基于自平衡的链夹式菠萝大苗移栽机构的设计与试验

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我国菠萝的需求量以年均7.5%左右增长,菠萝的种植面积日益增大,但目前菠萝种植户大多采用人工移栽,其移栽效率低、劳动强度大,本研究基于菠萝机械化移栽的需要,针对成活率更高、成长周期更短的巴厘大苗,结合链夹式移栽机的结构特点和巴厘大苗的种植农艺要求,研究设计了一种具有自平衡系统的链夹式菠萝大苗移栽机构,可在移栽作业时调整自身姿态,保持相对理想的状态进行前进作业,获得较好的种植效果,为研制菠萝联合移栽机提供技术参考。相关研究内容具体如下:(1)提出链夹式巴厘大苗移栽机构的设计方案。在了解几种典型作物移栽机结构特点和巴厘品种菠萝大苗相关种植农艺的基础上,选择维修方便、成本较低的链夹式移栽机构,针对巴厘大苗的物理特性,设计适用于巴厘大苗的移栽机构,分析了移栽机的传动方式、种苗在移栽机上的运动轨迹和满足巴厘大苗直立度高的种植要求。(2)移栽机构的仿真分析和田间试验。使用Adams软件对种苗与夹苗装置接触的夹持点进行分析,仿真夹持点的运动轨迹表明机构可达到种苗直立度高的种植标准,使用ANSYS软件对夹苗装置进行强度和位移变化分析,评判是否满足实际作业要求。对巴厘大苗标准化修剪后,进行移栽机构田间试验,试验结果表明,链夹式移栽机构可实现巴厘大苗的机械化移栽作业,修剪成高度35cm左右的巴厘大苗移栽效果相对较好,其栽植合格率达到82.5%左右。(3)链夹式菠萝大苗移栽机构自动调平系统的总体设计方案。分析复杂地形条件下链夹式移栽机作业质量不稳定问题,针对性提出了一种自动调平系统方案,对控制系统中的传感器、控制器等电子模块进行选型、设计分析,对传感器的数据采集、姿态解算、通信方式、液压控制等程序使用C语言进行模块化设计。(4)自动调平系统的液压系统设计。基于链夹式移栽机构的结构特点和菠萝大苗种植要求,对液压系统的液压缸进行受力分析和选型,对电磁换向阀等液压阀及液压管件进行选型分析,并验证液压系统元器件选型的合理性。(5)自动调平系统室内调试和性能试验。对控制系统进行室内调试,验证自动调平系统数据传输和液压调节的精度,调试结果表明自动调平系统能正常运行,且液压缸调节精度符合设定的正负3°范围,满足链夹式移栽机的作业需要。采用修剪高度约为35cm的巴厘大苗进行移栽试验,试验结果表明加装了自动调平系统的链夹式移栽机构,相对于无自动调平系统的移栽机构,其移栽立苗合格率提高了约2.9%。
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