烟草钵苗吊篮式移栽机关键部件设计与试验

发布时间：2020-09-12 10:43

　　烟草作为我国的重要经济作物之一,在农业生产中占有重要的作用。烟草是以育苗移栽方式为主的作物。传统人工移栽主要依靠大量人力、畜力及传统的生产工具,劳动强度大,生产效率低,不适用于规模化种植。机械化移栽可以提高烟草幼苗的质量,降低育苗成本及劳动强度,争取更多的春季耕种时间,大幅度提高农作物的种植效率。近年来,在我国烟草生产管理部门的推动和科研部门的参与下,烟草机械化移栽方面已经开始自主研发或引进国外相关设备,但由于国内的现有机型与生产实际应用还有一定的距离,农耕农艺联系不紧密,致使我国机械化移栽一直无法进行大面积推广。在课题组前期“吊篮式烟草移栽复式作业机”研究的基础上,结合北方烟草钵苗物理力学特性试验结果及烟草育苗移栽的农艺要求,总结移栽机前期田间试验出现的问题,对烟草钵苗移栽机关键部件进行改进设计、仿真分析及台架和田间性能试验研究,从而提高烟草钵苗移栽机田间作业性能及移栽质量。课题主要从以下几方面进行：(1)针对北方烟区烟草钵苗基本几何物理特征参数进行测定,统计分析烟草钵苗几何特性指标的变化区间及分布规律。(2)利用万能材料试验机针对移栽期烟草钵苗茎杆进行了剪切、压缩、弯曲及拉伸等力学特性试验研究。(3)阐述北方烟草钵苗的育苗方式及移栽农艺要求及改进的吊篮式烟草钵苗移栽机整机结构及工作原理,针对烟草钵苗移栽机前期试验中存在的问题,对烟草钵苗移栽机喂苗机构及其零部件进行改进设计。(4)建立烟草钵苗移栽机成穴机构的运动学和动力学模型,对成穴机构进行理论分析；并基于Adams软件对成穴机构开展虚拟仿真分析。(5)模拟成穴机构田间作业的运动状态,搭建成穴机构试验台架,采用正交试验方法,以前进速度、曲轴转速、成穴铲宽为试验因素,成穴阻力及穴坑几何尺寸为试验指标,开展了成穴机构的性能试验。根据成穴机构性能试验结果,对成穴铲进行基于Ansys有限元分析。(6)在满足移栽农艺要求的前提下,参照早地栽植机械行业标准,对改进的吊篮式烟草钵苗移栽机采用单因素及二次回归正交旋转设计法,以前进速度、钵苗高度及成穴铲宽为试验因素,烟苗直立度合格率和株距变异系数为评价指标进行田间试验研究。经过以上研究,获得如下结论：(1)通过对烟苗几何物理特性参数的统计分析,得出烟草钵苗高度变化区间为[115.7,188.3]mm,主要分布在[135,175]mm范围内,占总样本数的80%;钵苗宽度变化区间为[80.8,182.0]mm,主要分布在[100,160]mm,占总样本数的74%；钵苗近根部茎杆直径变化区间为[3.45,4.39]mm,主要分布在[3.55,4.30]mm,占总样本数的90%,试验结果为喂苗机构的改进设计提供参数依据。(2)烟草钵苗茎秆力学特性试验得到,烟苗茎秆不同剪切部位对剪切破坏载荷、剪切功耗、剪切强度均存在显著影响(a=0.05)。移栽期北方烟草钵苗茎杆取样部位在距钵体表面5-10mm处剪切破载荷、剪切功耗及剪切强度值均为最大。为了避免烟苗受到损伤,取苗移栽的拔取夹持部位建议选取茎秆距钵体表面5～10mm处。通过计算得到烟苗茎杆最大抗剪强度平均值为(1.10±0.12)MPa;抗压强度平均值为(1.03±0.11)MPa：抗弯强度平均值为(11.16±0.28)MPa及抗拉强度平均值为(0.66±0.15)MPa,对应的抗拉断力均值(7.49±2.47)N。(3)通过对成穴机构进行运动学理论及仿真分析,获取成穴铲的运动轨迹,分析了成穴铲不同方向位移、速度及加速度的变化规律；由动力学仿真分析得到成穴机构各杆件铰链点受力变化情况及受力最大值,验证了成穴机构功能及结构设计合理性,为成穴机构的结构优化提供参考。(4)由成穴机构的台架性能试验结果得到,行进阻力最小时,试验因素最优组合为曲轴转速36r/min,成穴铲宽40mm,前进速度0.3m/s。穴坑尺寸在因素最优组合下,满足移栽农艺及成穴机构的设计要求。基于ANSYS有限元分析获得成穴铲设计满足强度要求。(5)单因素及多因素试验结果表明,试验因素对直立度合格率的影响显著程度由大到小依次为：钵苗高度、前进速度、成穴铲宽；试验因素对株距变异系数影响显著程度依次为：前进速度、成穴铲宽、钵苗高度。优化得到最优参数组合：当钵苗高度取140mm时,前进速度为0.3～0.4m/s,成穴铲宽67～74mm,直立度合格率90%,株距变异系数5%。研究结果为北方吊篮式烟草钵苗移栽机进一步改进设计及实际田间作业提供了基础数据及参考价值。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S223.9
【部分图文】：

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加拿大是世界上的农业发达国家之一，其烤烟的生产至今己经有１２２年的历史，移栽机逡逑械化水平较高，从烟草育苗、移栽、田间管理及烟叶的采收烘烤全部实现了机械化ｔＷ。其中，逡逑代表机型有加拿大Ｈｏｌｌａｎｄ打ａｎｓｐｌａｎｔｅｒ公司研制的烟叶栽植机，如图１－２所不。移栽机集开逡逑沟、移栽、}9水、施肥、培±为一体的烟草移栽复式作业机。由大马力拖拉机牵引作业，人逡逑工添加水、肥及分装烟苗。移栽机可进行多行移栽，作业量为每天移栽烟苗５０亩Ｗ上Ｗ。逡逑图１－２加拿大研制的烟叶栽植机逦图１－３美国玛驰尼克１０００－２指夹式移机逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃａｎａｄａ邋Ｕ）ｂａｃｃｏ邋ｌｅａｆ邋ｐｌａｎｔｉｎｇ逦Ｆｉｇｌ－３邋Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋１０００－２邋ｆｉｎｇｅｒ邋ｃｌｉｐ邋ｔｙｐｅ逡逑ｍａｃｈｉｎｅ逦ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑美国研发的玛驰尼克１０００－２型双行半自动移栽机，如W １－３所示。移栽机采用两行移栽，逡逑３逡逑

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可移栽％００￣４２００株巧苗，每天可Ｗ实现烟草移栽３０亩Ｗ上，玉米移栽１５亩左右。但其不足逡逑之处在于给水量不足，烟苗直立度较差等ＰＷＩ１。逡逑意大利法拉利移栽机制造有限公司研制的ＦＰＡ型半自动移栽机，如图１－４所示。该机适用逡逑于所有育苗作物及不同种类体苗移栽。体苗高度适用范困可达２０ｃｍ，行距在３０￣ｌ（Ｋ）ｃｍ、株距逡逑在１９￣１８６ｃｍ之间可调。一次最多可Ｗ同时移栽７行，产能为每行每小时２５００株。移栽机可Ｗ逡逑在裸王及覆膜止壤上移栽。无膜移栽时可Ｗ直接由镇压轮将两侧的±壤挤压成垄堆，不需要逡逑额外覆±。膜上移栽加装覆±装置即可连续取王，通过调节覆±装置的深浅和角度来调节取逡逑±量，使得栽苗覆止一次完成。该机的特点是移栽作业稳定，速度快，抌苗成活率高，加置逡逑湿地防粘连系统，可较好的解决移栽部件粘±的问题Ｐ２—Ｗ。逡逑图１－４法拉利牌ＦＰＡ型半自动育苗移栽逦图１－５日本久保田半自动大葱移栽机逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｆｅｒｒａｒｉ邋ｃａｒｄ邋ｓｅｍｉ－ａｉＵｏｍａｔｉｃ邋ｓｅｅｄｌｉｎｇ逦Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｋｕｂｏｔａ邋化ｍｉ－ａｕｌｉｏｍａｔｉｃ邋ｏｎｉｏｎ逡逑ｔｒａ打ｓｐｌａ打ｔｉ打ｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逦ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑不同于欧美发达国家多行联合式移栽机械

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