【摘 要】
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吊杯式移栽机由于具有成穴、移栽一次性完成的优点,已成为移栽作业中使用较多的移栽机械,吊杯式栽植器作为吊杯式移栽机的主要作业部件,其工作性能直接影响移栽机的成穴及膜上成穴性能、成穴阻力及栽植品质。因此深入研究吊杯式栽植器的工作特性及其与土壤之间的相互作用机理,对于吊杯式移栽机械结构及性能的优化、栽植质量的提高有着十分重要的意义。本文在课题组所设计的高速悬挂式自动移栽机的基础上,研究吊杯式栽植器在栽植
【基金项目】
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项目名称:蔬菜穴盘苗高速栽植机械及关键技术研发，项目来源:市厅级项目、江苏大学农装学部重点项目；
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吊杯式移栽机由于具有成穴、移栽一次性完成的优点,已成为移栽作业中使用较多的移栽机械,吊杯式栽植器作为吊杯式移栽机的主要作业部件,其工作性能直接影响移栽机的成穴及膜上成穴性能、成穴阻力及栽植品质。因此深入研究吊杯式栽植器的工作特性及其与土壤之间的相互作用机理,对于吊杯式移栽机械结构及性能的优化、栽植质量的提高有着十分重要的意义。本文在课题组所设计的高速悬挂式自动移栽机的基础上,研究吊杯式栽植器在栽植过程中吊杯和土壤之间的动态作用机理。借助离散元仿真软件EDEM及多体系统动力学分析软件Recur Dyn,耦合仿真分析在土壤作用下吊杯的运动规律、吊杯的结构与运动参数对栽植孔的影响规律以及在吊杯作用下土壤的动态行为变化;借助有限元仿真软件ANSYS,与EDEM软件耦合仿真模拟吊杯受到土壤反作用力后的有限元性能;最后通过室内土槽模型台架试验及大田试验,分析栽植器的性能并验证模拟仿真试验的结论。本文主要研究工作如下:1.土壤颗粒群离散元仿真参数的确定。通过土壤的质地试验、密度试验、含水率试验、粒径百分比测定试验、三轴试验、直剪试验等获取土壤的物理特征参数;通过实际与仿真堆积角度对比试验确定土壤颗粒间的接触参数,并借助土壤物理特征参数确定土壤颗粒间的粘结参数;依据参考文献,确定土壤颗粒的其他仿真参数;根据上述参数建立土壤颗粒接触力学模型。2.吊杯式栽植器的结构及运动学仿真分析。对高速悬挂式自动移栽机及其吊杯式栽植器的组成、工作原理进行分析,同时对吊杯式栽植器的运动学特性进行理论分析;建立吊杯的EDEM-Recur Dyn耦合仿真模型并基于该模型对土壤作用下的栽植器运动规律进行分析。3.基于EDEM-Recur Dyn耦合的吊杯式栽植器与土壤相互作用过程的研究。在不同栽植频率下,对两种不同形状吊杯的有效成穴深度以及土壤回流后的孔穴尺寸进行分析;在不同栽植频率下,对两种不同形状吊杯的土壤扰动状态以及吊杯的受力进行分析;在同一栽植频率下对两种吊杯的膜上成穴性能进行分析;在栽植频率为96株/行/min条件下对两种吊杯在土壤不回流状态下的成穴阻力进行分析。4.基于EDEM-Workbench耦合的吊杯部件的性能分析。通过EDEM软件和ANSYS软件耦合仿真,加载模拟出栽植频率为96株/行/min时,栽植器成穴过程中两种土壤状态下土壤颗粒群对吊杯的动态反作用力,然后对两种吊杯的强度和刚度进行校核分析。5.吊杯式栽植器成穴性能试验研究。通过吊杯式栽植器试验台架进行室内土槽试验,测定栽植频率分别为60、72、84、96株/行/min时吊杯的成穴性能以及膜上成穴性能,并和仿真结果进行比较。通过本文移栽机样机进行田间试验,测定栽植频率分别为60、72株/行/min时吊杯的成穴性能以及膜上成穴性能。
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