【摘要】：隨著全球農業(yè)科學技術的發(fā)展,農業(yè)生產方式正在從露地栽培、設施栽培向植物工廠這一新的階段邁進,其重要特征之一就是高度的機械化、自動化,各類機械設備和配套裝置是工廠化農業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分。本文選題基于重慶市技術創(chuàng)新與應用示范專項產業(yè)類重點研發(fā)項目“蔬菜工廠智能裝備研發(fā)與示范”,針對工廠化生產葉菜的栽培特點,進行葉菜收割環(huán)節(jié)中葉菜切割裝置的開發(fā)研究,提出了一套葉菜收割系統(tǒng)的設計方案,并對其切割裝置進行了參數優(yōu)化。目前,露地栽培和設施栽培的葉菜收割機械,其研發(fā)思路大多是方案設計、樣機制造、田間試驗、改進優(yōu)化4個流程,其設計成本高,開發(fā)周期長。隨著仿真理論和計算機技術的不斷發(fā)展,計算機建模與仿真技術已大規(guī)模應用于產品設計過程中。本文在葉菜收割系統(tǒng)的開發(fā)過程中,借助聯(lián)合仿真技術對切割裝置進行研究,以預測其性能并縮短研發(fā)周期。本文在分析國內外葉菜收割機械的發(fā)展現狀、多領域聯(lián)合仿真技術的應用現狀和回歸設計方法的發(fā)展與應用的基礎上,確定了主要研究內容如下:1)工廠化葉菜收割系統(tǒng)設計。首先分析了工廠化生產葉菜的作業(yè)流程,確定了栽培盤、定植杯的結構參數,并對一批水耕栽培的葉菜進行了采樣,收集了株高、展開度、莖粗和凈重的數據;然后從輸送方案、切割方式和傳動類型等方面對比了幾種不同設計的優(yōu)缺點,確定了“連續(xù)輸送—氣動驅動—往復切割”的總體方案;最后對關鍵部件進行了設計和選型,包括栽培盤輸送機構、葉菜切割機構、成菜轉移機構和氣動傳動與控制系統(tǒng)等。2)切割裝置的聯(lián)合仿真建模�；贏DAMS-AMESim聯(lián)合仿真技術對包括葉菜切割機構和氣動系統(tǒng)在內的切割裝置進行了建模。首先根據氣動系統(tǒng)原理圖在AMESim中選擇合適元件建立仿真草圖,創(chuàng)建聯(lián)合仿真圖標,建立氣動系統(tǒng)模型;然后通過SolidWorks三維軟件將切割機構導入動力學仿真軟件ADAMS,對其設置約束和驅動完成動力學建模;最后在ADAMS界面進行兩個軟件的連接設置,并試運行仿真驗證聯(lián)合仿真模型。3)試驗平臺的搭建及試驗研究。對切割裝置進行實物試驗臺的搭建,包括臺架裝配、切割機構加工、氣動系統(tǒng)連接和拉壓力采集系統(tǒng)安裝。首先進行了葉菜切割試驗,結果顯示工作過程穩(wěn)定,能完成預定切割任務;然后進行了氣壓對切割力的影響試驗,得到了實際工況下氣缸對外輸出力的數據;最后以同等條件下的參數運行仿真,發(fā)現仿真與試驗的結果存在較大偏差。通過分析找出了原因,對邊界條件進行了完善,修正后的仿真模型更接近實際裝置,可用于參數優(yōu)化。4)氣動系統(tǒng)的參數優(yōu)化與仿真分析。結合回歸設計方法和聯(lián)合仿真虛擬試驗,對切割裝置的工作參數進行了優(yōu)化。首先以減壓閥壓力和節(jié)流閥開度為影響因素,氣缸輸出力、剪切速度和氣缸功率為評價指標,進行了二元二次回歸正交旋轉組合設計的方案編制;然后依據聯(lián)合仿真的結果數據,得到3個回歸方程,結合切割裝置對切割力和速度的約束條件,構建了約束優(yōu)化問題;最后利用MATLAB優(yōu)化函數fmincon計算得到可行域內的最優(yōu)因子組合。與中心試驗點的仿真結果對比發(fā)現,氣動系統(tǒng)經優(yōu)化后功率損失有所降低。
【圖文】：

工廠化葉菜生產條件分析1 作業(yè)流程分析按照日本最早提出的“植物工廠”概念，在設施內通過高精度環(huán)境控制物周年連續(xù)生產的系統(tǒng)就叫做植物工廠。它利用計算機對設施內溫度、濕、CO2濃度及營養(yǎng)液等進行自動控制，使設施內植物生長發(fā)育不受或很少件的制約[4]。在植物工廠中，葉菜的生產流程如圖 2-1 所示，主要包括播種、育苗、移等環(huán)節(jié)，在葉菜的規(guī)�；a過程中，為了降低勞動強度、提高生產效廣泛的引入工業(yè)自動化技術。作業(yè)的準備階段要對基質進行處理，包括、攪拌和育苗盤填充等；然后，在精量播種機上給每個穴杯播種，并覆；送往溫室的育苗盤在這里催芽并進一步培育到可以移栽；通過自動化將種苗從育苗盤轉移到栽培盤；然后送往立體旋轉栽培架培育，直至長以栽培盤為載體，送往人工處理或機械收割；最后將葉菜打包后送往冷出售。

西南大學碩士學位論文在“成菜收割”這一環(huán)節(jié)，由于以上特點的存在，工廠化葉菜收割機將般田間作業(yè)機械。按照國外的經驗，可以結合物流輸送流水線的形式安工序，包括葉菜的根葉分離、定植杯和基質收集、栽培盤清洗回收等。和精力，本文僅對葉菜的根葉分離這一作業(yè)過程進行分析，并設計了工收割系統(tǒng)。2 工序對接分析成熟期葉菜在進入收割系統(tǒng)時，是以栽培盤為載體進行輸送的，為了和中的其他工序相對接，，收割系統(tǒng)必須匹配栽培盤的相關結構參數。收獲期的葉菜以栽培盤為基本操作單元，如圖 2-2 所示，葉菜被種植在定基質里，在移栽過程中直接連定植杯從育苗盤轉移至栽培盤。
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S225.92

【參考文獻】

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本文編號：2707314