蔬菜移栽机的研究与设计.docx

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蔬菜移栽机的研究与设计

蔬菜移栽机的研究与设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

目录

摘要………………………………………………………………………………1

1前言………………………………………………………………………6

2移栽机械的国内外现状………………………………………………………8

3设计方案的选择……………………………………………………………8

3.1钳夹式移栽机…………………………………………………………………8

3.2链夹式栽植机…………………………………………………………………9

3.3挠性圆盘移栽机……………………………………………………………10

3.4吊篮式移栽机………………………………………………………………10

3.5导苗管式移栽机……………………………………………………………12

3.6带式栽植机……………………………………………………………………19

4机具的机构特点………………………………………………………………20

4.1整机机构特点…………………………………………………………………20

4.2主要技术参数…………………………………………………………………21

4.3主要工作部件的结构特点及作用……………………………………………21

4.3.1地轮……………………………………………………………………21

4.3.2开沟器…………………………………………………………………22

4.3.3镇压轮…………………………………………………………………22

4.3.4覆土器…………………………………………………………………22

4.4设计蔬菜移栽机械的原理……………………………………………………23

4.4.1零速原理…………………………………………………………………23

4.4.2栽植机械的结构设计……………………………………………………23

5地轮轴的校核…………………………………………………………………26

6设计时间的安排………………………………………………………………31

7结论和总结……………………………………………………………………32

8致谢词…………………………………………………………………………32

9主要参考文献、资料………………………………………………………………32

摘要

移栽是蔬菜生产过程中的一个重要环节，具有对气候补偿和使作物生育提早

的综合效益。

它可以充分利用光热资源，其经济效益和社会效益均非常可观。

但

目前移栽过程采用人工移栽，劳动强度大、作业效率低，难以实现大面积栽植制

约了生产规模，影响了生产效益，同时也限制了蔬菜生产的发展空间。

目前国内

对移栽机械的研究和开发基本属于仿造，没有对国外的移栽机进行重大的改进和

技术上的突破，而且国外移栽机结构复杂，价格昂贵，在国内推广难度很大。

因

此设计一种新型的移栽机械已成为我国蔬菜种植业发展的迫切需求。

本文在总结吸收了国内外各种移栽机的优缺点和实验室已有研究成果的基础上，基于一种钵苗移栽机构——杠杆顶出式机构，设计了蔬菜钵苗移栽机。

该机的特点有：

结构简单，工作可靠；易保证株距的均匀性；能实现开沟、施肥、移栽和覆土等工序。

该蔬菜移栽装置已公开发明专利（200810063013．8）和实用新型专利（200820121105．2）；并已公开发明专利蔬菜移栽装置的压盘装置（200910099278．8）。

本文主要的研究内容如下：

1．研究国内外各种蔬菜移栽机的结构及原理和实验室已有的研究成果，从蔬菜钵苗移栽机移栽机构的机理分析入手，首先根据设计要求确定蔬菜移栽机整机的基本参数，然后根据整机结构，通过建立数学模型，应用MATLAB编写程序快速准确的确定传动比、顶杆相位差和顶出时间等机构重要参数。

2．根据已确定的参数，对蔬菜移栽机的核心部件一杠杆顶出式机构建立数学模型，基于MATLAB对杠杆顶出式机构进行运动学分析、动力学分析和参数优化，确定了六组杠杆顶出式机构的基本参数及相关机构的参数；根据确定参数应用UG软件对移栽机构进行实体建模，基于ADAMS软件对建立的移栽机构模型进行虚拟样机仿真，并进行结果分析，验证理论设计结果是否正确。

3．在蔬菜移栽机构研究的基础上，根据农艺要求，为了完成开沟、移栽、施肥和覆土等工序，基于CAD技术对蔬菜钵苗移栽机关键部件进行计算机辅助设计，包括开沟覆土装置、压秧盘装置、施肥装置和传动系统。

在传动系统中，部分用的是链传动，为了快速确定实际中心距和链节数，解决销轴的虚拟定位和链条的虚拟装配问题，基于UG软件对链条进行参数化研究。

4．为了实现对蔬菜移栽机的移栽装置零部件的系列化设计，以适应不同蔬菜移栽的农艺要求，对移栽机构进行数字化研究；用户可根据不同蔬菜的农艺要求，输入有关参数即可实现移栽机构的数字化变形设计；并对变形模型应用ADAMS软件进行仿真分析，验证变形模型是否正确；为提高设计效率，减少重复劳动，通过对UG二次开发实现了装配图明细表的同步更新。

5．对蔬菜钵苗移栽机构进行加工研制和物理样机试验，基于实验台和高速摄像对其运动性能进行试验验证，确定机构是否满足设计要求。

关键词：

钵苗移栽机；移栽机构；计算机辅助设计；数字化设计

Abstract

Transplantingisakeyprocessofvegetablesproduction,haveacomprehensivebenefitsofclimatecompensationandearlycropsgrowth．OneCanmakefulluseofitslightandheatresources，andgetanimpressiveeconomicbenefitandsocialbenefitaswell．However，thepreviousTransplantingprocesspossessdisadvantageoflaborintensity,lowworkingefficiencyanddifficulttorealizeitslargescaleproduction,whichrestrictsitsproductioncapacity,benefitsandlimitsitsdevelopment．Spaceomestictransplantersaremainlyimitatingtheforeigntransplanter,andhavenotmakenanysignificantimprovementandbreakthroughforforeigntransplanter．Furthermore，theforeigntransplanterownacomplexstructureandahighprice，whichmakeitdifficulttopopularizeinChina．Therefore，todesignanewtypeofvegetablestransplanterhasbecomeanurgentdemandofChina’Svegetableplantingdevelopment．Basedonthesummaryoftheadvantagesanddisadvantagesofthedomesticandforeignvegetablestransplanterandabsorbedtheresearchachievementsoflaboratory,thepaperdesignanewtypeofvegetablestransplanteronthebasisoftheported—seedlingtransplantingmechanism--theleverejectionmechanism，whichismoresimple，reliablyandefficentlyandeconomic，aswellaseasilyrealizingopenditch,fertilization,transplanting，furrowcoverete．Thisdevicehaspubliclyvegetablestransplantinginventionpatent（200810063013．8）andutilitymodelpatent（200820121105．2），Andhaspubliclyinventionpatentofvegetablestransplantingdeviceofplaten（200910099278．8）．Thepaper’Smainresearchareshowedasfollows：

1．Makearesearchoftheabroadvegetablestransplanterandprincipleofresearchresultsoflaboratory．Firstly,determinethebasicparametersofthetransplanterbasedonthemechanismanalysisoftheported—seedlingtransplantingmechanismandtherequirementofdesign．Thendefinitetheimportantstructureparametersquicklyandaccurately,suchasthetransmissionratio，phaseseparationofejectorrobandtimeofejectionbyestablishingamathematicalmodelprogram．

2．Establishthemathematicalmodelofthecorecomponents一一thelevereditactionmechanismaccordingtoabove-mentionedparametersofvegetablestransplanter,carryonthemechanismofkinematicsanddynamicanalysisandonbaseofMATLABsoftwaretoselectthebestparameterofthesixgroupsoftheleverejectionmechanismandrelatedinstitutions．ModelthetransplantingmechanismbasedonitsparametersbyUGsoftware．ThencarryonthesimulationanalysisbasedonADAMSsoftwareanddeterminewhethertheresultiscorrect．

3．DesignthekeycomponentsofvegetablestransplanterbasedonCADtechnologyandUGsoftware，includingopeningditchdevice，furrowcovetingdevice，platendevice，fertilizationdeviceandtransmissionsystem．Inthetransmissionsystem，inordertodeterminebewidthbetweencentersquicklyandsolvepinshaftofvirtualpositioningandchainofvirtualassemblyproblem，CalTyonparametricstudiesofchainbasedOnUGsoftware．

4．AddVb．netprogramcustomtomenuitemoftransplantingmechanisminCADsoftwareSOastoachieveseriesdesignofthevegetablestransplantingmechanismquicklyandadapttodifferentvegetablesrequirements．UsersCaninputparametersonthecustommenuaccordingtodifferentagronomicrequirementsofvegetables，obtaintheneededmechanismmodelbythedigitaldeformationdesign,AndcarryonthesimulationanalysisofthedeformationmodelbasedonADAMSsoftware，determinewhetherthedeformationmodeliscorrect．AccomplishedtheassemblylistupdatethroughthesecondarydevelopmentofUGsoftwareaswellasimprovingthedesignefficiency,reducingduplicationoflabor．

5．ManufactureandProcessthevegetablestransplantingmechanism．Decidewhetherthemechanismmeetthedesignrequirementsbasedonmechanismperformancetestofexperimentalplatformandhigh—speedcamera．

Keywords：

VegetablestransplanterTransplantingmechanismComputer

aideddesignDigitaldesign

第一章绪论

1．1前言

我国是一个农业大国，农业生产在整个国民经济总量中占据着重要的地位。

特别是我国加入WTO后，我国在世界贸易市场中扮演着越来越重要的角色，农业生产更是面临着前所未有的机遇与挑战。

农业的发展将对中国经济未来的发展产生更大的影响，而蔬菜生产又是农产品生产中一个非常重要的组成部分【l】。

基于现状，我国蔬菜的质量一定程度上影响着国内外蔬菜的供求。

目前，发展蔬菜产业是“民心工程"同时又是“富民工程"，已经成为农民收入的重要来源【2】。

新鲜蔬菜对于人类健康饮食的重要性是勿庸置疑的。

目前的营养膳食标则也一直在倡导增加蔬菜的摄入量，因此蔬菜在人们生活中的重要性日益提高。

而钵体移栽是针对实现农作物的高产稳产采取的一项措施，它有效提高了育苗移栽的安全性，为农作物的稳产增产开辟了一条新的途径。

我国是世界最大的蔬菜生产国，蔬菜产量占世界总产量的60％左右。

近几年来，种植业内部结构不断调整，使得粮食作物的播种面积呈递减趋势，油料作物、蔬菜、水果等种植面积持续增加。

2008年全国蔬菜种植面积2．68亿亩，产量5．92亿吨，出口量819．71万吨，出口额64．4亿美元，分别比2001年增长9％、23％、108％、175％。

另据测算，2008

年全国蔬菜生产总产值突破8000亿元，占种植业总产值的比例超过30％；对全国农民人均纯收入贡献740多元，占农民人均收入16％：

吸纳从事生产的劳动力约1亿人，从事加工、贮运、保鲜和销售等采后服务的劳动力约8000万人。

长期以来，蔬菜生产一直是一项劳动密集型作业，劳动力成本超过蔬菜成本的50％以上。

大多数蔬菜品种（约占60％）都是采用育苗移栽方式种植，而秧苗手工栽植是需要弯腰和肢体屈伸的劳动。

从劳动强度来看，手工栽植是仅次于收获作业的一项劳动强度非常大的农事活动，它约占作物从种到收所需总劳动量的20％。

然而，令人遗憾的是，我国蔬菜栽植机械的发展较慢，秧苗栽植几乎全部由人工完成，不仅劳动强度大、生产效率低，而且栽植质量差、生产成本高【3】。

移栽是蔬菜生产过程中的重要环节之一，栽具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效益，可以充分利用光热资源，其经济效益和社会效益均非常可观。

长期以来，蔬

菜生产一直是一项劳动密集型产业，劳动力成本占蔬菜生产成本的50％以上。

目前，约有60％蔬菜是采用育苗移栽方式种植的，且移栽作业仍以人工为主。

采用人工移栽，劳动强度大，作业效率低，难以实现大面积移栽，从而导致生产规模小，生产效益低下，制约了l蔬菜生产的发展，所以实现移栽作业机械化己成为我国蔬菜种植迫切需要解决的问题。

1．2国内外蔬菜移栽机的发展概述

1．2．1国外蔬菜移栽机械的发展概述从工作过程上看，国外发达国家所普遍采用的钵苗栽植机械大都是人工喂苗的半自动栽植机械。

栽植机械的持苗及植苗机构主要有钳夹式（圆盘钳夹式和链条钳夹式）、导苗管式（导管推落苗式、导管指带落苗式和导管直落苗式）、吊篮式及挠性圆盘式等。

栽植机构型式不同，工作性能也具有差异，所以适合栽植的作物也有区别。

1）．钳夹式移栽机

钳夹式移栽机株距准确，栽植后秧苗的直立度较好，栽植速率一般为30--,40株／min；缺点