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《石河子大学》 2019年
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穴盘苗移栽机末端执行器机构设计及控制系统研究

申团辉  
【摘要】:新疆地区番茄穴盘苗的移栽主要是以人工移栽为主,在机械化移栽方面,使用的主要是半自动移栽机,半自动移栽机的取苗和投苗仍然完全依靠人工来完成,生产效率低,劳动强度大,直接限制了番茄育苗移栽技术的田间推广与应用,所以研制全自动移栽机是当前亟待解决的问题。而全自动移栽机末端执行器是直接接触目标作物的设备,因此开发作业效率高、性能稳定的末端执行器对于提高全自动移栽机的移栽成活率及移栽效率具有非常重要的意义,本课题在充分研究分析国内外现有自动移栽机末端执行器技术的基础上,针对市场上穴盘苗自动移栽机末端执行器取苗损伤率高、作业效率低和对不同规格穴盘取苗适应性差的问题,本课题主要进行以下几方面的研究:(1)本文以新疆加工番茄为研究对象,对穴盘苗基质压缩特性进行分析,得出压缩变化量与抗压力在恒定压缩速度1mm/s下的关系曲线。模拟真实夹持情况,进行了不同压缩速度下穴盘苗基质压缩特性试验,得出了不同压缩速度下压缩变化量与抗压力之间关系曲线变化规律。对取苗过程中穴盘苗基质所受相关力学进行分析,并通过建立取苗夹片夹持作用模型对取苗过程分析,得出低损取苗条件下的取苗尺寸参数所满足要求。通过建立穴盘苗基质夹取数学模型,分析得出了取苗成功率及取苗效果主要和夹持手指倾角α、夹持角度变化量Δα、取苗夹片与基质摩擦因数μ、取苗夹片夹持面积A_J四因素有关,可为后续末端执行器机构设计提供参考依据。(2)针对研究夹持角度变化量、穴盘苗基质含水率、穴盘苗基质配比三因素对穴盘苗基质的抗压强度影响大小,通过正交试验设计得出:各因素对穴盘苗基质抗压能力的的敏感性为穴盘苗基质配比夹持角度变化量含水率,为提高穴盘苗基质抗压性能,较优的选择方案是穴盘苗基质配比(泥炭∶砾石∶珍珠岩)为3∶1∶1、穴盘苗基质夹持角度变化量为(2~3)°、含水率为65%。(3)基于穴盘苗基质力学损伤特性及夹持特性,结合新疆穴盘苗的移栽特点和农艺要求,确定采用气动入穴—电动夹取的双夹片式取苗方式,根据偏心摇杆滑块机构原理设计一种简单可靠的取苗末端执行器,并采用ADAMS虚拟样机软件对末端执行器机构参数优化设计,确定出末端执行器结构参数和取苗参数,使其能够适应多种规格穴盘取苗,且满足相关农机与农艺要求。(4)在对末端执行器参数优化结果基础上,运用UG NX6.0软件建立末端执行器三维实体模型、干涉检验及装配,并分别建立气缸收缩和伸出状态下的夹持机构虚拟样机模型,经adams运动学仿真分析及计算得出取苗参数:入穴深度Q_1=38 mm,Q_2=36mm,Δα=2.5°,夹持手指角度调节阶段丝杠需由安装位置下降距离为3.73mm,夹紧阶段丝杠螺母由安装位置下降距离为14.83mm,速度范围为12~14mm/s;并对夹持机构部件部件选型,关键机构加工制造,进一步完成末端执行器机械系统试验平台搭建工作。(5)根据末端执行器总体方案设计的分析考虑,为了满足末端执行器取苗作业时最大限度降低钵体损伤,提高移栽成活率,对控制系统方案的设计进行控制需求分析,进一步详细阐述了末端执行器取苗作业时的控制流程,并针对控制需求提出了相应的解决方案,然后针对末端执行器取苗控制和入穴控制问题,对控制硬件进行了选型,以及完成了气动系统设计。(6)在控制系统设计部分,主要对末端执行器控制方案进行设计,控制硬件的选型,绘制末端执行器硬件电气原理图,以及运用三菱GX Works2程序设计软件编制控制程序,为后续进一步研究做铺垫。
【学位授予单位】:石河子大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP273;S223.9

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