果树苗木栽植机功能结构设计

摘要

果树苗木移栽是苗木培育过程中重要农艺环节，目前采用的方法是利用人工或开沟机进行开沟，然后人工按株距要求逐棵定植，劳动强度大，投入成本高，株距、行距的变异系数较大，不便于苗木后续机械化管理。本文基于苹果苗木培育移栽定植苗木的实际需求，对苗木栽植机悬挂、开沟、扶苗、覆土、镇压等功能的结构进行设计、分析和和优化，并进行样机试制和田间试验，验证试制样机是否满足农艺设计要求。论文主要研究内容如下:
　　调研了河北地区苹果苗木培育农艺过程和基本模式，结合苗木移栽农艺需求和人工栽植模式存在的问题，明确了果树苗木栽植机功能结构组成，确定了果树苗木栽植机整机设计方案。根据整机设计方案，采用二维参数化草图和三维特征模型关联设计方法进行机架布局，主要分为第1级悬挂机架和第2级底盘机架，根据栽植机在作业工况时的受力载荷等边界条件，利用有限元方法对机架结构进行了结构分析、模态分析和参数改进，确保栽植机的整机机架结构满足栽植作业时刚度要求。建立了栽植机的核心部件开沟装置三维特征模型，初步确定了开沟宽度与深度、开沟板工作隙角、扶苗器长度等基本参数，通过有限元方法对开沟装置开沟板、挡土板强度进行计算分析，确定了合理的支撑结构和板材厚度尺寸。针对覆土镇压轮系单体功能结构进行了理论计算和静力学分析，确定了覆土轮、镇压轮的轮径、轮宽和与土壤的接触角度参数，设计了调节装置满足不同压实度需求。针对土壤回流环节未回流部分对比设计和分析了覆土盘和回土搅龙两种装置方案，通过分析比较发现，搅龙装置可实现较好的回土效果，且有效防止行间壅土，而覆土盘由于土壤压实度高较难实现覆土功能，最终确定样机采用搅龙回土装置。
　　基于果树苗木移栽农艺要求，完成苗木栽植机功能结构设计与参数确认，完成了栽植机整机三维数字样机模型，对整机进行干涉检测，确保没有装配干涉。基于三维模型关联生成二维图纸指导样机试制。果树苗木栽植机进行田间试验和数据统计分析，得到开沟深度稳定性系数Um=95.9％;倒伏率T=0.67％;伤苗率W=0.44％;栽植深度合格率=98.88％;栽植合格率=98.22％;株距变异系数=20％;行距变异系数=8％。结果表明果树苗木栽植机开沟深度稳定，通过性良好，倒伏率、伤苗率和行距变异系数均满足农艺要求，且明显优于人工栽植，提高了栽植效率。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题主要内容及研究方法

1．4．2 研究方法

1．5 本章小结

2．1 需求分析

2．2 果树苗木概述

2．2．1 苗木质量

2．2．2 苗木规格

2．2．3 苹果苗木

2．3．2 果树苗木栽植机的性能要求

2．3．3 配套动力计算

2．4 果树苗木栽植机总体设计方案

2．4．1 栽植机机构组成和工作原理

2．4．2 栽植机的主要设计参数

2．5 本章小结

3．1 悬挂参数设计

3．1．1 后悬挂农具质量计算

3．1．2 悬挂装置参数设计

3．2 机架设计

3．2．1 机架结构设计

3．2．2 机架模型设计

3．3 机架静态分析

3．3．2 设置材料属性

3．3．3 施加约束和载荷

3．3．4 设置网格

3．3．5 分析与结果

3．3．6 机架改进

3．4 机架模态分析

3．5 本章小结

4 开沟装置模型建立与参数设计

4．1 开沟装置模型建立与工作原理

4．2 开沟装置参数设计

4．2．1 开沟宽度及深度

4．2．2 开沟板工作隙角

4．2．3 扶苗器长度

4．3 开沟装置的有限元分析

4．3．1 设置材料属性

4．3．2 施加载荷和约束

4．3．3 网格划分

4．3．4 运算结果与分析

4．4 结构定型

4．5 文章小结

5 覆土镇压轮系组合设计

5．1 覆土镇压轮系单体功能结构与组合原理

5．2 覆土轮参数设计

5．2．1 锥形角

5．2．2 覆土轮宽度

5．2．3 覆土轮直径D

5．3 镇压轮参数设计

5．3．1 镇压轮宽度

5．3．2 镇压轮直径D

5．4 搅龙装置与覆土盘的选用

5．4．1 搅龙装置分析

5．4．2 覆土盘分析

5．4．3 对比分析

5．4．3 搅龙转速参数仿真分析

5．5 文章小结

6．1 数字样机干涉检查

6．2 图纸与技术文件归档

6．3 样机试制

6．4 田间试验与分析

6．4．1 试验条件

6．4．2 试验苗木

6．4．3 样机改进

6．4．4 试验数据分析

6．5 文章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢