水稻育苗穴盘自动分离套盘机研究与设计

摘要

水稻是我国主要的粮食作物，我国的水稻种植面积有0.3亿多公顷，占全国总种植面积的30％以上。水稻年产量接近2亿吨，占我国粮食总产量的40％以上，所以实现水稻的机械化生产对我国的农业发展有重要意义。水稻育秧播种流水线一般包括供盘、铺土、压实、播种、洒水、叠盘等步骤，再将叠放好的秧盘送入温室育秧，而用于钵苗移栽的水稻育秧穴盘材质柔软，无法实现叠盘。为了解决钵苗移栽用水稻育秧播种流水线的叠盘问题，提高作业效率，本文提出将普通育秧穴盘套入到硬托盘当中的供盘方案，并设计开发了一种水稻育苗穴盘自动分离套盘机。论文研究的主要内容如下:　　(1)从套盘装置的设计要求入手，确定总体机构的设计方案为采用真空吸附的方式分离穴盘，套盘机构采用气压传动。并对杂交稻育苗穴盘尺寸、质量、分离拉力峰值参数进行测量，为后续的机构设计提供必要的数据。　　(2)根据设计要求对分离套盘机的真空系统进行设计，并对重要元器件进行选型。　　确定了真空吸盘的吸附点为穴盘周边穴孔的外侧壁面，选用了8个6mm孔径的真空吸盘作为作动元件。设计了气压回路，选择ZH05BS真空发生器作为真空发生装置，并计算了其响应时间为0.108s。最后根据气动回路的选型设计，确定空气压缩机的功率与型号。　　(3)对分离套盘机进行总体结构设计，主要机构包括育苗穴盘上料架、真空吸盘夹持机构、夹挣装置提升柳构、穴盘删构和穴盘塞溘栅构。提升机构选用丝杆螺母摧夏功，由57HS22步进电机驱动，转矩为2.3N，步距角为1.8。穴盘翻转机构的夹爪选用MHZ2-20D双作用气爪，旋转电机选用DH-3X舵机。套盘机构夹爪选用MHZL2-10D双作用气爪，气爪固定架由气缸驱动升降，选用10mm缸径、300mm行程气缸。　　(4)对控制系统硬件进行设计选型，编写控制程序。根据各工作机构动作时序要求，确定总体控制方案，控制器选用BE-2017PLC，步进电机驱动器选用TB6600，选用微动式行程开关和对射型光电开关以满足机构动作要求。最后规划控制系统的流程图，编写相应的控制程序。　　(5)通过三维建模软件SolidWorks设计样机的总体结构图，并根据其加工装配试验样机。模拟不同的育苗穴盘表面情况，进行分离套盘试验，洁净干燥穴盘分离的成功率为94％，穴盘上有残留水珠的情况下为92％，残留少量泥土的情况下为91％，套盘成功率为98％。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1精量播种

1．2．2穴盘自动摆盘机

1．2．3穴盘叠盘设备

1．3研究内容与技术路线

1．3．1研究内容

1．3．2技术路线

第2章水稻育苗穴盘自动分离套盘机总体方案设计

2．1设计要求

2．2穴盘参数测量

2．2．1穴盘尺寸测量

2．2．2穴盘质量测量

2．2．3穴盘分离拉力测量

2．3．1穴盘分离方案选择

2．3．2穴盘套盘方案选择

2．4本章小结

第3章真空气动系统设计

3．1真空吸盘吸附点选择与选型

3．1．1吸盘吸附点的选择

3．1．2真空吸盘的选型与计算

3．2．1真空发生装置选择

3．2．2气压回路设计

3．3真空元器件的选型计算

3．3．1真空发生器的选型与响应时间求取

3．3．2空气压缩机的选型计算

3．4本章小结

第4章穴盘套盘机结构设计

4．1育苗穴盘上料架设计

4．2．1夹持方案的选择

4．2．2夹持机构的设计

4．2．3夹持机构驱动件选型

4．2．4夹持机构运动学分析

4-3穴盘提升机构设计

4．3．1提升机构的选择

4．3．2穴盘形变有限元分析及提升高度计算

4．3．3丝杆螺母传动机构的选型

4．4穴盘翻转机构设计

4．4．1翻转机构结构设计

4．4．2气动夹爪的夹紧点与选型

4．4．3旋转电机的选型

4．5．1夹爪机构的设计

4．5．2竖直气缸的选型

4．5．3输送线设计

4．6本章小结

第5章穴盘套盘机的控制系统设计

5．1控制系统总体方案设计

5．2控制系统硬件选型

5．2．1可编程控制器选型

5．2．2步进电机驱动器及舵机控制板选型

5．2．3传感器选型

5．2．4控制系统电路接线图

5．3控制系统软件设计

5．3．1控制系统软件工作流程

5．3．2控制系统程序编写

5．4本章小结

第6章样机制作与实验

6．1整机建模及样机制作

6．1．1套盘机整机建模

6．1．2套盘机样机制作

6．2套盘机实验研究

6．2．1穴盘分离实验

6．2．2特殊环境下的穴盘分离实验

6．2．3穴盘套盘实验

6．2．4分析讨论

6．3本章小结

第7章总结和展望

7．1总结

7．2展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间的研究成果