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輕便型溫室換盤移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn).pdf

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輕便型溫室換盤移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn).pdf

輕便型溫室換盤移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 趙升燚 劉繼展 周 昕 江蘇大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇 鎮(zhèn)江 212013 摘 要 針對(duì)國(guó)內(nèi)中小型溫室的實(shí)際生產(chǎn)需要 設(shè)計(jì)了一種輕便型溫室換盤移栽機(jī) 提出了多爪間隔定距取放苗 方案 從而大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)含爪距擴(kuò)展的多爪取放 輸送系統(tǒng) 同時(shí) 提出了源盤與目標(biāo)盤的長(zhǎng)距鏈傳動(dòng)推桿輸送 結(jié)構(gòu) 取代了傳統(tǒng)三伺服的喂盤取盤短距鏈傳動(dòng)與長(zhǎng)距帶組合結(jié)構(gòu) 在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的同時(shí) 有效提高了穴盤輸 送的定位精度 整機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度集成化 使用了模塊化的軟件設(shè)計(jì) 減少了被控對(duì)象和控制流程 并降低了 整機(jī)功耗 試驗(yàn)結(jié)果表明 源穴盤換行作業(yè)平均誤差 0 25mm 換盤作業(yè)平均誤差 0 89mm 目標(biāo)穴盤換行作業(yè)平均 誤差 0 31mm 換盤作業(yè)平均誤差 1 09mm 多爪取放苗機(jī)構(gòu)可高效完成取苗栽苗作業(yè) 水平輸送機(jī)構(gòu)以 1 5m s 驅(qū) 動(dòng)多爪取放苗機(jī)構(gòu)高速穩(wěn)定的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 該機(jī)的研制為各類溫室育苗的移栽作業(yè)提供了裝備支撐 關(guān)鍵詞 移栽機(jī) 穴盤 輕便型 溫室 中圖分類號(hào) S223 9 S625 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1003 188X 2020 11 0051 07 0 引言 移栽是溫室育苗重要環(huán)節(jié)之一 自動(dòng)化育苗已成 為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求 1 2 溫室育苗環(huán)境復(fù) 雜 由于生菜 番茄 辣椒 黃瓜等蔬菜幼苗生長(zhǎng)周期 不同 需移栽至不同規(guī)格穴盤中 勞動(dòng)力占用極大 耗 時(shí)耗力且移栽效率差 嚴(yán)重制約了我國(guó)育苗產(chǎn)業(yè)的自 動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展 3 6 因此 溫室換盤移栽設(shè)備的 研發(fā)對(duì)降低勞動(dòng)者負(fù)擔(dān)和提高生產(chǎn)效率具有重要意 義 穴盤苗自動(dòng)移栽是一種適合工廠穴盤苗生產(chǎn)的育 苗移栽方式 山東 浙江 江蘇 上海等地大型農(nóng)場(chǎng)育 苗模式已由傳統(tǒng)人工變?yōu)樽詣?dòng)化機(jī)器育苗移栽 大大 提高了生產(chǎn)效率 7 近年來 國(guó)內(nèi)外對(duì)智能移栽裝備 進(jìn)行了大量研究 國(guó)外移栽機(jī)技術(shù)已經(jīng)比較成熟 模 塊式的開發(fā)方式可實(shí)現(xiàn)多組取苗爪同時(shí)作業(yè) 作業(yè)效 率高 但成本也高 國(guó)內(nèi)所研制的溫室穴盤苗自動(dòng)移 栽機(jī)存在定位精度不高 控制性能不穩(wěn)定 智能化程 度較低及穩(wěn)定性差等問題 8 9 為此 自主研制了輕便型溫室換盤移栽機(jī) 對(duì)主 收稿日期 2019 05 05 基金項(xiàng)目 江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新項(xiàng)目 CX 16 1044 江蘇省高校自 然科學(xué)研究重大項(xiàng)目 A 類 16KJA210002 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā) 計(jì)劃項(xiàng)目 2018YF0700705 江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐重點(diǎn)資 助項(xiàng)目 BE2014406 作者簡(jiǎn)介 趙升燚 1995 男 安徽滁州人 碩士研究生 E mail 969936897 qq com 通訊作者 劉繼展 1976 男 河北衡水人 研究員 博士生導(dǎo)師 E mail liujizhan 163 com 要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 對(duì)穴盤輸送定位裝置機(jī)構(gòu) 多末端 移栽機(jī)構(gòu) 尺寸優(yōu)化及集成性布局 并開展一系列驗(yàn) 證試驗(yàn) 保證了高效率的移栽作業(yè) 1 整體設(shè)計(jì)方案與工作原理 1 1 作業(yè)環(huán)境 如圖 1 所示 國(guó)內(nèi)大型溫室育苗已逐漸采用標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)格的穴盤育苗模式 自動(dòng)化移栽裝備也用到生產(chǎn)線 上 只需少量的人工放盤 取盤 即可完成高效率的移 栽作業(yè) 10 圖 1 現(xiàn)代化溫室育苗 Fig 1 Modern greenhouse nursery 目前 國(guó)內(nèi)日光溫室大棚規(guī)格偏向于小型化 長(zhǎng) 度不宜大于 100m 面積小于 667m 2 為宜 與國(guó)外溫室 規(guī)模相差甚遠(yuǎn) 自動(dòng)化作業(yè)普及程度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 如 11 同時(shí) 國(guó)外移栽設(shè)備與國(guó)內(nèi)小型化的生產(chǎn)模式 并不相符 價(jià)格昂貴 體積較大 因此 低成本 易操 15 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期 DOI 10 13427 ki njyi 2020 11 009 作的輕便型移栽機(jī)的研發(fā)可有效提高農(nóng)戶的生產(chǎn)效 率 12 13 1 2 總體方案與結(jié)構(gòu) 輕便型溫室換盤移栽機(jī)主要由鏈?zhǔn)皆囱ūP與目標(biāo) 穴盤輸送定位單元 氣動(dòng)多爪取放苗單元 交互式集 成控制單元組成 三維結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 各單元均為 模塊化設(shè)計(jì) 可實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電路的快捷化拆裝 鏈?zhǔn)?源穴盤與目標(biāo)穴盤輸送定位單元 氣動(dòng)多爪取放苗單 元均為獨(dú)立的多滾輪移動(dòng)式設(shè)計(jì) 大大提高了該機(jī)使 用的輕便性 1 顯示器 2 直線模組 3 多末端移栽機(jī)構(gòu) 4 源穴盤輸送面 5 空壓機(jī) 6 伺服電機(jī) 7 控制柜 8 滾輪 圖 2 輕便型溫室換盤移栽機(jī)三維模型圖 Fig 2 Three dimensional model of an greenhouse sorting tray transplanter 2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在江蘇溧陽 金壇等地工廠化育苗場(chǎng) 進(jìn)行了育 苗品種 穴盤規(guī)格 育苗基質(zhì)及育苗期等規(guī)格與換盤 移栽作業(yè)需求的調(diào)研 本項(xiàng)目換盤移栽的對(duì)象為育苗 期不同苗齡常見蔬菜與花卉穴盤苗 移栽作業(yè)時(shí)株高 在 80 120mm 左右 如溫室主要栽培作物中需求量大 的番茄 黃瓜及辣椒穴盤苗 根據(jù)作業(yè)對(duì)象特征及作 業(yè)要求 對(duì)移栽機(jī)主要執(zhí)行部件進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)參數(shù) 設(shè)計(jì) 2 1 氣動(dòng)多爪取放苗單元 換盤移栽系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè) 需要移栽機(jī)構(gòu) 精確地將源穴盤里的移栽苗源移栽至目標(biāo)穴盤里的 空穴孔里 完成取苗 移送 放苗等動(dòng)作 移栽機(jī)構(gòu)直 接決定了移栽的質(zhì)量和效率 對(duì)集成換盤移栽系統(tǒng)至 關(guān)重要 2 1 1 現(xiàn)有多爪取放苗方案 多爪取放苗系統(tǒng)通常包括多套取苗爪和橫向水平 輸送機(jī)構(gòu) 為適應(yīng)源穴盤和目標(biāo)穴盤的穴孔距的差 異 還需要加裝復(fù)雜的爪距擴(kuò)展裝置 如圖 3 所示 爪距擴(kuò)展裝置的增加導(dǎo)致水平輸送動(dòng)作部件的復(fù)雜 笨重 相應(yīng)的水平承載輸送機(jī)構(gòu)更加龐大 且系統(tǒng)的 動(dòng)作快速性能受到極大限制 1 升降氣缸 2 取苗爪 3 電磁閥組 4 伺服電機(jī) 5 輸送模組 6 展合板 圖 3 現(xiàn)有多爪變距移栽機(jī)構(gòu) Fig 3 Existing multi claw variable distance transplanting mechanism 2 1 2 多爪間隔取放苗方案的提出 根據(jù)調(diào)研 換盤移栽中高密度盤與低密度盤的穴 孔距通常存在定比關(guān)系 50 孔穴盤 5 行 10 列 的穴 孔距為 105 孔穴盤 7 行 15 列 的 1 5 倍 如圖 4 所 示 分別以 105 孔穴盤與 50 孔穴盤作為源穴盤和目 標(biāo)盤 提出了 5 爪間隔取放苗方案 即分別以源穴盤 的 3 倍穴孔距間隔取苗 以目標(biāo)穴盤的 2 倍穴孔距間 隔放苗 實(shí)際爪距不變 從而避免了爪距擴(kuò)展的復(fù)雜 結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)了多爪取苗 水平輸送各環(huán)節(jié)的輕量化 a b 圖 4 穴盤示意圖 Fig 4 Schematic diagram of cavitation disk 25 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期 2 1 3 多爪取放苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)輕量化 根據(jù)多爪間隔取放苗方案 開發(fā)了無爪距擴(kuò)展裝 置的定爪距 5 爪取放苗機(jī)構(gòu) 由單氣缸實(shí)現(xiàn) 5 爪的同 步升降 5 爪開合分別由獨(dú)立微型氣缸控制 多爪可 靈活配置 以適應(yīng)不同規(guī)格穴盤的需要 并使移栽過 程中的實(shí)時(shí)分選成為可能 機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)如圖 5 所 示 1 角碼 2 浮動(dòng)連接座 3 滑塊 4 取苗爪 5 氣缸連接浮動(dòng)接頭 6 直線導(dǎo)軌 7 鋁型材 8 筆形氣缸 圖 5 多爪取放苗機(jī)構(gòu)三維模型圖 Fig 5 Three dimensional model diagram of multi claw picking and placing seedling mechanism 2 1 4 多爪水平輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)輕量化 由于多爪取放苗機(jī)構(gòu)的輕量化 使多爪的水平輸 送由單條的直線動(dòng)作單元實(shí)現(xiàn) 如圖 6 所示 本設(shè)計(jì) 采用了額定速度 2 16m s 動(dòng)作行程 1300mm 的同步 帶式直線模組 并通過 750W 交流伺服電機(jī)與多組光 電限位開關(guān) 實(shí)現(xiàn)了多爪的高速水平輸送和精確定位 控制 多爪加速度最大可達(dá) 8m s 2 1 多爪取放苗機(jī)構(gòu) 2 模組工作臺(tái) 3 支撐橫架 4 直線模組 5 伺服電機(jī) 圖 6 水平輸送機(jī)構(gòu)三維模型圖 Fig 6 Three dimensional model diagram of horizontal conveying mechanism 2 2 穴盤輸送定位單元 穴盤輸送機(jī)構(gòu)的進(jìn)給效果和精度直接影響到移栽 成功率 作業(yè)時(shí)需源穴盤輸送機(jī)構(gòu)將源穴盤中的穴盤 苗不斷地輸送到取苗爪的取苗位置 并在取苗爪完成 整排取苗后 使得源穴盤間歇進(jìn)給一個(gè)穴孔中心距 進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)的取苗 目標(biāo)穴盤輸送方式與此相 同 從設(shè)計(jì)成本 合理性的角度考慮 將源穴盤輸送 機(jī)構(gòu)與目標(biāo)穴盤輸送機(jī)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計(jì)為一種穴盤輸送 機(jī)構(gòu) 然后對(duì)稱加工制作 2 2 1 現(xiàn)有穴盤輸送定位方案 現(xiàn)有穴盤輸送定位系統(tǒng)由兩端喂盤取盤短距鏈傳 動(dòng)和長(zhǎng)距帶輸送方式構(gòu)成 造成整個(gè)傳送系統(tǒng)需 3 個(gè) 伺服電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 控制復(fù)雜且作業(yè)線過長(zhǎng) 同時(shí) 穴盤靠盤底與輸送面間的摩擦力實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距輸送進(jìn)給 易造成打滑而影響穴盤進(jìn)給精度 如圖 7 所示 1 喂盤區(qū) 2 皮帶輸送面 圖 7 現(xiàn)有穴盤輸送機(jī)構(gòu)示意圖 Fig 7 Schematic diagram of existing tray conveying mechanism 2 2 2 穴盤輸送定位機(jī)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì) 根據(jù)現(xiàn)有的移栽輸送機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)了一種長(zhǎng)距鏈傳 動(dòng)推桿輸送機(jī)構(gòu) 采用二級(jí)鏈傳動(dòng)的方式 單個(gè)伺服 電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)穴盤的推進(jìn) 壓縮輸送面長(zhǎng)度且降低了 電機(jī)數(shù)量 如圖 8 所示 1 短鏈條傳動(dòng)裝置 2 穴盤推桿 3 福馬腳輪 4 滾輪 5 長(zhǎng)鏈條 6 從動(dòng)軸 7 穴盤 8 導(dǎo)向板 9 導(dǎo)向板高度調(diào)節(jié)裝置 10 輸送面 11 主動(dòng)軸 圖 8 穴盤輸送機(jī)構(gòu)三維圖 Fig 8 Three dimensional schematic diagram of cavitation disk conveying mechanism 35 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期 長(zhǎng)距鏈輸送結(jié)構(gòu)兩端各安裝有張緊裝置 調(diào)節(jié)長(zhǎng) 鏈條的張緊度 從而降低長(zhǎng)鏈條高速傳動(dòng)中的橫向振 動(dòng) 用調(diào)心球軸承的自動(dòng)調(diào)心性補(bǔ)償鏈輪軸的不同心 度和軸撓度造成的誤差 以保證鏈輪與鏈節(jié)滾子之間 的嚙合效果 從而降低長(zhǎng)鏈條傳動(dòng)中的縱向振動(dòng) 進(jìn) 而保證了長(zhǎng)鏈條能平穩(wěn)和精確地帶動(dòng)穴盤推桿推動(dòng) 穴盤進(jìn)給 3 輕便 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 針對(duì)移栽機(jī)控制對(duì)象較多 運(yùn)動(dòng)復(fù)雜 作業(yè)精度 較高等問題 設(shè)計(jì)了一種輕簡(jiǎn)型控制系統(tǒng) 即模塊化 的程序框架 可實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)高精度運(yùn)動(dòng) 傳感器信 號(hào)的采集反饋 氣動(dòng)單元協(xié)調(diào)控制 設(shè)計(jì)目標(biāo)為 1 易操作 控制面板一鍵作業(yè) 一鍵急停操作 便于用戶控制 2 全自動(dòng)作業(yè)模式 取苗 輸送 栽苗 換行 換 盤等無停歇自動(dòng)作業(yè) 3 精確運(yùn)動(dòng) 高效率作業(yè) 穴盤可精準(zhǔn)間歇供 給 多爪移栽模塊橫向 縱向運(yùn)動(dòng)精確定位 各模塊間 協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 4 能耗降低 電力與氣體消耗降低 3 2 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)穴盤定位裝置及多末端移栽模塊輕便型結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 電機(jī)處負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)減小 直線模組及輸送板選用 750W 松下伺服電機(jī)作為動(dòng)力輸出源 功率遠(yuǎn)小于荷 蘭 Visser 溫室換盤移栽機(jī)電機(jī)功率 如圖 9 所示 圖 9 伺服電機(jī) Fig 9 Servo motor 由于傳統(tǒng)換盤移栽機(jī)需實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)輸入 5 6 軸運(yùn)動(dòng)伺服和超過 20 路氣動(dòng)元件的集成控制 通 常需由工控機(jī) 多軸運(yùn)動(dòng)控制卡 48 路數(shù)字量輸入輸 出卡構(gòu)成龐大復(fù)雜的控制系統(tǒng) 通過輕簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) 移 栽機(jī)動(dòng)力元件數(shù)有效壓縮為 3 軸交流伺服和 6 路氣 動(dòng) 同時(shí)借助目前 PLC 集成脈沖 晶體管 繼電器輸出 和多軸獨(dú)立脈沖控制的優(yōu)勢(shì) 14 15 構(gòu)建為基于多軸運(yùn) 動(dòng)增強(qiáng)型 PLC 的小型化集成控制系統(tǒng) 因此 本機(jī)選 用多軸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)型 PLC 作為主控制器 實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī) 精確運(yùn)動(dòng) 傳感器信號(hào)采集與反饋 氣缸開合等功能 在簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上 PLC 控制器的輸出 口 輸入口數(shù)量也大大減少 如表 1 所示 表 1 PLC 端口分配表 Table 1 PLC port allocation table 輸入口 說明 輸出口 說明 X0 作業(yè) Y0 直線模組脈沖 X1 停止 Y1 源穴盤輸送板脈沖 X2 直線模組限位 1 Y2 目標(biāo)盤輸送板脈沖 X3 直線模組限位 2 Y3 筆形氣缸電磁閥 X4 直線模組限位 3 Y10 直線模組方向 X5 激光傳感器 1 Y11 源穴盤輸送板方向 X6 激光傳感器 2 Y12 目標(biāo)盤輸送板方向 X7 磁性開關(guān) 1 Y13 取苗爪電磁閥 1 X10 磁性開關(guān) 2 Y14 取苗爪電磁閥 2 X11 磁性開關(guān) 3 Y15 取苗爪電磁閥 3 Y16 取苗爪電磁閥 4 Y17 取苗爪電磁閥 5 3 3 軟件設(shè)計(jì) 整機(jī)控制系統(tǒng)包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào) 傳感 器信號(hào)采集與反饋 電磁閥通斷控制 從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)高精度協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 因此 設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于換盤移 栽機(jī)的模塊化軟件 有利于樣機(jī)的開發(fā)與調(diào)試 模塊 化軟件框圖 將整個(gè)移栽機(jī)軟件部分化為控制面板單 元 穴盤輸送定位單元 水平輸送定位單元及氣動(dòng)取 放苗單元 分別按照設(shè)定的子模塊程序進(jìn)行同步運(yùn) 動(dòng) 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 10 所示 圖 10 控制系統(tǒng)原理圖 Fig 10 Control system schematic diagram 45 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期 在移栽機(jī)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上 圍繞幼苗種類 穴盤 規(guī)格不同的問題 實(shí)現(xiàn)了多末端移栽模塊精確運(yùn)動(dòng)并 停止在對(duì)應(yīng)作業(yè)點(diǎn) 結(jié)合移栽機(jī)各結(jié)構(gòu)參數(shù) 分析出 移栽機(jī)各運(yùn)動(dòng)單元的先后作業(yè)順序 如圖 11 所示 圖 11 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)流程圖 Fig 11 Flow chart of system motion 移栽機(jī)控制系統(tǒng)硬件基于 PLC 開發(fā) 軟件平臺(tái)集 成伺服運(yùn)動(dòng)控制模塊 例如 D VI 指令輸出指定頻 率脈沖數(shù) 用來實(shí)現(xiàn)穴盤逐行進(jìn)給及換盤 PLSF 指令 輸出變頻脈沖 控制模組移送過程中加減速時(shí)間 根 據(jù)移栽作業(yè)流程可知 控制單次移栽作業(yè)中電機(jī)的先 后運(yùn)動(dòng)速度 距離 以及各氣缸進(jìn)氣 出氣通斷時(shí)間 即可完成移栽機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào) 4 樣機(jī)與驗(yàn)證 4 1 樣機(jī)開發(fā) 根據(jù)移栽機(jī)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì) 算 完成了輕便型溫室換盤移栽機(jī)的開發(fā) 如圖 12 所 示 為簡(jiǎn)化整機(jī)框架結(jié)構(gòu)及減小質(zhì)量 選用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè) 鋁型材作為框架 質(zhì)量小 承受力強(qiáng) 輸送板質(zhì)量承 受支架尺寸為 40mm 40mm 整機(jī)質(zhì)量承受支架尺寸 為 80mm 80 mm 皆為空心矩形管 同時(shí) 在此硬件 結(jié)構(gòu)上可進(jìn)行檢測(cè) 分選 棄苗 補(bǔ)栽等功能模塊擴(kuò) 展 實(shí)現(xiàn)溫室分選 移栽 補(bǔ)栽系統(tǒng)集成式設(shè)計(jì) 滿 足用戶功能擴(kuò)展需求 1 補(bǔ)栽機(jī)構(gòu) 2 檢測(cè)裝置 圖 12 樣機(jī)實(shí)物圖 Fig 12 Transplanting machine 將移栽機(jī)控制系統(tǒng)部件安裝在移栽機(jī)底部質(zhì)量承 受框架上方 有效利用了移栽機(jī)空間資源 整機(jī)采用 電動(dòng) 氣動(dòng)兩種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式 直線模組及輸送板處 電機(jī)采用 220V 交流電源驅(qū)動(dòng) 多末端移栽機(jī)構(gòu)采用 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 樣機(jī)尺寸 質(zhì)量 功率與荷蘭 Visser 公司 PIC O MAT PC21 型全自動(dòng)換盤移栽機(jī)相比 尺 寸縮小 能耗降低 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 樣機(jī)詳細(xì)參數(shù)如表 2 所 示 表 2 樣機(jī)參數(shù)對(duì)比 Table 2 Comparison of prototype parameters 類別 長(zhǎng) mm 寬 mm 高 mm 質(zhì)量 kg 功率 kW 樣機(jī) 2930 2760 2060 800 3 Visser 3400 3000 2200 1350 6 4 2 驗(yàn)證試驗(yàn) 4 2 1 試驗(yàn)背景與方法 2019 年 3 月 在江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教 育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 對(duì)樣機(jī)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行了精度誤差試 驗(yàn) 驗(yàn)證作業(yè)精度是否滿足移栽作業(yè)要求 具體包括 穴盤間歇進(jìn)給精度試驗(yàn) 多爪移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)精度試 驗(yàn) 以及加減速過程移栽機(jī)構(gòu)振動(dòng)性能試驗(yàn) 1 穴盤間歇進(jìn)給精度試驗(yàn) 源穴盤單次逐行需 進(jìn)給 36 5mm 目標(biāo)盤單次逐行需進(jìn)給 51mm 換盤均 需進(jìn)給 665mm PLC 控制器發(fā)送設(shè)定距離的脈沖數(shù) 電機(jī)帶動(dòng)推桿將穴盤進(jìn)給相應(yīng)的距離 輸送面上方導(dǎo) 向板標(biāo)記當(dāng)前行穴孔中心位置 該行向前進(jìn)給后重新 標(biāo)記 數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量?jī)商帢?biāo)記點(diǎn)的距離 與設(shè)定 的運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行對(duì)比 得出換行 換盤作業(yè)誤差 如圖 55 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期 13 所示 對(duì)上述進(jìn)給進(jìn)行 10 次重復(fù)試驗(yàn) 記錄每次 誤差值 圖 13 穴盤間歇進(jìn)給試驗(yàn) Fig 13 Hole disc intermittent feeding test 2 多爪移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)精度試驗(yàn) 直線模組在取 苗區(qū) 栽苗區(qū)的光電限位開關(guān)用于控制多爪移栽機(jī)構(gòu) 在對(duì)應(yīng)作業(yè)點(diǎn)停止 移栽機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中依次在 3 處取苗點(diǎn)停止 進(jìn)行取苗作業(yè) 依次在 2 處栽苗點(diǎn)停 止 進(jìn)行栽苗作業(yè) 如圖 14 所示 判斷模組在高速運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)下的作業(yè)點(diǎn)定位精度 是否可以進(jìn)行完整地取 苗 栽苗作業(yè) 圖 14 多爪移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)精度試驗(yàn) Fig 14 Precision test of multi jaw transplanting mechanism 3 加減速過程移栽機(jī)構(gòu)振動(dòng)性能試驗(yàn) 在勻加 速 減速模式下 PLC 控制器設(shè)定最大速度 V 加減速 時(shí)間 t 電機(jī)達(dá)到不同的加減速狀態(tài) 5 個(gè)取苗爪均攜 帶有穴盤苗 驗(yàn)證不同的加 減速度狀態(tài)下 苗坨是否 會(huì)由于慣性在加減速過程中脫落 4 2 2 試驗(yàn)結(jié)果與分析 試驗(yàn)結(jié)果表明 源穴盤換行作業(yè)平均誤差 0 25mm 換盤作業(yè)平均誤差 0 89mm 目標(biāo)穴盤換行作業(yè)平均誤 差 0 31mm 換盤作業(yè)平均誤差 1 09mm 滿足穴盤間歇 進(jìn)給作業(yè)要求 直線模組驅(qū)動(dòng)多爪移栽執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度 可達(dá) 1 5m s 穩(wěn)定輸送 并精準(zhǔn)停在對(duì)應(yīng)的光電限位開 關(guān)處 取苗爪可進(jìn)行完整的取苗 栽苗作業(yè) 隨著直線模 組速度的提高 取苗損傷率也隨著上升 圖 15 加減速狀態(tài)試驗(yàn) Fig 15 Acceleration and deceleration condition test 在模組加減速過程中 加速狀態(tài)下無明顯振動(dòng) 取苗爪可穩(wěn)定夾苗 減速狀態(tài)中 減速時(shí)間越短 振 動(dòng)幅度越大 在 3m s 2 減速時(shí)無明顯振動(dòng) 無苗坨脫落 情況 5m s 2 減速振動(dòng)明顯 并無苗坨脫落 8m s 2 減速 時(shí)振動(dòng)強(qiáng)烈 發(fā)生苗坨下墜情況 綜上所述 移栽機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)下的協(xié)調(diào)性配合 作業(yè)精度誤差均在設(shè)計(jì)誤差范圍 內(nèi) 完全符合實(shí)際生產(chǎn)的需要 5 結(jié)論 1 根據(jù)溫室育苗移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)和作業(yè)原理 分析 了自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)的需求 完成了移栽機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2 針對(duì)現(xiàn)有換盤移栽機(jī)的尺寸能耗等問題 對(duì)主 要部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和作業(yè)區(qū)域集成化 機(jī)身尺寸為 2930mm 2760mm 2060mm 長(zhǎng) 寬 高 質(zhì)量為 800kg 實(shí)現(xiàn)了換盤移栽機(jī)的小型化及輕量化 3 為驗(yàn)證溫室換盤移栽機(jī)主要結(jié)構(gòu)性能 進(jìn)行了 穴盤進(jìn)給精度 移栽模塊運(yùn)動(dòng)精度 橫向輸送加減速 狀態(tài)下夾苗穩(wěn)定性等一系列驗(yàn)證試驗(yàn) 結(jié)果表明 自 主設(shè)計(jì)的移栽機(jī)可以很好實(shí)現(xiàn)溫室穴盤苗的高速移 栽作業(yè)需求 參考文獻(xiàn) 1 黃秋鑾 論設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及對(duì)策 J 辣椒雜志 2011 9 2 40 43 2 馬煒 閔麗萍 馬昌明 設(shè)施蔬菜育苗技術(shù) J 農(nóng)村科 技 2014 4 50 51 3 韓綠化 毛罕平 胡建平 溫室穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)設(shè)計(jì)與 試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2016 47 11 59 67 4 徐廣鵬 張闖闖 楊鐵鋼 等 一種種苗移栽機(jī)自動(dòng)取苗 送苗裝置 J 農(nóng)機(jī)化研究 2016 38 6 249 252 65 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期 5 劉凱強(qiáng) 曹衛(wèi)彬 連國(guó)黨 等 穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)苗盤輸 送裝置的設(shè)計(jì)研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2016 38 4 126 129 6 趙英杰 馬振 陳永 等 移栽機(jī)自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研 究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2018 40 7 68 71 7 郝金魁 張西群 齊新 等 工廠化育苗技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展 對(duì)策 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012 40 1 349 351 8 王僑 穴盤苗自動(dòng)取苗機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究 D 石河 子 石河子大學(xué) 2013 9 李華 曹衛(wèi)彬 顧文俊 等 夾持式取苗機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2014 36 7 107 109 10 于亞波 伍萍輝 馮青春 等 我國(guó)蔬菜育苗裝備研究應(yīng) 用現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策 J 農(nóng)機(jī)化研究 2017 39 6 1 6 11 鐘鋼 國(guó)內(nèi)外溫室發(fā)展歷程 現(xiàn)狀及趨勢(shì) J 農(nóng)業(yè)科 技與裝備 2013 9 68 69 12 王留柱 溫室缽苗移栽機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與移栽動(dòng)平臺(tái)研究 D 鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué) 2016 13 顧俊 溫室穴盤苗并聯(lián)高速移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 鎮(zhèn) 江 江蘇大學(xué) 2017 14 李男 劉繼展 高架草莓移栽機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)機(jī)化研究 2019 41 11 122 126 15 魏新華 包盛 劉曉凱 等 穴盤苗全自動(dòng)移栽機(jī)運(yùn)動(dòng)協(xié) 調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與移栽試驗(yàn) J 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 2016 47 12 1 7 Design and Experiment of Portable Greenhouse Transplanting Machine Zhao Shengyi Liu Jizhan Zhou Xin Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology Ministry of Education Jiangsu University Zhen jiang 212013 China Abstract According to the actual production needs of small and medium sized greenhouse in China a portable green house transplanter was designed A multi paw interval and distance pick and place seedling solution scheme has been proposed which greatly simplifies the multi claw pick and place and transport system with the extended claw distance At the same time the long chain transmission push rod conveying structure of the source disk and the target disk is proposed which replaces the traditional three servo feeding disk take up short chain transmission and long distance belt combination structure While achieving lightweight structure the positioning accuracy of the tray conveying is effectively improved The whole machine control system is highly integrated using modular software design reducing the controlled object and control flow and reducing the power consumption of the whole machine The test results show that the average error of the source hole tray shifting operation is 0 25mm and the average error of the disk changing op eration is 0 89mm The average error of the target pallet change operation is 0 31mm and the average error of the change operation is 1 09mm The multi claw picking and placing seedling mechanism can efficiently complete the seed ling planting operation and the horizontal conveying mechanism drives the multi claw picking and placing seedling mechanism to reciprocate at a high speed and stability at 1 5 m s The development of the machine provides equipment support for the transplanting operation of various greenhouse seedlings Key words transplanting machine hole tray portable green house 75 2020 年 11 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 11 期

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