喷雾式猕猴桃授粉末端执行器的研制

发布时间：2020-06-22 18:48

【摘要】：中国的猕猴桃种植面积与产量居世界首位。目前猕猴桃授粉作业主要依靠人工进行,工作量大、投入成本高。随着现代农业装备的发展,农业授粉机器人将成为代替人力作业,提高农业生产效率的关键技术。因此,研究猕猴桃授粉末端执行器具有重要的科学研究价值与实际生产意义。本文针对陕西周边猕猴桃棚架式种植特点,为解决猕猴桃传统人工授粉作业强度大、高成本与低效率等问题,重点从猕猴桃授粉特点进行研究,设计了喷雾式猕猴桃授粉末端执行器。以自然生长状态下的“海沃德”猕猴桃花朵为研究对象,为满足雾化授粉的要求,设计了猕猴桃授粉系统;根据猕猴桃花朵的研究,设计了向上喷雾授粉的猕猴桃授粉末端执行器;试制了授粉末端执行器样机,并进行喷雾模拟试验,对授粉末端执行器的均匀性进行研究。主要研究内容如下:(1)对象物的研究及授粉基础试验。授粉末端执行器的基本方案必须根据花朵的物理属性来确定,通过现场调研得出:棚架式栽培模式下的猕猴桃开花朝下,垂直方向上花朵无重叠,呈簇状分布,直径为360-410mm,开花高度为1650-1800mm,通过喷雾授粉基础性试验,对三种授粉方式结果进行跟踪统计,分析数据得出喷雾授粉与传统授粉方式效果相差不大,授粉效率与成本显著优于传统授粉方式,并最终选用液力式喷头型号为TW3010。(2)猕猴桃授粉系统方案的确定。确定了授粉系统的组成部分,包括授粉末端执行器、压缩气泵和高压喷雾机,设计了气动工作原理和液体雾化工作原理。针对棚架式猕猴桃种植模式花朵簇生与开花向下的特点,确定了三个喷头向上喷雾的方法,喷头分布呈Y型,与喷雾机构中心的距离为115mm,设计的喷雾机构可以满足授粉时花簇覆盖面积的要求。(3)猕猴桃授粉末端执行器的设计。设计了机械结构与传感器相结合的授粉末端执行器。机械机构部分包括接近结构、微调机构和喷雾机构三部分,接近机构有效行程为200mm,微调机构的最大调节范围为60mm,可以满足不同高度花朵对授粉作用距离的要求;控制传感系统采用末端控制原理,利用多个传感器和电磁阀控制三个机械机构实现整个授粉末端执行器的作业。(4)猕猴桃授粉末端执行器的试制与模拟试验。利用试制的授粉末端执行器样机进行授粉模拟试验,设计了水敏试纸处于同一高度和处于不同高度两种试验,利用MATLAB软件对试验结果处理,两种试验中雾滴的数量方差为1.1和1.43,覆盖率的方差分别为11.36和24.99,授粉末端执行器的均匀性满足授粉要求。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S663.4;S224

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