全自动龙门轨道式水稻秧盘摆放机的研制与试验

摘要

我国水稻种植面积和总产量位居全球首位，但在种植方面的机械化程度仍然较低。虽然已经开始工厂化育苗，但在田间铺盘环节还是主要依靠人工摆盘。随着国内近几年劳动力成本越来越高，相关企业和高校对田间自动铺盘的重视也随之提高，相继研制出了育秧机、穴盘摆放机和装载机等铺盘的设备，主要缺点集中在需要农户过多参与，自动化程度较低，铺盘效率有限。相比之下，国外秧盘摆放机自动化程度高，对应的造价比较昂贵，但摆放的秧盘只适用本国的产品，难以国产化。　　综合以上情况，本论文以研制全自动水稻秧盘摆放机来代替人工在田间摆放秧盘为目标，根据具体设计指标及要求，提出多种设计方案，再通过对比确定总设计方案，然后围绕总体方案展开机械设计和控制系统的软硬件设计，并对研制出的样机进行试验研究，以此突破机械放盘关键技术，具体内容如下:　　1)根据试验场地及铺盘农艺要求，提出三种总体方案。并通过方案对比，最终确定将全自动龙门轨道式水稻秧盘摆放机作为本文重点研究的总方案。　　2)对摆盘机展开机械设计，设计了由多段拼接而成的运行轨道、组拆式龙门桁架和铺盘小车，并利用ANSYS workbench对龙门桁架进行静力学分析。　　3)为高效可靠的铺盘，设计了一种组合凸轮式放盘机构，建立了求解凸轮轮廓曲线的数学模型，利用MATLAB编写程序并计算求解。对整个放盘机构进行结构设计，最后利用Adams虚拟仿真技术对放盘机构进行动作仿真试验和关键部件的计算分析。同时对目前市场上秧盘进行机构优化和改进，使之适合放盘机构作业。　　4)设计并搭建了摆放机控制系统，建立以可编程控制器为控制核一t3，人机交互界面为操作控制端，伺服电机和传感器为执行控件的闭环控制系统。实现了全自动铺盘和人工手动铺盘两种控制模式。　　5)对样机展开试验研究，在龙门桁架承重试验中，测试出铺盘小车在龙门桁架中间部位并外加70kg负载，桁架中间变形量约13mm，符合要求。同时在对120个秧盘进行放盘试验中，得出以每摞8～10个秧盘放入秧盘箱中，放盘机构并以500～600rpm运转时，放盘成功率能达到100％。最后在自动铺盘试验中，得到铺盘小车以5cm/s速度在龙门桁架上移动，放盘机构每次在距离地面约100mm的高度以550rpm转速进行放盘，此时放盘合格率达到94.89％，铺盘效率能达到360盘/h。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的和意义

1．2国内外水稻秧盘摆放机研究现状及分析

1．2．1国内水稻秧盘摆放机的研究现状

1．2．2国外水稻秧盘摆放机的研究现状

1．3本文的主要研究内容

1．4本文的研究技术路线

1．5本章小结

第二章全自动水稻秧盘摆放机的总体方案设计

2．1全自动水稻秧盘摆放机总体设计要求

2．1．1全自动水稻秧盘摆放机试验农田情况介绍

2．1．2全自动水稻秧盘摆放机的技术指标

2．2全自动水稻秧盘摆放机总体方案的选择

2．2．1模块化拼接铺盘机

2．2．2手扶推走式摆盘车

2．2．3龙门轨道式摆盘机

2．2．4三种总体方案的对比与选择

2．3本章小结

第三章全自动龙门轨道式水稻秧盘摆放机的机械设计

3．1纵向运行轨道设计

3．2龙门桁架设计

3．2．1组拆式龙门桁架结构设计

3．2．2基于ANSYS workbench的底架结构静力学分析

3．3．1主体结构设计

3．3．2秧盘箱升降设计

3．3．3升降机构的丝杆选型

3．4软硬套合秧盘改进设计

3．4．1软硬套合秧盘结构改进设计

3．4．2硬塑秧盘自由跌落的显示动力学分析

3．4．3秧盘改进前后的性能对比

3．5组合凸轮式放盘机构设计

3．5．1组合轮廓曲线解析法设计

3．5．2基于MATLAB-GUI界面的放盘机构参数化设计平台

3．5．3基于Adams的放盘机构虚拟样机仿真试验

3．6本章小结

第四章全自动龙门轨道式水稻秧盘摆放机的控制系统设计

4．1控制系统总体方案

4．2控制系统的硬件设计

4．2．1可编程控制器及触摸屏

4．2．2龙门桁架移动模块设计

4．2．3铺盘小车移动模块设计

4．2．4秧盘铺放模块设计

4．3控制系统的软件设计

4．3．1 PLC软件设计

4．3．2人机交互界面设计

4．4本章小结

第五章全自动水稻秧盘摆放机的研制及铺盘试验

5．1全自动水稻秧盘摆放机的研制

5．2全自动水稻秧盘摆放机的关键结构性能测试

5．2．1龙门桁架承重受力变形测试

5．2．2放盘机构放盘动作测试

5．3全自动水稻秧盘摆放机试验

5．3．1水稻秧盘摆放机全自动放盘试验

5．3．2车间试验结果及分析

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果