油菜钵苗移栽机苗床整理及配套装置设计与试验

摘要

油菜广泛应用于食用油业、风景旅游业和工业材料业。长江中下游作为我国冬油菜主要产区，主要为一年两熟或一年三熟种植模式，茬口矛盾紧，机械化移栽是油菜主要种植方式之一。针对长江中下游土壤粘重，苗钵没有平整苗床带底层、直立度无法保证，取苗、育苗技术与移栽设备难以匹配的问题，本课题结合国内外移栽技术及土壤耕作机械，特别是移栽机钵苗苗床整理相关装置，开展立式旋耕刀片和开沟、覆土装置结合设计和气动取苗装置工作参数优选的研究。根据理论基础设计立式刀片几何尺寸，采用ADAMS、MATLAB等仿真软件优化刀片结构参数、开沟覆土装置工作参数相结合的方法，进行沟型仿真分析，为移栽机栽植装置开出合理沟型，以降低栽植器作业时的冲击载荷并保证钵苗栽植直立度。设计试制一套移栽机样机，包括气动取苗、苗床整理装置、覆土装置和其他辅助系统。本课题为油菜钵苗移栽机苗床整理及配套装置设计研究提供一定的参考依据，对油菜钵苗移栽机的开发具有指导意义。主要研究内容及结果如下:
　　(1)开展了苗床整理装置旋耕性能分析、旋耕刀片切土抛土模型研究、各类型辅助开沟装置开沟方式对比，结合苗钵几何尺寸，提出了以动力驱动耙立式旋耕装置进行旋耕开沟作业、船形铲式开沟犁辅助开沟相结合的油菜钵苗苗床整理方式，确定其工作原理和工作过程，试制了对应的苗床整理装置。结合气动取苗装置，设计了与其配套的油菜钵苗移栽机架，分析确定了立式旋耕刀片主要结构与工作参数。分析得出，基于等速螺旋曲线设计刀片正切刃，曲线方程为R=2.10*θ，在其θ∈(90°，135°)处设计正切刃，刀片整体长度为200mm，弯折角取90°，刀片间距为140mm。
　　(2)采用ADAMS对刀片进行运动学仿真，描绘刀片刃口轨迹，获取轨迹坐标参数，导入MATLAB对参数进行拟合的方式，得到刀片所开沟型沟壁轮廓，结合油菜苗钵几何尺寸，确定船形铲式开沟犁上边宽140mm，下边宽80mm，高120mm，后侧板长度为100mm;同时开展了立式旋耕刀片、船形铲式开沟犁组合的系列田间试验及其田间沟型断面的测量，应用MATLAB进行的曲面拟合表明，苗床整理装置满足油菜钵苗移栽苗床的要求。
　　(3)根据气动取苗装置取苗要求，对取苗过程的取苗、送苗、脱苗三个阶段开展了力学分析，得到了取苗装置能有效实施取苗功能的理论依据。并分析得出影响取苗成功率的主要因素为取苗针与苗钵基质间摩擦力f、苗钵脱落高度L、苗钵与苗钵间摩擦力fb、苗钵与放苗盘间摩擦力fp、气缸伸缩速度v。
　　(4)根据影响气动取苗装置取苗成功率的因素，进行了苗钵摩擦因素、取苗针-苗钵基质间摩擦力、苗钵基质跌落破损率及优选参数组合台架试验。试验得出，当取苗针与苗钵基质间摩擦力不小于3.67N时取苗装置可有效实施取苗功能;在苗钵平均含水率为35.6％条件下，取苗针材质为不锈钢，直径4mm,插入苗钵基质深度20mm，苗钵脱落高度取340mm作为优选参数组合;台架试验表明，将优选参数组合作为工作参数，取苗频率为20株/min时，取苗成功率达92％。
　　(5)整合苗床整理装置、气动取苗装置、机械传动系统和电子控制系统，研制了移栽机样机，并开展了移栽机田间试验，试验结果表明:取苗成功率为90％，苗钵栽植深度合格率为78.75％，平均直立度为70.71％。

目录

声明

摘要

1．1．1 研究问题由来

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外旱地移栽机械研究现状

1．3 国内外典型移栽机及苗床整理方式

1．3．1 钳夹式移栽机及其苗床整理

1．3．2 吊篮式移栽机及其苗床整理

1．3．3 挠性圆盘式移栽机及其苗床整理

1．3．4 导苗管式移栽机及其苗床整理

1．3．5 鸭嘴式移栽机及其苗床整理

1．4 国内外钵苗取苗装置研究

1．4．1 机械式取苗装置

1．4．2 气力式取苗装置

1．5 研究目标、内容及技术路线

1．5．1 研究目标与内容

1．5．2 技术路线

第二章 油菜钵苗移栽机苗床整理装置工作原理及结构设计

2．1 苗钵选型及油菜幼苗培育

2．2 油菜适栽期土壤特征

2．3 油菜钵苗移栽机结构分析

2．3．1 旋耕机性能分析

2．3．2 开沟土壤工作部件分析

2．4 立式旋耕刀片结构与参数设计

2．4．1 等速螺旋曲线

2．4．2 旋耕刀片抛土原理分析

2．4．3 立式旋耕刀片设计原理

2．4．4 立式旋耕刀片参数确定

2．4．5 立式旋耕刀片设计

2．5 本章小结

第三章 船形铲式开沟犁结构设计与沟型模拟

3．1 立式旋耕刀片田间试验

3．1．1 1BQ-2．0 动力驱动耙性能参数

3．1．2 立式旋耕刀片田间试验

3．2 船形铲式开沟犁设计

3．2．1 旋耕带沟型模拟

3．2．2 船形铲式开沟犁设计

3．3 苗床带沟型模拟

3．3．1 船形铲式开沟犁田间试验

3．3．2 苗床带沟型测量与模拟

3．4 覆土装置设计

3．5 本章小结

第四章 取苗装置末端执行器结构设计与参数优选试验

4．1 取苗末端执行器结构设计

4．1．1 取苗方式

4．1．2 末端执行器结构设计

4．1．3 末端执行器参数设计

4．2 取苗装置取苗过程与动力学分析

4．2．1 取苗装置

4．2．2 取苗阶段力学分析

4．2．3 送苗阶段动力学分析

4．2．4 脱苗阶段动力学分析

4．3 苗钵摩擦系数测试

4．4 取苗针与苗钵基质间摩擦力试验

4．4．1 材料与方法

4．4．2 结果与分析

4．5 苗钵自由落体碰撞试验

4．6 优选参数组合台架验证试验

4．7 本章小结

第五章 油菜钵苗移栽机试制与田间试验

5．1 油菜钵苗移栽机试制

5．2 油菜钵苗移栽机田问试验

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录