穴盘苗全自动移栽机往复移动苗杯式分苗机构的设计

摘要

据统计，我国种植业超过一半的蔬菜品种都是通过钵苗移栽的方式进行栽种的。国内针对半自动和全自动移栽机的研究主要集中在取苗机构和栽植器部分，蔬菜移栽机的分苗装置却普遍采用旋转托杯（苗杯）的方案，这种方案的机械结构、动力传动系统复杂、传动力矩大。分苗装置是整个移栽机中承上启下的十分关键的装置，分苗装置的结构直接决定了取苗速度和栽植速度。因此研制一种结构简单、反应迅速、驱动容易的往复移动苗杯（托杯）式分苗装置具有重要的研究意义及十分广阔的市场应用前景。
　　本文主要研究工作分为以下几个部分：
　　首先，根据蔬菜移栽的作业参数、农艺要求与我国钵苗蔬菜移栽机的研究现状，设计出一种直线往复式的分苗装置方案。对分苗装置整机的设计要求进行分析，并且对分苗的具体路径进行策略规划；针对分苗装置的控制系统要求进行分析，并且根据分苗路径设计控制部分的软硬件方案。
　　其次，确定了基于齿轮齿条传动的在直线导轨上往复移动的分苗动作设计方案。根据此理念设计主要零部件的机械结构，对其中移苗装置、落苗装置、苗杯三大部分进行详细的设计优化；对移苗装置中的步进电机，落苗装置中的气缸进行选型计算。
　　然后，完成了分苗装置三维虚拟样机设计及性能仿真。运用Solid Works三维软件，对分苗装置进行了自顶而下的三维设计，并对该装置的各个零部件进行了详细的设计与尺寸优化；在对三维模型进行了简化之后，导入到ADAMS仿真软件中；运用该软件对直线传动装置进行了虚拟建模与动力学运动学仿真，进一步分析了该装置齿轮的动态特性。
　　接着，设计移动苗杯式控制系统。该系统由可编程控制器PLC、定位传感器、气缸、步进电机组成该系统的硬件部分，并要实现定点接苗、定点落苗、快速分苗的功能；软件部分利用信捷公司的XCPPro软件进行程序编写；设计了触控屏，可以方便在人机交互界面进行参数更改，简化试验步骤；设计了控制的具体流程图，并且对控制步骤进行了优化达到减少指令的目的。
　　最后，对研制好的分苗装置分别进行了直线传动装置的定位精度试验和分苗装置的分苗成功率试验。通过实验发现：直线传动装置的定位精度随着分苗速度的提高而逐渐下降，特别在电机脉冲频率超过20000Hz时，电机会产生失步，精度下降很快。通过给电机设定不同的脉冲频率优化之后，产生的误差数值范围保持在0.2mm~0.8mm之间，满足了分苗定位要求；对分苗装置进行了分苗试验，分苗合格率随着分苗速度的增加而逐渐下降，180个工作循环/min分苗的成功率为91.11%。这说明分苗装置机械零部件的结构能够满足分苗动作要求，控制系统的优化能够使定位精度达到要求，最终达到自动化分苗的目的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究来源、背景及意义

1.2 国内外研究现状及趋势

1.3 现阶段分苗装置存在的问题

1.4 研究目标、内容与技术路线

第二章 整机方案设计与分苗策略规划

2.1分苗装置总体设计要求

2.2分苗装置分苗路线设计

2.2控制要求分析

2.3 控制系统动力及方案设计

2.3 本章小结

第三章分苗装置具体模块设计

3.1结构设计要求

3.2分苗装置整机结构及工作原理

3.2移苗部分的设计

3.3落苗装置

3.4 苗杯设计

3.5 本章小结

第四章 分苗装置关键部件仿真分析

4.1 齿轮齿条传动分析

4.2 直线传动装置的虚拟建模

4.3 基于ADAMS的齿轮齿条动力学仿真

4.4 本章小结

第五章 控制系统设计

5.1 分苗装置运行特性及控制要求分析

5.2 分苗装置控制硬件选型

5.3 分苗装置控制流程及程序编写

5.4 本章小结

第六章 分苗装置试验研究

6.1 直线传动装置定位误差试验

6.2 分苗成功率试验

6.3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

已发表的论文及参加研究课题

附录