棉花裸苗移栽机构设计与试验研究

论文摘要

棉花裸苗移栽机构是棉花裸苗移栽机的核心部件,其结构设计的合理性对棉花移栽效率和移栽质量有重要的影响。我国棉花种植范围广,无土育苗移栽技术逐渐成为主流,大规模的棉花裸苗种植对适合我国国情的移栽机的需求非常迫切,因此研究棉花裸苗移栽机构具有重大意义。根据当前国内外棉花移栽机的研究现状,对棉花裸苗移栽机构进行了设计及试验研究,主要研究内容与结论如下：(1)通过棉苗移栽的农艺特性研究,得到了合理的棉苗育苗技术和棉苗移栽的时间、苗龄及密度等参数,为棉花裸苗移栽机构的设计提供参数,并且有利于优质棉苗的培育和移栽,棉花产量的提高。(2)通过棉花裸苗的力学特性试验,测得棉苗最小拉断力为44.128N,棉苗最小压伤力为418.197N,最大拔苗力为4.446N。该试验结果可为苗夹的设计提供参考依据。(3)根据棉苗的农艺特性及力学特性,对移栽机构进行合理设计,得到相关设计参数,使用Pro/E软件进行零件的三维实体建模及机构虚拟样机的设计。对移栽机构进行运动学分析,得到主要部件的运动学模型。根据零速投苗原理,得到棉苗质心的运动轨迹方程及实现零速投苗的条件。(4)通过对移栽机构进行动力学分析,得到主要部件的动力学模型,以确保机构刚度及防止苗夹伤苗。使用ANSYS软件对苗夹上的橡胶夹进行有限元分析,得到橡胶夹变形最大位移值为23.439mm,等效应力最大值为18.636Pa,并得到了位移及等效应力变形图。橡胶夹只需4.7N即可完成送苗及投苗,不会造成伤苗。(5)苗夹投苗角度优化,优化结果表明,导苗槽角度α=6°,移栽机构前进速度Vs=0.4m／s,投苗时棉苗质心至沟底的距离H=0.13m,特征参数λM=1.59为最优值。(6)以棉苗的直立率、伤苗率、漏栽率、栽植株距平均值和深度合格率为评价指标,进行棉花裸苗移栽机构的单因素试验,发现存在问题并优化改进。通过进行优化后棉花裸苗移栽机构的多因素正交试验,试验结果表明三因素的最优组合为：移栽机构前进速度0.4m/s；导苗槽倾角6°；开沟器开沟深度8cm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 研究的目的和意义
• 2 国内外棉花移栽机构研究现状
• 2.1 国外移栽构研究现状
• 2.2 国内移栽机构研究现状
• 3 研究内容
• 第二章 棉苗农艺特性及力学性能分析
• 1 农艺特性
• 1.1 棉花裸苗移栽技术
• 1.1.1 无土育苗技术
• 1.1.2 漂浮育苗技术
• 1.2 移栽时期
• 1.3 移栽密度
• 1.4 移栽前、移栽后的处理
• 2 力学性能分析
• 2.1 拔苗试验
• 2.1.1 试验设备
• 2.1.2 试验目的
• 2.1.3 试验原理及方法
• 2.1.4 试验结果分析
• 2.2 棉苗拉断力试验
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 试验设备
• 2.2.3 试验原理及方法
• 2.2.4 试验结果分析
• 2.3 棉苗压伤试验
• 2.3.1 试验目的
• 2.3.2 试验设备
• 2.3.3 试验原理及方法
• 2.3.4 试验结果分析
• 3 本章小结
• 第三章 移栽机构设计与运动学分析
• 1 机构的整体设计
• 1.1 基本结构
• 1.2 工作原理
• 1.3 传动机构设计方案
• 1.3.1 链条种类及选择
• 1.3.2 传动原理
• 1.3.3 链轮设计
• 1.4 苗夹设计
• 1.5 开沟器设计
• 1.6 覆土轮设计
• 1.7 连接圆盘设计
• 2 移栽机构的运动学分析
• 2.1 链传动的运动学分析
• 2.1.1 链条速度分析
• 2.1.2 从动链轮角速度及瞬时传动比分析
• 2.2 覆土轮的运动学分析
• 2.3 零速投苗运动学分析
• 2.4 苗夹与棉苗运动轨迹分析
• 3 本章小结
• 第四章 机构的动力学分析
• 1 移栽机构的动力学分析
• 1.1 链传动动力学分析
• 1.2 覆土轮动力学分析
• 1.3 苗夹动力学分析
• 2 苗夹ANSYS分析
• 2.1 有限元分析软件的选择
• 2.2 ANSYS分析橡胶夹的节点位移、约束反力与等效应力
• 3 本章小结
• 第五章 苗夹优化设计
• 1 苗夹投苗角度的优化
• 2 苗夹导苗槽角度的优化
• 2.1 导苗槽倾角分析
• 2.2 导苗槽倾角优化设计的数学模型
• 2.2.1 设计变量
• 2.2.2 约束条件
• 2.2.3 目标函数
• 2.2.4 导苗槽倾角优化计算
• 3 本章小结
• 第六章 移栽机构的试验研究
• 1 优化前试验
• 1.1 试验目的
• 1.2 试验设备及工具
• 1.3 试验内容
• 1.3.1 试验准备
• 1.3.2 试验方法及步骤
• 1.3.3 移栽效果评价指标
• 1.4 前期验证性试验
• 1.4.1 试验方法
• 1.4.2 试验结果
• 1.4.3 试验结果分析
• 2 优化后移栽机构正交试验
• 2.1 试验准备
• 2.2 正交试验设计
• 2.3 试验结果分析
• 3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 附表A
• 附表B
• 致谢
• 作者简介