温室穴盘苗移栽手爪改进设计及试验研究

移栽手爪作为直接接触目标作物的装置,是自动化移栽装备的核心部件。本文以现有移栽手爪运行中出现机构卡死及移栽失败现象为切入点,对移栽手爪机构进行了改进设计;综合考虑移栽手爪与穴苗基质的作用关系,对穴苗种植工艺参数、基质破损机理以及移栽手爪工作参数、进行了试验及仿真研究,具体内容如下:(1)通过对现有移栽手爪中出现的问题进行归类总结,提出了单驱动源下直导管斜插的取苗方案。基于改进方案并结合穴盘外形尺寸,利用SOLIDWORKS软件完成了移栽手爪的方案及整体结构设计,搭建了虚拟样机的三维模型。通过对移栽手爪工作环境及作业要求进行分析,确立移栽手爪关键零部件的材料以及加工工艺,完成了斜入式移栽手爪的样机制作及测试。(2)对穴苗种植工艺参数与拔取效果的影响关系进行了试验研究。文中针对红掌穴苗,确立了种植工艺参数及参数测试方法。利用正交试验方法,以苗龄、含水率以及基质配比为试验参数,以穴苗拔取力和完整度为测试目标,进行了三因素三水平正交试验。根据试验结果与方差分析结果,结合综合评分法得到了所需拔取力最小且完整度最高的种植工艺参数组合。(3)通过对取苗过程关键性问题进行分析,结合离散元方法,对钢针对于基质的破损过程进行了仿真研究。文中对钢针取苗过程进行了受力分析,得到抗剪力是影响移栽成功率的关键性因素。利用土力学试验及物理测试的方式,获得了红掌穴苗基质的物理及力学性能参数,利用EDEM软件建立了土基质斜插取离散元仿真模型。分析了不同插入角度、插入深度以及插入点距离下钢针对于基质的破损状况,得到了钢针斜插取时的基质破损机理以及各结构参数对于抗剪力的影响关系。(4)以提高成功率及移栽效率为目标,对移栽手爪工作参数进行了试验研究。针对结构参数利用响应曲面法,以插入点距离、插入深度、插入角度作为试验参数,以抗剪力作为优化目标,提出了移栽手爪结构参数多因素试验方案,得到了抗剪力最大时的结构参数最优组合。针对驱动参数,利用PLC与传感器及测试仪表通讯搭建了驱动参数测试系统,对下降速度及提升速度进行了试验研究。针对工作参数优化结果,对斜入式移栽手爪的样机进行参数调整,并完成了试验验证。