蔬菜钵苗行星轮系栽植器设计与运动学分析

我国是蔬菜生产大国,蔬菜播种面积和产量均居世界第一。蔬菜生产是劳动密集型产业,其中移栽是蔬菜生产过程中的重要环节,但是传统的移栽方式为人工栽植操作,自动化程度不高,栽植效率低,用工量大。为满足现代农业高速自动移栽要求,减少人工消耗,提高移栽的质量和劳动效率,本文分析了国内外蔬菜移栽机的研究现状及国内外现有栽植器结构和工作原理,按照“零速投苗”原理及满足90～120株/min的高速栽植频率的育苗栽植要求,进行了栽植器的设计和选型,通过虚拟样机仿真分析实现了栽植运动轨迹及性能参数的优选。 (1)提出了两种蔬菜钵苗自动化栽植机构(蔬菜钵苗行星轮系栽植器、蔬菜钵苗锥齿轮行星轮系栽植器)。综合考虑两种栽植器的特点及栽植作业稳定性要求,优选出了蔬菜钵苗锥齿轮行星轮系栽植器作为蔬菜钵苗自动化栽植机构。 (2)以栽植器的栽植鸭嘴构件为研究对象,设计了凸轮-压杆传动机构作为栽植器的开合机构；确定了凸轮及其从动件的运动规律曲线方程；建立了开启机构的运动学方程,推导出了凸轮推程与栽植鸭嘴开合幅度的关系以及栽植器与栽植鸭嘴开启机构的周期匹配关系。 (3)建立了栽植器运动方程、虚拟样机并实现了虚拟样机的动态仿真。仿真结果表明：在2s的栽植周期内番茄苗在1.12s时刻开始脱离鸭嘴,在1.33s时刻完全脱离鸭嘴,投苗时间较短不易发生挂苗；鸭嘴最大开合幅度为60.3mm和单个鸭嘴最大开启角度为10.3°,与理论分析值基本符合,番茄苗能够顺利植入穴孔；前、后栽植鸭嘴开合同步性一致。在满足栽植频率为120株/min的栽植条件下,特征参数λ>1是保证此栽植器栽植质量的关键,适合此栽植器的最优特征参数λ为1.26,栽植株距范围为200～265mm。