现代农业生产中小拱棚搭建成本低,土地利用率高而且可与其他类型拱棚设施嵌套搭配使用,因此应用前景广阔。但是目前我国小拱棚搭建仍以人工为主,劳动强度大、人工成本高,且牢固性差。本文以小拱棚为研究对象,设计与研制了自走式变距拱棚插架覆膜机,精确、高效实现自动取杆、变距自动插架和覆膜全流程作业,旨在提高小拱棚建造的机械化、自动化水平,为设施农机装备的发展提供参考。本文主要完成五方面工作:(1)整机方案设计。调研目前国内小拱棚类型及搭建尺寸,搜集拱棚插架覆膜有关资料数据,针对我国小拱棚实际应用与作物农艺的具体需求,通过三维机械建模与参数理论计算,制定自走式变距拱棚插架覆膜机的总体设计方案。(2)自走式变距拱棚插架覆膜机的关键部件设计。自动进杆装置采用波轮式传递机构,设计限位环避免棚杆交错影响自动进杆,通过电机带动拨轮连杆完成进杆作业;自动插架装置为液压传动与机械传动结合,下压装置为偏心曲柄滑块机构,弯杆装置在自动插架装置上对称分布,通过液压系统带动弯杆装置和下压装置完成棚杆弯折及插架作业;设计了适用于小型拱棚薄膜覆盖的覆膜装置,利用伸膜机构完成薄膜伸展,通过压膜轮与覆土盘完成薄膜覆土掩埋作业。(3)自动插架装置的仿真模拟。为得到最好的传力效果,确定自动插架装置各部件结构和尺寸,实现棚杆平稳下压入土,利用MATLAB仿真软件对偏心曲柄滑块机构的传动装置数值模拟与优化,当行程速度比系数为1.25,插架机构产生冲击惯性较小,辅助角为0.69rad时,最小传动角为1.5rad,从而确定曲柄长度为230mm,连杆长度为220mm,偏心距为220mm。通过对棚杆进行静力学模拟,确定弯折臂中弯折压板位置和长度,确保弯折效果最好。为获取抗风效果最优时拱棚宽度和棚杆长度的关系,利用SOLIDWORKS建模与ANASYS仿真,确定棚杆最优选择方案为拱棚宽度/杆长为0.60~0.66。(4)PLC控制系统设计。完成基于西门子S7-1200 PLC的控制系统硬件选型、电路搭建和软件设计,包括多传感器信息采集,控制直流电机的启停和液压电磁阀的通断以及触摸屏控制界面设计。通过触摸屏选择工作模式和设定参数,PLC控制系统反馈控制拱棚机实现自动进杆、变间距行进和插架作业。(5)样机试制与试验。在山东华兴机械股份有限公司进行样机试制,在山东农业大学农学实验站进行机器插架覆膜性能试验和小拱棚使用性能试验。结果表明,在机具作业速度1.2Km/h时,棚杆插入率大于95%,棚杆破损率小于2%,薄膜破损率小于2%,薄膜平均透光率大于81%,棚杆间距误差小于15cm,能够满足小拱棚农艺要求。