大棚蔬菜移栽机设计

大棚蔬菜移栽机设计（精选六篇）

大棚蔬菜移栽机设计 篇1

悬杯式蔬菜移栽机是针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题而设计的一种新型移栽机,其合理设计直接影响着秧苗的栽植质量和工作效率。传统设计方法主要依靠手工操作来完成,计算繁琐、更改费工费时、不便保管,因此寻找一种操作简捷、计算准确、便于维护的设计方法,具有重要意义。

笔者以VB为基础平台,将悬杯式蔬菜移栽机的计算与分析过程转换成计算机语言,形成具有可视化操作界面的设计软件。在VB环境下,采用ActiveX技术调用Matlab软件,对所得数据进行优化;利用Ado Data控件操纵数据库,实现数据的增添、删除、修改、保存等;利用API函数对Solidworks软件进行二次开发,实现自动化参数建模。

1 悬杯式蔬菜移栽机的工作原理

悬杯式蔬菜移栽机如图1所示。其主要由限深轮、开沟器、地轮、覆土镇压轮、栽植轮和栽苗器(主要包括悬杯、连杆机构、凸轮、弹簧)等组成。

工作时,地轮通过传动系统将动力传递给栽植轮,使其向前做匀速直线运动,栽苗器与两个偏心栽植轮形成8个平行四边形机构,使装有钵苗的悬杯始终垂直于地面。当装有钵苗的栽苗器随栽植轮下降时,凸轮处于远休止过程,悬杯始终闭合;当栽苗器接近地面时,凸轮转到回程位置,悬杯迅速打开,进行投苗;待钵苗落入开沟器开好的苗沟内,覆土镇压轮进行覆土镇压;悬杯保持张开状态,从钵苗上方离开,在凸轮的作用下,逐渐闭合,完成一次栽苗过程。

1.栽苗器 2.钵苗架 3.悬杯 4.连杆机构 5.凸轮 6.弹簧 7.限深轮 8.开沟器 9.栽植轮 10.地轮 11.覆土镇压轮

2 主要特征参数的分析

设计悬杯式蔬菜移栽机除了满足作物栽植要求及自然条件外,还需要考虑的主要特征参数有:整机的前进速度、驱动地轮到栽植轮的传动比、栽植轮的半径、栽植轮的角速度及落苗速度等。

2.1 整机前进速度

栽植株距与人工投苗频率决定了整机的前进速度,即

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式中 Vm—整机前进速度;

f—人工投苗频率;

S—栽植株距。

2.2 传动比

为了设计准确,考虑地轮的滑移率(一般ε=5%～10%),传动比为

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式中 i—驱动地轮到栽植轮的传动比;

S—栽植株距;

RD—驱动地轮半径;

ε—地轮滑移率;

N—栽植轮上悬杯个数。

2.3 栽植轮的半径

为了防止钵苗在转动过程中发生碰苗,应使相邻栽苗器安装位置之间的弦长大于钵苗的高度,如图2所示。

设弦长为LX,栽植轮半径为RZ,栽苗器个数为N,钵苗高度为Hb,则

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解得

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由栽苗器的运动特点知,当特征参数λ<1时,运动轨迹如图3所示。

栽苗器运动可避免悬杯从苗的正上方经过,克服了悬杯在完成落苗后离开钵苗的过程中碰苗的问题,又降低了钵苗向后的绝对速度,保证了栽植质量,则

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联立式(4)、式(6),求得RZ=RZ1∩RZ2。

2.4 栽植轮的角速度

栽植轮的角速度与整机前进速度、驱动地轮到栽植轮的传动比和地轮滑移率有关,即

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式中 ωZ—栽植轮角速度;

ε—地轮滑移率;

Vm—整机前进速度;

RD—驱动地轮半径。

2.5 落苗速度

落苗速度是决定栽植质量的主要参数,其大小与方向取决于栽苗器的结构和运动情况,如图4所示。经计算、整理得

V落苗=Vm-RZ·ωZ·sin(ωZ·t)+

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式中 Vm—整机前进速度;

RZ—栽植轮半径;

ωZ—栽植轮角速度;

t—工作时间;

L—杆OA的长度;

L1—杆OB的长度;

δ′0—凸轮回程运动角;

h—凸轮推杆的行程;

θ1—杆OB的角位移;

θ2—杆BC的角位移;

Δθ—杆OA与杆OB的夹角。

3 可视化界面操作

悬杯式蔬菜移栽机的数字化设计以满足作物栽植要求和自然条件为前提,主要有蔬菜的品种、钵苗栽植的株距、钵苗高度、穴盘孔的尺寸、地轮滑移率和投苗手投苗的频率。计算时,以地轮半径和悬杯个数作为标准参数,求出其他相关量。

在VB环境下,将设计基准、计算公式以及校核条件转化成计算机语言,编辑生成可视化操作界面。界面主要分为参数输入区、图片区、结果输出区和提示区。参数输入区主要用来显示数据库中的已有数据,或者由设计者在此自行输入数值;图片区用来显示零部件的结构特征、机构的运动轨迹以及参数曲线等;结果输出区用来显示软件计算获得的数值信息,并与数据库相连接,可以进行存储;提示区用来显示文字说明及操作时应注意的问题。

利用Access软件创建悬杯式蔬菜移栽机的数据库,建立主要结构表、性能参数计算表、参数分析表和作物信息表等,并编辑表间关系。在VB编辑的窗口中添加Ado Data,由于Ado Data控件必须通过绑定数据感知控件才能提供一个访问数据库的界面,因此在需要参考数据库中数据的窗口中添加DataGird控件,用来访问数据库中的已有数据。连接数据源,修改控件的属性值,运行操作界面后,直接对数据库数据进行查找、增添、删除、修改和保存。

3.1 主要特征参数的计算

在“栽植单体结构计算”界面输入作物种类和品种,地轮滑移率、穴盘孔的形状和尺寸、投苗频率、悬杯个数、地轮半径和钵苗高度等基本参数,通过计算,可以得到整机前进速度、特征系数、栽植轮半径和栽植轮角速度等,如图5所示。

在“栽苗器主要参数”界面,输入连杆机构的尺寸并进行校核,当提示“输入的数据合理,可以继续进行”时,按照图片提示,输入决定落苗速度的主要参数,单击“计算”按钮,得出OB杆、BC杆的角位移和落苗速度,如图6所示。

3.2 栽苗器的结构优化

钵苗具有较小的向后落苗速度时,既能保证钵苗的直立度,又能避免钵苗受到冲击而损伤。因此,落苗速度过大时,应及时修改栽苗器的结构。由于Matlab具有强大的分析计算功能,因此采用VB调用Matlab对栽苗器的结构尺寸进行优化。

ActiveX是一种用于模块集成的协议,保留了一些普通VB控件的属性、事件和方法,如果建立VB和Matlab之间的ActiveX连接,VB通过应用程序便可调用Matlab。在VB中创建Matlab的ActiveX对象,方法如下:

Dim Matlab as Object

SetMatlab=CreateObject(“Matlab.application”)

将落苗速度作为目标函数,工作参数以及随工作参数变化需进行调整的参数作为设计变量,将投苗角度、悬杯开启时间、栽苗器的宽度、连杆机构的最小传动角、特征参数及偏心距作为约束条件,经过VB与Matlab的混合编程,最终通过“栽苗器主要参数”界面,实现与用户的交互。当系统提示“是否进行优化”时,单击“是”按钮,系统则调用后台的Matlab进行优化计算,并将优化结果反馈给VB,如图7所示。

3.3 三维模型的自动生成

SolidWorks提供了几百个API函数,这些函数是SolidWorks的OLE或COM接口,VB利用它们对SolidWorks进行二次开发,以VB编写的程序驱动SolidWorks,实现悬杯式蔬菜移栽机零部件三维模型的自动生成。

在SolidWorks中以原始数据作为基本尺寸,建立需要的三维模型,通过录制宏,获得三维模型的生成代码,进行修改编辑,放入VB中,作为其源代码。在SolidWorks中开始一个新的进程,以及创建应用程序,激活实体文件的代码为:

Set swApp=Application.SldWorks

Set Part = swApp.ActiveDoc

在建立VB与SW的连接,并建立新的零件图时,将其更改为:

Set swApp= CreateObject("SldWorks.Application")

Set Part = swApp.Newpart()

声明变量,并将代码中的基本数值修改为零部件对应的尺寸参数变量,最终形成人机交互的可视化操作界面,以悬杯的参数化建模为例,如图8所示。

界面运行后,选择数据库中已有的数据或者在文本框中输入新的数值,单击“三维模型”按钮,VB启用SolidWorks,并在SolidWorks中自动建立悬杯的三维模型,如图9所示。

4 结论

以VB为平台,对悬杯式蔬菜移栽机的设计准则和逻辑关系进行编译,并与Access,Matlab,Solidworks软件相集成,实现了可视化界面操作。通过该软件可以得到最优的结构参数,并在Solidworks中自动生成三维模型,缩短了计算和分析的时间,提高了设计效率,操作简单,便于维护,为整机设计系统的研发提供了条件。

摘要：介绍了悬杯式蔬菜移栽机的工作原理、主要特征参数的分析方法。通过Visual Basic编程、Solidworks二次开发、Matlab计算分析和Access数据库技术的集成使用,以软件形式对悬杯式蔬菜移栽机栽植单体进行结构参数计算,对栽苗器结构进行优化分析,自动生成三维模型,提高了设计效率与质量。

关键词：悬杯式移栽机,数字化,单体Visual basic

参考文献

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[9]李宏,张建荣.农业机械数字化设计与制造技术的应用[J].农业装备技术,2007,23(5):33-36.

中农机丰美蔬菜移栽机 篇2

该机由现代农装股份有限公司生产制造, 其主要特点如下。

(1) 机器通用性强, 可同时适应垄上、平地、露地和膜上移栽作业; (2) 株距、行距、移栽深度调节方便, 适应多种不同的种植模式; (3) 适合番茄、辣椒多种蔬菜作物和烟草、棉花等经济作物的带土移栽; (4) 独特的苗喂入机构, 减轻劳动强度, 提高作业效率; (5) 机器前端可加装配套的覆膜机, 实现覆膜、移栽一体化作业; (6) 可选装覆土及浇水部件。

蔬菜移栽机的推广应用试验 篇3

1 试验条件和方法

选取张家港市塘桥生态农产品专业合作社牛桥蔬菜示范基地作为试验点, 试验面积2 hm2, 为连栋露天大棚。试验中秧苗的栽植深度、伤苗、埋苗和露苗 (钵) 根据当地农艺要求进行确定。根据JB/T 10291-2001《旱地栽植机械标准》和《栽植机试验大纲》的要求和试验方法进行试验, 考核蔬菜移栽机的作业质量和适用性。

(1) 秧苗。幼苗为育制钵带土苗, 平均苗高12 cm、苗冠5.5 cm、苗叶4片, 符合试验要求。

(2) 田块。栽植田块泥碎平整, 土块最大颗粒35 mm (标准要求土块最大颗粒≤30 mm) , 无秸秆及杂草障碍物, 土壤含水率为17.3%。垄高300 mm, 垄底845 mm, 覆膜。基本符合试验要求。

(3) 机具。选择井关农机 (常州) 有限公司生产的2ZY-2A (PVHR2-E18) 陇上栽植机, 根据农艺要求株距调整为400 mm, 机器工作性能良好。

2 试验项目及测试结果

对引进的蔬菜移栽机进行作业质量、适应性、可靠性和经济性等田间试验考核。试验田块具有代表性并满足移栽要求, 试验样机经技术人员现场调试, 各部位运转正常, 工作状态良好。栽植质量测试情况见表1, 栽植机械主要性能指标见表2。

3 试验情况分析

试验结果表明, 使用2ZY-2A (PVHR2-E18) 型陇上栽植机进行移栽作业, 栽植深度稳定, 移栽质量较高。移栽作业的效率大大提高, 减少了大部分的劳动力。理论作业生产率为0.05~0.18 hm2/h, 实际作业生产率为0.05~0.08 hm2/h。移栽过程中出现漏栽问题, 一方面是由于加苗速度跟不上, 另一方面也跟起垄的结实度有关。采用标准化起垄作业垄型饱满, 可以减少漏栽、倒伏和露苗等情况的发生。

4 经济效益分析

蔬菜机械移栽成本见表3。

人工移栽每天移栽0.07 hm2, 按人均工资80元/d计, 移栽成本为1 200元/hm2。

机械移栽和人工移栽相比每公顷可节约成本277.5元。按每年作业33.33 hm2计, 一年可节约成本9 249元, 经济效益明显。

5 结束语

久保田新型蔬菜移栽机进行演示作业 篇4

2013年9月18日, 江苏省常熟市农机推广站会同久保田农业机械 (苏州) 有限公司技术人员, 前往碧溪新区横塘蔬菜基地, 对蔬菜秧苗进行机械化移栽试验。

这次试验的机具是日本久保田小型乘座式半自动蔬菜移栽机, 型号为KP-201CR, 该机发动输出功率为2.3k W, 作业速度为0.27m/s, 可以栽植卷心菜、白菜, 西兰花、生菜和甜玉米等农作物, 本次试验移栽品种为紫甘兰, 通过两天机械化移栽试验, 对秧苗的移栽质量较好, 移栽效率相当于人工移栽的8~10倍, 整个试验效果总体良好。下一步将扩大试验面积, 进一步验证机具的使用可靠性、经济性和适应性。该机的引进, 为攻克蔬菜移栽这一劳动强度大, 效率不高的难点环节, 加快推进蔬菜种植机械化, 提高常熟地区蔬菜生产机械化水平起到了积极的推动作用。

蔬菜移栽机悬挂装置的静应力分析 篇5

悬挂装置是蔬菜移栽机的重要部件之一,其性能直接影响蔬菜移栽机的性能与寿命。悬挂装置的失效方式与材料的力学性能、载荷性质、应力状态、构件的形状和尺寸、温度和环境介质等因素有关。

有限元法作为数值计算方法是在工程分析领域应用较为广泛的一种计算方法。随着计算机技术的飞速发展,各种工程软件也得以广泛应用。ANSYS软件以它的多物理耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流,在工程分析应用中得到了较为广泛的应用。本文采用较为通用的SolidWorks进行三维建模,运用ANSYS的接口实现3D模型的导入进行静应力分析,得到各种受力下悬挂架的应力、应变以及位移状况,为进一步对悬挂架进行优化设计提供必要的依据。

1 设计原理及机构

有限元分析的最终目的是构建一个物理原型的准确的数学模型。由节点和单元构成的有限元模型与结构系统的几何外形是基本一致的。从广义上讲,模型包括所有的节点、单元、材料属性、实常数、边界条件,以及其他用来表现这个物理系统的特征,所有这些特征都反映在有限元网格及其设定上面。

ANSYS软件中设置了与Pro/E,AutoCAD,SoliWorks等软件的数据交换接口。通过这个接口,可以将复杂模型直接导入ANSYS中,然后进行网格划分、加载、求解等过程。悬挂架为复杂的三维实体模型,因而本文采用更加熟悉的SolidWorks建模软件建立三维模型。

将在SolidWorks中画好的模型另存为.x_t文件,在ANSYS中添加PARA格式,即Import>PARA。选择刚刚保存好的.x_t文件打开,将实体模型的Faces设定为“Normal Faceting”,这样即把SolidWorks模型调入了ANSYS,然后进行网格划分。对于要分析的悬挂架在实体造型中,为了减少有限元模型网格划分的复杂程度,加快有限元的分析速度,对实体模型进行了适当的简化,去掉那些对分析结果影响不大的特征,如一些倒角、倒圆等。

2 网格划分

在进行有限元分析时,需根据分析问题的几何结构、分析类型及精度要求等选定适合的单元类型。本文选用四面体20节点三维单元SOLID186。从运算时间和精度上的考虑,设置Smart Size为3,采用自由网格划分单元。同时,在悬挂架可能出现应力集中的区域布置较密的网格,如孔、弯角区;在应力变化平缓的区域,布置较稀疏的网格。这样做可以同时满足精度与效率两方面的要求。

本文研究3种方案的悬挂装置,其ANSYS有限元模型如图1所示。方案1为已有设计方案,50mm方钢,壁厚5mm;方案2与方案1基本相同,但是采用的30mm方钢,壁厚3mm,减轻了悬挂机构的质量;方案3在方案1的基础上将悬挂杆改成倾斜形式,增加一个加强筋。悬挂架材料选为Q235A,材料属性为杨氏模量为E=2.1×105N/mm2,泊松比为0.28,密度为7 800kg/m3。

3 悬挂架静强度分析

根据移栽机整机质量对方案1悬挂架施加约束力为F=2 000 N、方案2F=1 700N、方案3F=2 000N,随后进行求解运算,其变形形状、位移云图、Von Mises应力云图分别如图2～图4所示。

由图2可以看出悬挂装置的变形情况。方案1和方案2的变形情况相似,在横梁两端与机架连接处变形最大,变形形状为上下方向的弯曲变形,悬挂点处也有轻微变形;方案3在上悬挂点处变形最大,变形形状为左右拉伸变形,而在横梁两端与机架连接处有轻微变形。

由图3节点位移云图可看出,各方案的位移分布层次比较清晰。方案1和方案2在横梁两端处位移最大,位移分别为2.77,15.95mm;方案3在上悬挂点处位移最大,为20.63mm。

由图4悬挂架Von Mises应力分布图可看出悬挂架应力层次也比较清晰。方案1与方案2在中间悬挂梁焊接处以及两端悬挂板与后面机架连接处应力集中,是最大等效应力发生处,最大等效应力分别为1.68,8.1MPa;方案3所受的应力比较分散,多集中于各个焊接处,最大等效应力为1.72MPa,其余部分应力分布比较小。本文为了计算方便,在施加载荷力时加载在点上,实际应用中悬挂架受力分散,应力集中情况应该相对小很多。

根据上面所建立的悬挂装置有限元模型,计算了3种方案悬挂装置重力分别为F=2 000,1 700,2 000N条件下的位移和应力,计算结果如表1～表3所示。

安全系数计算为

$S=\frac{\sigma {}_s}{\sigma {}_{\max }}(1)$

式中 S—安全系数;

σs—材料的屈服强度;

σmax—最大等效应力。

悬挂架的材料为碳素结构钢Q235,根据手册可知,材料的屈服强度σs为235N/mm2,许用安全系数[S]=2.5。根据式(1)可得

方案1:$S=\frac{235}{16.8}=13.9>[S]$

方案2:$S=\frac{235}{81}=2.9>[S]$

方案3:$S=\frac{235}{17.2}=13.6>[S]$

从理论分析结果看,3种方案悬挂装置在静应力最大处计算的安全系数都大于许用安全系数。因此,3个方案在理论分析上都具有足够的稳定性和强度;但是否满足设计需要,还需进一步检验。

4 结论

1)方案2与方案1、方案3比较虽然应力大一些,但是相对方案3来说节点位移点在与机架连接处稳定性和强度更高;方案2与方案1相比虽然安全系数低一些,可也能够满足实际生产应用,并且方案2更加轻便、成本更低。说明方案2悬挂架更加合理,具有足够的稳定性和强度,且经济适用,对于农业机械来说,最为适宜。

2)材料的变形与其所受力的载荷成正比,在固定不变的惯性载荷对结构的影响下,悬挂架变形程度大致变形可以从悬挂架的节点位移云图和Von Mises应力云图来推知。这与实际使用中悬挂架变形情况相吻合。但在实际工作中,悬挂架变形是在多种因素作用下的结果,不能只考虑重力作用下的集中力。在实际工作中悬挂架受力分散,则悬挂架的变形会趋于缓和,可以在一定程度上减少悬挂架的失效。此次的悬挂装置受力分析有助于对变形情况的预测。

3)由于此次有限元分析当中,没有去考虑材料的内部缺陷和振动等因素引起的变形、内应力变化,只考虑重力作用的条件,所以应力、应变的计算结果会比实际情况偏小一些。 但本文加载的是集中载荷,导致结果比实际情况增加数倍,综合起来,计算结果还是比实际情况大,3种方案的强度都足够。

因此,以上的分析结果仅仅为实际装置的设计和制造提供辅助手段,还需进一步进行动力学分析。

综上所述,根据位移、应力、便捷和经济性等综合指标来看,方案2更加合理有效。

参考文献

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大棚蔬菜移栽机设计 篇6

由江苏正昌集团溧阳正昌干燥设备有限公司与农业部南京农业机械研究所共同研发的2ZQ-2油菜 (蔬菜) 移栽机正是在这种趋势下应运而生, 该型移栽机是一种农业机械中的旱地栽植机械, 用于油菜 (蔬菜) 苗的移栽作业。它具有结构简单、维修使用方便、生产效率高的特点, 不伤苗, 移栽后的秧苗直立度好、成活率高。2ZQ-2型油菜 (蔬菜) 移栽机能与各种中、小型拖拉机配套, 能一次完成开沟、移栽、覆土等复式作业, 其效率是人工的5倍, 移栽费用是人工的30%。该机结构如图1所示。

1.秧箱;2.夹苗器;3.座椅;4.悬挂架;5.行走驱动机构;6.开沟器;7.覆土镇压轮

1 2ZQ-2油菜 (蔬菜) 移栽机工作原理

移栽机悬挂架与拖拉机液压牵引臂相连接, 由拖拉机牵引移栽机进行移栽作业。移栽机行走驱动机构通过驱动长轴将动力传至栽插机构, 由栽插机构来实现开沟、栽植、覆土镇压等一系列动作。

栽插机构在运转过程中收紧夹苗杠杆, 随之带动夹苗橡胶块夹住秧苗, 待夹苗器支架运行到栽插位置时, 夹苗杠杆被释放, 随之夹苗橡胶块复位释放秧苗, 秧苗栽入开沟器开出的沟内, 随后由覆土镇压轮完成覆土和压实动作。通过更换行走驱动轮机构中的链轮, 可以实现12挡株距的调整。夹苗机构结构如图2所示, 行走机构结构如图3所示。

1.夹苗器支架;2.夹苗杠杆;3.秧苗;4.夹苗橡胶块

1.自动离合器;2.行走轮;3.自动张紧机构;4.高度调节机构;5.株距调节链轮组

2 2ZQ-2油菜 (蔬菜) 移栽机的性能特点

(1) 适应裸苗和带土苗兼用的栽植器。采用链条钳夹式栽植器, 苗夹采用橡胶材料, 由特制模具制造成型, 夹持裸苗和带土苗均可, 实现一种机具同时适应油菜、棉花、蔬菜等多种作物的裸苗和带土苗 (土块直径或长、宽小于3mm的小钵体苗) 移栽。

(2) 采用芯铧式开沟器内加一个小松土铲结构。提高立苗率和成活率, 可以开出沟底平整、深度和宽度适中的苗床。

(3) 多行移栽, 行距可调。该机采用单元式结构与拖拉机半悬挂式连接, 移栽器、开沟器、施水装置、覆土装置设计成独立单元, 分别挂接在机架上, 移栽行可增可减, 左右位置可按需调节。

(3) 新型覆土装置, 保证立苗率。采用球面覆土圆盘和圆柱轮相结合的覆土装置, 在开沟和覆土之间增加挤压程序, 利用二次覆土原理对苗扶正压实, 保证立苗率。

3作业技术参数

配套动力:30马力拖拉机;作业行数:2行;行距:400~1000mm, 可调;株距:23~80cm, 12挡变换;栽植深度:40~100mm;立苗率:≥95%;成活率:≥90%;作业效率:≥0.1~0.16hm2/h。

4田间试验及产品鉴定情况

2006年试制出第一台样机后, 于同年11月在溧阳成功进行了油菜移栽试验;2007年6月在天津成功进行了棉花移栽试验;2007年11月分别在南京和溧阳成功进行了油菜移栽试验。