组合式非圆齿轮行星轮系钵苗取苗机构的反求设计与试验

发布时间：2020-04-10 08:16

【摘要】：粮农组织最新数据显示,我国已成为全球最重要的蔬菜生产国家,每年国内蔬菜总产量达到全球的一半以上。育苗移栽作为蔬菜种植方式之一,能够更好的提高蔬菜等旱地经济作物的产量,充分利用光热土地资源,提高经济效益。因此,旱地钵苗移栽机的核心工作部件——移栽机构的研究工作就显得尤为重要,而且对于我国经济的发展也具有十分重要的意义。近年来,课题组专注于移栽机构的研究工作,先后提出多种不同构型的自动取苗机构,其中组合式不完全偏心圆—非圆齿轮行星轮系取苗机构通过特殊齿轮传动获得周期内传动比二次不等幅较大波动,很好的解决了前期构型冲击较大的问题,是目前较为优越的一种设计方案。但是该机构的推苗姿态还达不到理想状况,取苗爪取苗深度不够,而且机构运行时取苗爪携带的钵苗容易与另一取苗臂干涉。因此,本文拟在已有研究基础上,优化运动轨迹中的取苗段和推苗段轨迹,增加取苗深度和获取更优推苗姿态,基于拟合后的轨迹曲线利用反求设计方法得到一种由3个组合式非圆齿轮、4个非圆齿轮和2个取苗臂组成的行星轮系取苗机构,并相应的开展取苗机构的结构设计、运动仿真和试验研究。本论文主要内容和安排如下:1)论述国内外旱地蔬菜移栽机构研究成果及实际应用状况,对比不同移栽机构在设计和使用上的优缺点,针对旱地蔬菜钵苗移栽机构提出反求设计的研究方案。2)在现有机构取苗轨迹的基础上,分析局部轨迹调整对机构的取苗和推苗作业的影响,比较选取出相对最优取苗轨迹。在该轨迹上给定N个数据点,选用三次非均匀B样条曲线拟合方法,拟合出轨迹曲线所对应的N+2个控制顶点,利用德布尔公式求解轨迹曲线上所有点的坐标值。3)将新机构模型转化为三杆机构,基于拟合轨迹反求取苗机构的总传动比。通过拟合后的取苗轨迹点坐标计算三杆机构中曲柄和摆杆的长度,求解机构总传动比并分配两级传动比,然后求解机构各齿轮的节曲线数据。4)按照反求得到的节曲线等结果完成取苗机构的结构设计,应用UG绘制出各个零件三维模型并完成整体装配,利用Adams完成机构运动学仿真和虚拟试验研究,提高部件设计的合理性、准确性,以及设计效率。5)绘制图纸并加工装配行星轮系取苗机构样机,开展空转运动学试验和取苗试验,测试得到机构空转时的运动学轨迹,研究机构样机的运动学特性;利用现有的实验台开展实际取苗作业试验,对样机取苗效果进行分析,验证了机构应用于实际机械的可行性。
【图文】：

苗移栽,机构

回转箱充当行星架的功能。移栽工作由栽植爪来完成，并形成图1.1 中的取苗轨迹 A。图 1.1 左上方为取苗初始点，栽植爪移动轨迹基本与钵苗盘垂直，便于取苗。理论上讲该机构运行时，取苗臂的姿态能够很好的控制，可以比较好的实现取苗、移栽和种植的功能，但该机构存在机构较为繁琐、运动链过长等问题，同时工作时存在振动，设计制造成本相对与同类产品偏高，考虑到综合价值，该设备未能投入实际生产。与此同时，伊藤尚胜[30]等人设计的另外一种自动移栽机构，钵苗采用钵盘营养液来培育，通过夹钵式的取苗方式来完成取苗操作，取苗爪插入土钵过程中缓慢闭合，夹紧土钵后将其取出。该机构包含两部分：取苗机构和植苗机构，，如图 1.2 所示。取苗部分由旋转式齿轮系和曲柄滑道组成，其中行星架 1 作为主动构件，电机通过行星架 1 输入动力。机构运转时，两机构协同工作，此时取苗爪 6 顶点形成轨迹 5。该机构一个运转周期取苗植苗一次，单行移栽效率约为 50 株/分钟，效率偏低，不能满足实际移栽要求；若提高转速来增加效率，将会对取苗成功率产生较大影响，并损伤钵苗，且该机构中滑道部分容易造成磨损；另外取苗爪取苗时摆

钵苗,效率,协同工作,成功率

2道机两机构协同工作，此时取苗爪 6 顶点形成轨迹 5。行移栽效率约为 50 株/分钟，效率偏低，不能满足，将会对取苗成功率产生较大影响，并损伤钵苗，外取苗爪取苗时摆动过大，容易对钵苗根系造成伤也不利于推苗操作，导致钵苗倾斜，降低钵苗存活图 1.2 齿轮连杆组合式取苗机构
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.9

【参考文献】