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《黑龙江八一农垦大学》 2017年
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玉米钵育移栽机钵苗自动切分装置的结构设计与试验研究

宋玉洁  
【摘要】:玉米钵育移栽技术能够增加积温,对于延长玉米生长期、提高单产、改善质量至关重要。纸钵盘透气透水性良好且材料可降解,利用纸钵培育秧苗进行移栽时,苗钵无需分离,更有利于降低秧苗损伤率。分析国内外移栽机发展现状可知,全自动移栽机和半自动移栽机最主要的差别在于取苗和送苗方式的不同以及装置的自动化程度存在差异,全自动移栽机取苗、送苗机构的性能对移栽效果和移栽后秧苗的成活率有十分重要的影响。本文基于导苗筒式移栽机的结构特点,结合纸钵苗育苗农艺和移栽要求,设计一种自动切分苗装置,以达到提高分苗效率、降低秧苗损伤,降低劳动强度的目的。首先,以弯曲、正切、滑切三种破坏方式对纸钵苗力学特性进行研究,分析三种破坏试验力随着位移的变化规律,以此来确定最佳的钵盘破坏方式及所需力的大小。试验结果表明:滑切为最佳的切割方式,所需切割力最小且切割后钵盘完整度最高。其次,提出自动切分苗装置设计目标,建立自动切分苗装置的三维模型,对装置进行干涉性检验及运动学仿真分析,并对关键部件切割刀进行有限元分析。结果表明:机构不存在干涉现象;对刀刃施加50N或100N的力时,变形量分别为0.00266mm和0.00399mm,变形微小,证明自动切分苗装置的设计合理。对PLC、步进电机、气缸和传感器等进行设计与分析,编写PLC控制程序,由气缸带动切割刀往复直线运动来切割钵苗,由步进电机驱动输送链间歇运送钵苗,以此来实现对自动切分苗装置的协调控制。最后,根据三维设计模型搭建自动切分苗装置试验台,对装置的参数进行试验研究。通过单因素和正交试验设计,来确定影响因素范围、因素对分苗成功率的影响顺序以及优化参数组合,采用SPSS和MATLAB进行数据分析。试验结果表明:刀刃弧度55°,送苗频率90株/min,切割速度0.625m/s是一组较优的机构参数,此时分苗成功率为84.2%,钵苗完整度高,分苗效果良好。综上所述,本文通过对纸钵苗力学特性研究获得滑切所需切割力极值范围为30N-40N,在此基础上设计了由PLC协调控制的自动切分苗装置,并通过试验得出了优化参数组合。本文设计的自动切分苗装置对于提高玉米钵育移栽机的自动化程度,减少劳动力的消耗,降低秧苗损伤率有重要意义,为全自动玉米移栽机的发展奠定基础。
【关键词】:玉米移栽机 纸钵苗 自动切分苗 切割刀 PLC
【学位授予单位】:黑龙江八一农垦大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S223.9
【目录】:
  • 摘要10-11
  • Abstract11-13
  • 1 绪论13-31
  • 1.1 研究背景意义13-14
  • 1.2 国内外研究现状14-25
  • 1.2.1 国内外移栽机现状14-20
  • 1.2.2 国内外取苗机构研究现状20-25
  • 1.2.3 育苗容器现状25
  • 1.3 相关研究中存在的问题及发展趋势25-26
  • 1.4 本文研究目的、主要内容及技术路线26-31
  • 1.4.1 研究目的26
  • 1.4.2 研究内容26-27
  • 1.4.3 研究方法27-28
  • 1.4.4 技术路线28-31
  • 2 玉米钵盘力学特性试验研究31-45
  • 2.1 育苗农艺及移栽要求31-32
  • 2.2 试验目的32
  • 2.3 试验对象及力学特性分析32-37
  • 2.3.1 试验对象与设备32-34
  • 2.3.2 评价指标34-35
  • 2.3.3 玉米钵苗力学特性分析35-36
  • 2.3.4 钵土含水率测定36-37
  • 2.4 玉米纸钵盘力学特性试验方案37-41
  • 2.4.1 玉米纸钵盘弯曲特性试验37-39
  • 2.4.2 玉米纸钵盘正切特性试验39-40
  • 2.4.3 玉米纸钵盘滑切特性试验40-41
  • 2.5 试验结果与分析41-44
  • 2.6 本章小结44-45
  • 3 自动切分苗装置的设计与分析45-67
  • 3.1 自动切分苗装置的功能要求及工作原理45-47
  • 3.1.1 自动切分苗装置的功能要求45
  • 3.1.2 自动切分苗装置的工作原理45-46
  • 3.1.3 自动切分苗装置动作时序配合46-47
  • 3.2 切割机构理论分析47-51
  • 3.2.1 切割刀的结构及刃口曲线设计47-49
  • 3.2.2 切割速度的数值求解49-50
  • 3.2.3 气缸的选型及参数计算50-51
  • 3.3 输送机构设计51-56
  • 3.3.1 输送链选择51-52
  • 3.3.2 步进电机选型及参数分析52-56
  • 3.3.3 输送机构的结构56
  • 3.4 虚拟样机建模与分析56-60
  • 3.4.1 虚拟样机技术及软件平台56-57
  • 3.4.2 建立装配体57
  • 3.4.3 关键部件的仿真分析57-60
  • 3.5 PLC控制系统设计与分析60-66
  • 3.5.1 PLC控制系统的设计和原理61-62
  • 3.5.2 PLC控制系统的软、硬件设计62-64
  • 3.5.3 传感器布局设计与选型64-66
  • 3.6 本章小结66-67
  • 4 自动切分苗装置参数试验研究67-87
  • 4.1 试验台搭建与调试67-71
  • 4.1.1 试验台搭建67
  • 4.1.2 试验台调试67-71
  • 4.2 试验材料及设备71
  • 4.3 试验目标及评价指标71-72
  • 4.4 分苗试验方案72-83
  • 4.4.1 单因素试验72-75
  • 4.4.2 二次回归旋转正交试验75-82
  • 4.4.3 MATLAB参数优化82-83
  • 4.5 试验验证83-85
  • 4.5.1 单因素验证83-84
  • 4.5.2 优化参数组合试验验证84-85
  • 4.6 本章小结85-87
  • 5 结论与展望87-89
  • 5.1 结论87
  • 5.2 创新点87
  • 5.3 展望87-89
  • 参考文献89-95
  • 致谢95-97
  • 个人简历97-99
  • 附录99-102

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