弹齿式地膜集条装置的设计与试验分析
这是一篇关于设计,试验,秸秆粉碎,地膜,集条的论文, 主要内容为地膜覆盖栽培技术在农业上的推广应用,在很大程度上改善了农作物的种植、生长环境,大大提高了作物的产量,尤其是在我国广大的干旱地区,为农民带来了巨大的经济效益。但是,随着地膜的使用越来越广,用量越来越大,地膜残留问题已经成为影响农业发展的突出矛盾。新疆是我国主要的农业产区之一,是世界最大的棉花种植区,棉田地膜残留直接影响着新疆农业的可持续发展。为解决残膜污染问题,我国农业工作者做出了大量的努力,研发了许多残膜回收机具,然而,现有的残膜回收机具大多存在适应性差、工作效率低、回收的地膜含杂率高、结构复杂等问题。针对上述实际情况,本文提出了先将地膜集条再捡拾回收的分步作业思路,设计了一种用于秋后的秸秆粉碎与地膜集条联合作业机,主要由悬挂装置、动力传递系统、秸秆粉碎装置、压膜装置、秸秆输送装置、地膜集条装置、脱模装置等部件组成,一次作业可以实现棉花秸秆粉碎还田与地膜集条。该机采用抛送式秸秆粉碎装置,将粉碎的秸秆后抛至集条后的地面上,可以有效的实现膜秸秆分离;为了解决地膜被秸秆粉碎装置吸附粉碎的问题,设计了压膜装置,可以有效的防止地膜被吸附;地膜集条装置采用随地仿形的方式作业,能够好的适应复杂多变的地形。在机具的设计、制造阶段主要完成的研究有:第一,对集条弹齿进行运动学与动力学分析,得出弹齿在集条作业时的运动规律,以及在工作过程中载荷变化情况。第二,对整机的传动系统进行了详细的设计计算,确定了液压传动,链传动的技术参数与设计参数。第三,利用Solidworks软件进行样机的三维建模与虚拟装配,初步检验机具设计的合理性,并利用ANSYS软件对样机的关键零部件进行有限元分析,求解出机架主梁与弹齿的等效应力、应变云图与总位移云图,确定其在工作受力状态下应力、应变、位移能满足材料的强度要求。样机田间试验采用“5点法”测点,试验结果表明,机具作业速度为57 km/h、刀轴转速为1880r/min、集条装置的转速在150160 r/min时,平均工作效率可达到1.15 hm2/h,平均地膜集条率可达到92.6%;平均膜秆分离率可达90.5%;平均粉碎秸秆长度合格率可达97.5%,各主要参数均满足农艺和国家标准要求。该研究可为中国主要棉区的残膜污染治理提供参考。
基于立体错位栽培的工厂化水培生菜搬运装置设计与试验
这是一篇关于立体错位栽培,水培生菜,搬运装置,设计,试验的论文, 主要内容为工厂化水培生菜生产工艺流程主要有播种、育苗、移栽、搬运、收获等环节,实现工厂化水培生菜生产全环节的机械化可大幅提高生菜生产效率。目前国内工厂化生菜生产在在播种、育苗、移栽环节均实现了一定的机械化,但在种植盘搬运至栽培架和从栽培架上取下的工作环节,大多还是依靠人工搬运。近年来,针对水培生菜单层平面栽培及垂直多层栽培模式,国内外已有相关设备的研发及使用,但对于立体错位栽培系统及配套搬运装备开发尚缺。立体错位栽培系统是一种不影响生菜光照的基础上,兼顾提高单位面积栽培株数而设计的一种生菜栽培模式,由于其栽培架不同层的栽培槽错位排列,针对垂直多层栽培开发的搬运装置不一定适用于立体错位栽培。本文以宁夏贺兰园艺产业园为背景,在玻璃温室根据立体错位栽培的结构特点提出了一种搬运方案,并以此开发了一套种植盘搬运装置。主要研究成果如下:(1)搬运装置总体方案设计。针对立体错位栽培架不同层的栽培槽错位排列特点,提出了一种新种植盘推入方式,解决了直接将栽培板推入时定植杯与栽培槽堵头干涉的问题。基于成熟叶菜种植盘的外形特征参数,模拟人工单手抓取种植盘的过程,确定了一种植盘单侧把手为抓取点的取盘方案,减少了成熟生菜在取盘过程中受到的损伤。(2)搬运装置结构设计及仿真分析。基于搬运方案开发了一种针对立体错位栽培架的生菜搬运装置并完成整体结构设计,针对上盘过程中定植杯运动稳定性从几何条件约束及受力分析两方面进行研究,确定了影响定植杯翻倒的主要因素是推进速度及夹持抓手台阶高度差,同时利用Adams软件进行推盘过程仿真,仿真结果表明推进速度≤0.5m/s、夹持抓手台阶高度差≥5mm时,定植杯不会发生翻倒。针对取盘环节末端执行器进行受力分析及ANSYS静力学仿真,验证了末端执行器的设计满足设计要求。(3)搬运装置控制系统设计。结合上盘、取盘方案及搬运装置机械结构,设计了搬运装置作业流程,基于作业路程最短原则完成了搬运作业路径规划。针对立体错位栽培槽水平竖直位置均不同的特点,建立工作坐标系,将栽培槽水平、竖直位置坐标转化为PLC向水平、竖直电机发射脉冲数,实现了水平、竖直方向的精确定位。最后本文将电机参数控制及作业参数设置整合至触摸屏中,设计了触摸屏人机交互界面,便于现场操作及后续调试。(4)搬运装置作业性能试验研究。基于Box-Behnken试验设计方法探究影响搬运装置搬运成功率的因素,运用Design.Expert12软件建立了影响因素与试验指标的回归方程,利用Optimization模块寻找最优参数组合并进行验证试验。试验结果表明:当栽培槽水平安装误差0-5mm、导向板角度60°、推进速度0.22m/s时,上盘成功率可达到99.33%。水平安装误差0-5mm、推进速度0.06m/s、传送带宽度517mm时,取盘成功率为98%。通过对上盘及取盘装置的性能试验可知,搬运装置具有稳定的作业性能,满足设施生菜立体错位栽培需求,对提升生菜类生产无人化作业水平具有很好的应用价值。
秸秆打捆机捡拾粉碎装置的设计与试验
这是一篇关于秸秆,捡拾,粉碎,装置,试验的论文, 主要内容为秸秆资源是重要的可再生能源,其具有相当可观的开发和利用价值。近些年来,一方面,畜牧业发展迅速,饲料需求量加大;另一方面,大量农作物秸秆被焚烧,导致环境污染问题严重,出现了大量的雾霾,使得人、牲畜、环境之间的矛盾加剧。因此,秸秆资源的回收和利用具有重要的社会意义和生态意义。目前,国内的打捆机多为弹齿滚筒式,其在捡拾水稻、小麦等长度较短、质地较软的秸秆时性能良好,但是在捡拾玉米、高粱等长度较长、质地较硬的作物秸秆时,传统的打捆机捡拾装置存在强度不够可靠、捆包里秸秆尺寸过、带土量大影响牲畜直接食用的问题,因此,研究和设计适合玉米等硬质作物秸秆的打捆机捡拾装置,解决秸秆尺寸大、带土量大等问题,具有重要的现实意义。本文通过对国内外打捆机及捡拾装置研究成果进行分析和总结,设计了一种集捡拾粉碎一体的秸秆打捆机捡拾粉碎装置,对捡拾粉碎装置的关键部件进行了设计,对其作业机理进行了理论分析,对捡拾粉碎装置进行了仿真分析,完成捡拾粉碎装置的田间性能试验。本研究为秸秆打捆机捡拾粉碎装置的应用提供参考。研究主要内容及结论如下:(1)对秸秆打捆机捡拾粉碎装置的整体结构及工作原理进行阐述分析,对捡拾粉碎装置进行三维实体建模,确定装置的整体结构和基本参数,对捡拾粉碎部件的材质进行了选型,对主要工作部件的结构和参数进行了设计,对捡拾粉碎装置的作业机理进行了理论分析,为捡拾粉碎装置的设计提供依据。(2)为提高秸秆捡拾粉碎打捆机的作业性能,建立锤爪不同排列方案的三维模型,将所设计的不同排列方案的三维装配体导入到ADAMS软件中进行仿真分析,选出最佳的排列方案。(3)为检查秸秆打捆机捡拾粉碎装置的可靠性,对T型定刀进行了有限元静力学分析,通过分析应力云图和位移云图,得到总的应力最大值为27.997MPa,远小于其材质65Mn的许用应力(570MPa),可靠性稳定,满足使用要求。对捡拾辊装配体进行了模态分析,得出前6阶固有频率和振型,固有频率范围为89.702409.68Hz,远大于作业时的激振频率3033.3Hz,因此机器不会因共振而损坏。(4)采用二次回归正交旋转中心组合的试验方案,对秸秆打捆机捡拾粉碎装置进行田间作业试验,分析各试验因素对指标影响规律及最优参数组合。结果表明:各因素对捡拾损失率影响的主次顺序为捡拾辊转速、离地高度、前进速度;对粉碎长度合格率影响的主次顺序为前进速度、捡拾辊转速、离地高度。(5)通过Design-Expert8.0.6软件的优化模块,对试验指标的回归模型进行优化求解,得出最优参数组合,即离地高度为160.5mm,捡拾辊转速为2182r/min,前进速度为2.5km/h,相对应的捡拾损失率为0.53%,秸秆粉碎长度合格率为98.37%。对秸秆打捆机装置粉碎装置的最优工作参数进行验证,结果表明:捡拾损失率平均值为1.21%,粉碎长度合格率平均值为97.42%,与优化结果误差不大,满足秸秆打捆机的作业性能要求。
基于立体错位栽培的工厂化水培生菜搬运装置设计与试验
这是一篇关于立体错位栽培,水培生菜,搬运装置,设计,试验的论文, 主要内容为工厂化水培生菜生产工艺流程主要有播种、育苗、移栽、搬运、收获等环节,实现工厂化水培生菜生产全环节的机械化可大幅提高生菜生产效率。目前国内工厂化生菜生产在在播种、育苗、移栽环节均实现了一定的机械化,但在种植盘搬运至栽培架和从栽培架上取下的工作环节,大多还是依靠人工搬运。近年来,针对水培生菜单层平面栽培及垂直多层栽培模式,国内外已有相关设备的研发及使用,但对于立体错位栽培系统及配套搬运装备开发尚缺。立体错位栽培系统是一种不影响生菜光照的基础上,兼顾提高单位面积栽培株数而设计的一种生菜栽培模式,由于其栽培架不同层的栽培槽错位排列,针对垂直多层栽培开发的搬运装置不一定适用于立体错位栽培。本文以宁夏贺兰园艺产业园为背景,在玻璃温室根据立体错位栽培的结构特点提出了一种搬运方案,并以此开发了一套种植盘搬运装置。主要研究成果如下:(1)搬运装置总体方案设计。针对立体错位栽培架不同层的栽培槽错位排列特点,提出了一种新种植盘推入方式,解决了直接将栽培板推入时定植杯与栽培槽堵头干涉的问题。基于成熟叶菜种植盘的外形特征参数,模拟人工单手抓取种植盘的过程,确定了一种植盘单侧把手为抓取点的取盘方案,减少了成熟生菜在取盘过程中受到的损伤。(2)搬运装置结构设计及仿真分析。基于搬运方案开发了一种针对立体错位栽培架的生菜搬运装置并完成整体结构设计,针对上盘过程中定植杯运动稳定性从几何条件约束及受力分析两方面进行研究,确定了影响定植杯翻倒的主要因素是推进速度及夹持抓手台阶高度差,同时利用Adams软件进行推盘过程仿真,仿真结果表明推进速度≤0.5m/s、夹持抓手台阶高度差≥5mm时,定植杯不会发生翻倒。针对取盘环节末端执行器进行受力分析及ANSYS静力学仿真,验证了末端执行器的设计满足设计要求。(3)搬运装置控制系统设计。结合上盘、取盘方案及搬运装置机械结构,设计了搬运装置作业流程,基于作业路程最短原则完成了搬运作业路径规划。针对立体错位栽培槽水平竖直位置均不同的特点,建立工作坐标系,将栽培槽水平、竖直位置坐标转化为PLC向水平、竖直电机发射脉冲数,实现了水平、竖直方向的精确定位。最后本文将电机参数控制及作业参数设置整合至触摸屏中,设计了触摸屏人机交互界面,便于现场操作及后续调试。(4)搬运装置作业性能试验研究。基于Box-Behnken试验设计方法探究影响搬运装置搬运成功率的因素,运用Design.Expert12软件建立了影响因素与试验指标的回归方程,利用Optimization模块寻找最优参数组合并进行验证试验。试验结果表明:当栽培槽水平安装误差0-5mm、导向板角度60°、推进速度0.22m/s时,上盘成功率可达到99.33%。水平安装误差0-5mm、推进速度0.06m/s、传送带宽度517mm时,取盘成功率为98%。通过对上盘及取盘装置的性能试验可知,搬运装置具有稳定的作业性能,满足设施生菜立体错位栽培需求,对提升生菜类生产无人化作业水平具有很好的应用价值。
弹齿式地膜集条装置的设计与试验分析
这是一篇关于设计,试验,秸秆粉碎,地膜,集条的论文, 主要内容为地膜覆盖栽培技术在农业上的推广应用,在很大程度上改善了农作物的种植、生长环境,大大提高了作物的产量,尤其是在我国广大的干旱地区,为农民带来了巨大的经济效益。但是,随着地膜的使用越来越广,用量越来越大,地膜残留问题已经成为影响农业发展的突出矛盾。新疆是我国主要的农业产区之一,是世界最大的棉花种植区,棉田地膜残留直接影响着新疆农业的可持续发展。为解决残膜污染问题,我国农业工作者做出了大量的努力,研发了许多残膜回收机具,然而,现有的残膜回收机具大多存在适应性差、工作效率低、回收的地膜含杂率高、结构复杂等问题。针对上述实际情况,本文提出了先将地膜集条再捡拾回收的分步作业思路,设计了一种用于秋后的秸秆粉碎与地膜集条联合作业机,主要由悬挂装置、动力传递系统、秸秆粉碎装置、压膜装置、秸秆输送装置、地膜集条装置、脱模装置等部件组成,一次作业可以实现棉花秸秆粉碎还田与地膜集条。该机采用抛送式秸秆粉碎装置,将粉碎的秸秆后抛至集条后的地面上,可以有效的实现膜秸秆分离;为了解决地膜被秸秆粉碎装置吸附粉碎的问题,设计了压膜装置,可以有效的防止地膜被吸附;地膜集条装置采用随地仿形的方式作业,能够好的适应复杂多变的地形。在机具的设计、制造阶段主要完成的研究有:第一,对集条弹齿进行运动学与动力学分析,得出弹齿在集条作业时的运动规律,以及在工作过程中载荷变化情况。第二,对整机的传动系统进行了详细的设计计算,确定了液压传动,链传动的技术参数与设计参数。第三,利用Solidworks软件进行样机的三维建模与虚拟装配,初步检验机具设计的合理性,并利用ANSYS软件对样机的关键零部件进行有限元分析,求解出机架主梁与弹齿的等效应力、应变云图与总位移云图,确定其在工作受力状态下应力、应变、位移能满足材料的强度要求。样机田间试验采用“5点法”测点,试验结果表明,机具作业速度为57 km/h、刀轴转速为1880r/min、集条装置的转速在150160 r/min时,平均工作效率可达到1.15 hm2/h,平均地膜集条率可达到92.6%;平均膜秆分离率可达90.5%;平均粉碎秸秆长度合格率可达97.5%,各主要参数均满足农艺和国家标准要求。该研究可为中国主要棉区的残膜污染治理提供参考。
棉秆粉碎及地膜随动集条机设计与试验
这是一篇关于秸秆粉碎,地膜,集条,仿真分析,试验的论文, 主要内容为覆膜种植技术在新疆农作物生产中是必不可少的,但田间残留的越来越多的地膜同时也对环境造成了危害。为了减少田间残留的地膜,国内外相关学者研发了多种残膜回收机械,针对现有残膜回收机械工作过程中存在回收边膜难、回收的残膜含杂率高等问题,本文从不同起边膜方式和秸秆粉碎、地膜集条及捡拾打包分段作业要求出发,对起膜装置、秸秆粉碎装置、地膜集条装置和秸秆输送装置等关键部件进行了研究,设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机。具体研究内容如下:(1)通过对常用的碎土起膜装置进行理论分析及田间试验研究,获得三种起边膜装置对板结土壤的破碎及边膜起出的作业效果。以双翼铲为原型,结合蚯蚓体表特征,设计了一种仿生起膜装置并进行分析及试验,利用Design-Expert软件优化后得最优工作参数:机具前进速度为1 m/s,装置入土深度为60 mm,装置入土角度为14°,在该参数下作业得起边膜率为93.4%,碎土率为94.7%。(2)根据新疆棉花宽窄行种植模式,针对现有残膜回收机工作过程中存在回收边膜难、回收的残膜含杂率高等问题,在分段作业的要求下设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机。从运动学及动力学角度对机具的关键工作部件进行了研究,设计了秸秆粉碎装置、秸秆输送装置、地膜集条装置和传动系统,通过分析和计算,确定各部件的关键结构参数。(3)通过ADAMS对地膜集条装置进行仿真,得到了集条指盘在工作过程中的弹齿端部运动轨迹,获取了弹齿端部运动速度、加速度变化曲线;运用ANSYS Workbench对粉碎刀辊进行了静力学分析,得到了粉碎刀辊的总变形云图和应力云图,由分析结果可知最大变形量发生在粉碎刀具底部位置,最大变形为0.22 mm,最大应力发生在刀具末端与棉秆接触处,最大应力为73.14MPa,对粉碎刀辊进行模态分析,粉碎刀辊的最小振动频率为74.93Hz,粉碎刀辊正常工作时振动频率小于极限频率,不会影响机具正常工作。(4)制作物理样机并进行田间试验。为了验证机具性能,以地膜集条率、秸秆粉碎长度合格率为指标,对棉秆粉碎及地膜随动集条机进行试验,得到试验因素影响地膜集条率顺序为:机具行进速度>指盘入土深度>秸秆粉碎刀轴中心离地高度;影响秸秆粉碎长度合格率顺序为:秸秆粉碎刀轴中心离地高度>机具行进速度>指盘入土深度;利用试验分析软件将因素对指标的影响进行优化,得机具行进速度为5 km/h、秸秆粉碎刀轴中心离地高度340 mm和指盘入土深度为60 mm时,试验指标为最优值。
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