基于钵苗运动动力学模型的鸭嘴式移栽机结构优化

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1、第34卷第9期农业工程学报Vol.34No.9582018年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMay2018基于钵苗运动动力学模型的鸭嘴式移栽机结构优化1,21,2※341金鑫，姬江涛，刘卫想，何亚凯，杜新武（1.河南科技大学农业装备工程学院，洛阳471003；2.机械装备先进制造河南省协同创新中心，洛阳471003；3.河南林业职业学院，洛阳471002；4.中国农业机械化科学研究院，北京100083）摘要：为了探究鸭嘴式移栽机因栽植速度提升，导致钵苗倒伏率和漏栽率升高的根本原因，该文试制了纯透明有机玻

2、璃质的鸭嘴式栽植器，并采用高速摄像对钵苗从导苗筒下落至栽植器底部的运动过程进行了试验研究。根据研究结果将钵苗在鸭嘴栽植器内的运动过程分为6个运动阶段，并建立了各运动阶段的动力学模型，得到了钵苗下落过程中与鸭嘴栽植器间的运动受力方程。选取苗龄为40d，基质成分为草炭：蛭石：珍珠岩=3∶1∶2，钵苗土钵含水率为55%的辣椒钵苗为研究分析及试验对象，以钵苗栽植运动时间为优化目标，对钵苗运动过程动力学模型进行优化，得出了栽植器最佳初始位置及结构参数为：钵苗下落初始位置为（40mm,350mm），鸭嘴栽植器上苗杯壁面与竖直面间的夹角为40°，栽植器鸭嘴部分倾角为82°；栽植机构最高转速不超过80

3、r/min，栽植器初始相位角为25°。通过高速摄像试验对钵苗在改进后栽植器中的运动时间进行了分析，得出钵苗从开始下落至离开栽植器的时间与理论时间基本吻合，且在栽植器运动至栽植位置前钵苗已落至栽植器底部，验证了理论模型的正确性以及参数优化的合理性。该研究可为鸭嘴式移栽机高速栽植转速和结构设计提供参考。关键词：机械化；优化；移栽；栽植机构；鸭嘴栽植器；钵苗；运动分析；试验doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.09.007中图分类号：S223.94文献标志码：A文章编号：1002-6819(2018)-09-0058-10金鑫，姬江涛，刘卫想，何亚凯，杜新武.

4、基于钵苗运动动力学模型的鸭嘴式移栽机结构优化[J].农业工程学报，2018，34(9)：58－67.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.09.007http://www.tcsae.orgJinXin,JiJiangtao,LiuWeixiang,HeYakai,DuXinwu.Structuraloptimizationofduckbilledtransplanterbasedondynamicmodelofpotseedlingmovement[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngi

5、neering(TransactionsoftheCSAE),2018,34(9):58－67.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.09.007http://www.tcsae.org[26]速；刘洪利等对玉米植质钵苗在投苗过程中的运动情0引言况进行了分析研究，建立了钵苗翻转及位移变化运动方[27]鸭嘴式栽植机构在钵苗移栽过程对钵苗无夹持作程；彭旭等建立了钵苗在导苗管中的运动学和动力学用，钵苗移栽全程运动是自由的，不易损伤，广泛应用模型，对钵苗在导苗管中的运动及影响钵苗直立率的因[1-5]于

6、现有移栽机型。然而，在对钵苗进行移栽作业的过程素进行了分析研究。中，钵苗不可避免的会与栽植器本身发生作用，并且随着本文通过采用透明式有机玻璃以及高速摄像机对钵栽植机构转速的增加，钵苗与栽植器间的相对运动也会发苗在鸭嘴式栽植器内的运动过程进行试验记录，根据试生一些变化，使得钵苗的直立率有所下降，甚至导致钵苗验记录的结果对钵苗与鸭嘴式栽植器间的互作特性进行[6-7]研究分析，探索高速作业条件下钵苗的栽植机理，找出导的漏栽现象，影响移栽作业过程中的栽植质量。目前对移栽过程的研究主要集中在取苗、栽植过程致钵苗倒伏率增加及漏栽率上升的根本原因，以期为鸭嘴相关机构的研究[8-18]及钵苗相关的物

7、理机械特性方面的式钵苗高速移栽转速和栽植结构的优化设计提供参考。[19-22]研究，对移栽过程中钵苗的运动方面的研究相对较1钵苗栽插下落过程分析[23]少，主要有向卫兵等采用ANSYS/LS-DYNA分析软件建立了钵苗从穴盘孔中吹出及与导苗管壁面相碰过程的高速移栽作业条件下，钵苗从导苗筒下落至鸭嘴栽有限元模型，获得了钵苗吹出和碰撞的运动规律；陈建植器底部的过程中，钵苗与栽植器间存在着复杂的相对能等[24-25]将钵苗在鸭嘴式栽植器内的运动过程分