分析不同特征参数下的运动轨迹得出只有当1的时候才可以实现零速投苗。在1时的轨迹上分析不同位置投苗时候的状况，得到在OB段投苗时可以得到最佳的直立效果。通过选取不同运动参数进行正交实验，得到栽植器的结构尺寸，建立栽植器的三维模型并导入Adams进行运动学仿真，通过仿真分析得到鸭嘴在水平方向上的位移和速度变化曲线，得到移栽机最佳前进速度为0.4m/s，此时鸭嘴在水平方向上每个运动周期存在两个个零速点，并且在零速点的附近鸭嘴在水平方向上的位移基本不变，保证了烟苗在投入苗穴内的时候水平方向上的速度为零，符合零速投苗原理。
　　通过试制样机，在皖南烟区选取含水率为20％的粘质土壤和含水率为15%的粘性土壤两种典型的土壤进行试验，得到栽植器在含水率较低的粘土上的作业效果更好，株距合格率为97%以上，立苗率在96%左右，漏苗率小于3%。而在含水率较高的粘质土壤上的作业效果稍差，但是也能符合烟苗移栽的农艺要求。对移栽的烟苗进行了为期一个月的成活率实验，分别在第二天、第十天和一个月的时候对烟苗的生长状况进行观察发现前两次观察烟苗成长状况正常，前两次观察没有出现异常状况的烟苗，在最后一次观察过程中发现有三株烟苗完全枯萎，两株烟苗健康状况明显低于其他烟苗，烟苗整体成活率达到97.5%。通过实验证实了鸭嘴式栽植器设计的合理性。

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1绪论

1.1引言

1.2国内外移栽机的研究现状

1.3研究内容和技术路线

1.4本章小结

2烟苗的物理性质与栽植器的确定

2.1烟草育苗技术概述

2.2烟苗的物理性质测试

2.3栽植器的确定

2.4本章小结

3鸭嘴式栽植器的结构设计与有限元分析

3.1鸭嘴式栽植器的结构设计

3.2防漏苗投苗转盘

3.3鸭嘴式栽植器的关键部件设计

3.4鸭嘴的有限元分析

3.5本章小结

4栽植器的运动学分析与仿真

4.1鸭嘴式栽植器的运动学分析

4.2鸭嘴式栽植器数学模型的建立

4.3鸭嘴运动的仿真分析

4.4本章小结

5试验验证与分析

5.1鸭嘴式栽植器试验

5.2烟苗成活状况试验

5.3本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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在读期间主要科研成果