油菜钵苗移栽机关键部件设计与试验

发布时间：2019-10-02 05:41

【摘要】：油菜既是油料作物,也是饲用作物,能源作物,蜜源作物和景观作物,综合经济效益高。中国90%以上油菜种植集中于长江流域冬油菜区,属于两熟或三熟制水旱轮作,茬口矛盾突出。育苗移栽可缓解茬口,弥补作物生长期不足,节约种子成本,增产增收。油菜机械化移栽可降低劳动强度,提高移栽效率。本研究开展了油菜钵苗移栽机栽植机构改进设计与参数匹配分析,并提出一种与栽植机构配套使用的油菜钵苗移栽机插入式气动取苗机构。研究内容如下:1)开展了适栽期油菜钵苗高度与栽植轨迹高度的匹配研究。适栽期不同油菜品种的钵苗高度在同一时期存在显著性差异,但各品种在各时期的钵苗高度近似正态分布,集中在160mm~210mm范围内。确定了油菜钵苗移栽机栽植轨迹高度h为230mm,能满足长江流域常用油菜品种钵苗移栽的要求,对各油菜品种有较好的适应性。2)设计了一种油菜钵苗移栽机,以栽植机构和取苗机构为关键部件分析确定了油菜钵苗移栽机的结构组成、工作原理和工作过程,分析了满足钵苗移栽的整机结构参数与性能参数。3)建立了基于ADAMS的栽植机构参数化模型,开展了栽植机构结构参数和作业参数的匹配分析,并结合高速摄像技术验证了理论栽植轨迹与实际轨迹的一致性。研究表明,栽植臂DG长度为300mm,从动栽植臂CH长度为305mm,分别缩短了23.3%和25.6%,连杆GH长度为95mm。当机组前进速度为0.3m/s,栽植频率为60株/min和栽植深度为80mm时,栽植轨迹入土出土偏差λ为1.3mm,竖直方向宽度w为10mm,栽植阶段鸭嘴栽植器偏角范围为-9.8°~14.5°,接苗阶段所占周期百分比为11.7%,栽植轨迹高度为225mm,满足油菜钵苗机械化移栽的要求。栽植机构连杆GH长度对栽植过程有较大影响,鸭嘴栽植器姿态与机组前进速度和栽植频率无关。作业参数匹配分析表明当f/ν为200的匹配组合时,栽植轨迹最优,且随机组前进速度增加,满足栽植性能的栽植频率范围呈正线性关系随之增大。改变机组前进速度和栽植频率,栽植机构可适应240mm~375mm的栽植株距。4)基于气力驱动原理提出了一种插入式气动取苗机构。比较分析了输送带式、苗杯式和气动式三种取苗机构,确定了插入式气动取苗机构的设计方案并开展了结构设计,完成了该取苗机构的驱动系统设计。通过单片机控制二位五通换向电磁阀开合时间驱动各气缸动作,实现取苗功能。取苗机构单个气动系统总耗气量为1.378T-1(L/min),6行气动系统总耗气量为3.708T-1(L/min),为空气压缩机选型提供了理论参考。5)建立了插入式气动取苗机构运动学模型及ADAMS参数化模型,分析了取苗机构主要结构参数对取苗轨迹的影响,并利用高速摄像技术提取实际取苗轨迹验证了理论分析的正确性。分析得出油菜钵苗移栽机插入式气动取苗机构主要结构参数最优组合为:摇杆AD长度为220mm,支撑臂AC长度为170mm,旋转臂DE长度为160mm,气缸Ⅰ初始长度OE为413mm。该参数组合下,取苗阶段取苗轨迹高度为130mm,当取苗轨迹高度为80mm时,取苗阶段轨迹直线度偏差小于2mm,取苗针偏角变化小于4°;投苗阶段取苗针偏角小于1°,满足油菜钵苗移栽机取苗投苗要求。6)开展了油菜钵苗移栽机栽植机构田间掘穴试验以及插入式气动取苗机构取苗试验。最优参数组合下栽植机构田间试验表明,穴深合格率为90.7%,变异系数为7.1%;穴口长度合格率为84%,变异系数为6.6%;株距合格率为100%,变异系数为15.7%,满足油菜钵苗机械化移栽要求。取苗机构台架试验表明,取苗成功率达93.0%,投苗成功率达89.5%,验证了该取苗机构设计的可行性。
【图文】：

移栽机,钳夹,株距,栽植深度

钳夹式移栽机

移栽机,吊篮式

吊篮式移栽机由人工放苗，通过偏心圆盘带动栽植器运动完成移栽作业，其结构如图1-2所示。该移栽机适合膜上打孔，伤苗率低，但作业效率不高[32]。相关机型有2ZL-2型联合栽植机等[33,34]。挠性圆盘式移栽机由人工放苗，输送带送苗，当栽植器到达相应位置时，秧苗落入沟中完成移栽，其结构如图1-3所示。该移栽机不受秧苗数量限制，株距适应性较好，但机具耐用性较差。相关机型有2ZT-2型甜菜移栽机等[35,36]。导苗管式移栽机由喂苗机构间歇向导苗管投苗，秧苗随导苗管进入苗沟中，并覆土完成移栽，其结构如图 1-4 所示。该移栽机伤苗率低
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S223.9

【参考文献】