烟田智能打顶机的研制与试验

发布时间：2017-08-03 09:40

  本文关键词：烟田智能打顶机的研制与试验

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【摘要】：烟草作为我国重要的经济作物,每年为我国带来巨大的财政收入。近年来,我国研制了众多田间管理机械,但是仍处于较低的水平,大部分作业功能单一,普及率低,不利于现代烟草农业的发展。其中,打顶机械化发展更为落后。打顶后需抑制腋芽的生长,防止腋芽生长消耗过多的养分,通过打顶和抑芽能够大大提高烟叶产量和质量。为实现烟草行业快速发展,急需研究烟草打顶抑芽的机械化、智能化和自动化技术。为了摆脱长期以来“一刀切”的打顶状况,设计了一种能够同时进行打顶、消毒、抑芽作业的智能烟草打顶机,该打顶机结构组成有动力系统、烟草高度识别系统、升降系统、抑芽剂喷施系统、打顶装置、刀片消毒装置、烟芽输送收集装置等。本文对打顶机的整机和各零部件进行了设计研究,并对关键部件进行了有限元分析,开展的研究工作内容如下：(1)整机结构和动力系统设计通过研究国内外烟草打顶机的现状,结合设计要求和实际烟草生产状况,确定了整机结构和动力系统。最终确定了高地隙通用底盘和蓄电池为整机提供动力。(2)烟草高度识别系统和升降系统设计烟草高度识别系统完成自动识别烟草的高度,从而控制打顶装置自动升降实现智能打顶。摄像头对每株烟草摄像并将得到的信息传给上位机,上位机开始处理信息然后计算出割刀提升或下降的高度,控制步进电机的电机轴的转向和转动角度,调节打顶装置的高度,找到合适的打顶位置。设计了卷轴升降装置,采用了直线滚珠导轨滑块机构升降方式,对卷轴进行了有限元分析并对其进行了结构优化设计。(3)打顶装置和刀片消毒装置设计对比了几种打顶方式的特点,最终采用了垂直旋转切割的方式,刀片切削的切线方向与作业机前进方向相同。根据计算得到的转速,选择了55ZYT51A3PX6行星减速直流电机。刀片消毒装置由消毒液药箱、阀门、管道、消毒机构等组成。其中,消毒机构安装在割刀体的上方,刀片旋转时能刮擦到消毒机构中浸有消毒液的毛刷,实现刀片消毒,防止传播烟草病毒。(4)抑芽剂喷施系统和烟芽输送收集装置设计抑芽剂喷施装置安装在割刀体的后方,当喷嘴恰好位于打顶后的茎秆正上方时,电磁阀开启控制喷嘴喷施抑芽剂,完成抑芽作业。切掉的烟芽由收集箱收集。(5)样机加工和性能试验根据理论分析和优化后的设计方案,绘制样机的二维图并加工样机,根据实际条件完成样机的性能试验。
【关键词】：烟草 智能 打顶 抑芽 有限元分析
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S224.9
【目录】：

• 中文摘要7-9
• Abstract9-11
• 1 引言11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外烟草打顶机械研究现状及发展趋势12-15
• 1.2.1 国内研究现状12-14
• 1.2.2 国外研究现状14-15
• 1.3 发展烟草打顶机械化作业的对策15-16
• 1.4 课题来源及主要研究内容16
• 1.4.1 课题来源16
• 1.4.2 课题研究的内容16
• 1.5 技术路线16-18
• 2 烟田智能打顶机整体设计方案的确定18-24
• 2.1 整机总体结构18-19
• 2.2 高地隙通用底盘简介19-20
• 2.3 设计原则20-21
• 2.4 工作流程21-22
• 2.5 主要的工作性能参数22-24
• 3 各组成系统中零部件的设计与选型24-56
• 3.1 烟草高度识别系统的设计与选型24-31
• 3.1.1 烟草高度识别系统工作流程24-25
• 3.1.2 烟草高度识别装置的设计25-27
• 3.1.3 单片机的选型27-29
• 3.1.4 行程开关的选型29-30
• 3.1.5 摄像头的选型30-31
• 3.2 打顶装置的设计与选型31-41
• 3.2.1 切割方式的选择31-32
• 3.2.2 打顶装置方案的确定32-35
• 3.2.2.1 打顶装置初始方案32-33
• 3.2.2.2 打顶装置改进方案33-35
• 3.2.3 割刀体的设计35-37
• 3.2.4 割刀切割转速计算37-38
• 3.2.5 割刀直流电机的选型38-39
• 3.2.6 收集罩的设计39
• 3.2.7 传动轴的设计39-40
• 3.2.8 扶禾器的设计40-41
• 3.3 升降系统的设计与选型41-45
• 3.3.1 卷轴升降装置的设计与选型41-45
• 3.3.1.1 步进电机及驱动器的选型42-44
• 3.3.1.2 卷轴的设计44-45
• 3.3.2 配重装置的设计45
• 3.4 刀片消毒装置的设计45-49
• 3.4.1 消毒机构的设计46-47
• 3.4.2 消毒药箱的设计与流速试验47-49
• 3.5 抑芽剂喷施系统的设计与选型49-53
• 3.5.1 电磁阀及继电器49-51
• 3.5.1.1 电磁阀简介49
• 3.5.1.2 电磁阀及继电器的选型49-51
• 3.5.2 喷嘴的选型51-53
• 3.6 烟芽输送收集装置的设计53
• 3.7 烟田智能打顶机的动力选择53-56
• 3.7.1 动力系统的确定54
• 3.7.2 蓄电池的选型54-56
• 4 关键部件的有限元分析56-59
• 4.1 ANSYS简介56
• 4.2 有限元分析56-59
• 4.2.1 实体建模与网格划分56-57
• 4.2.2 运算结果分析57-59
• 5 样机的试制与试验59-62
• 5.1 样机的试制59
• 5.2 割刀转速试验59-62
• 6 结论与展望62-63
• 6.1 结论62
• 6.2 创新点62
• 6.3 不足与展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 研究生期间发表论文及专利情况68-69
• 附录Ⅰ 烟田智能打顶机下料明细表69-71
• 附录Ⅱ 烟田智能打顶机明细表71-74
• 附录Ⅲ 控制系统软件主界面及程序74-81

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本文编号：613706