水稻钵苗移栽机构的优化设计及试验研究

发布时间：2020-05-12 19:29

【摘要】：移栽机构是决定水稻钵苗全自动高速移栽作业质量的核心工作部件，其运动机理复杂，工作性能要求多。本文作者所在的课题组提出了一种椭圆齿轮-不完全非圆齿轮行星轮系旋转式水稻钵苗移栽机构并对其进行了设计。该机构参数优化数学模型具有非线性、模糊性、强耦合性的特点，如运用遗传算法、神经网络等优化方法，不仅对问题的依赖性大，而且需要依靠惩罚函数来逼近极值，惩罚因子、目标加权值都很难确定。因此，课题组采用人机交互可视化优化方法对该水稻钵苗移栽机构的参数进行了优化，但是该优化方法需要设计者深入了解优化参数、优化目标，普遍适用性差，优化效率较低。此外，通过取秧试验发现优化后的移栽机构虽能满足钵苗移栽工作要求，但是由于存在取秧时间长、无推秧装置等问题，机构取秧和推秧效果不佳。因此，本文在研究了不同优化方法的优缺点后，将参数导引优化方法与模糊性能要求数值化相结合，对该移栽机进行优化设计，开展相关试验研究，改进该机构的结构，以提高优化效率和机构工作性能。本文的主要研究内容和结果如下： 1）介绍了椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的结构组成及工作原理，建立了移栽机构的运动学模型。 2）从运动干涉、移栽效果、运动轨迹和姿态、机构的结构等方面的要求，对水稻钵苗移栽机构的运动学优化目标进行研究，并应用模糊数学理论采用合适的隶属函数对目标要求进行描述，使模糊目标数值化，建立了水稻钵苗移栽机构的10个数值化优化目标。 3）运用“参数导引”优化方法，基于Visual Basic可视化平台自主开发水稻钵苗移栽机构参数优化软件（计算机软件著作权登记号：2014SR102877），并应用该软件优化得到满足一组水稻钵苗移栽工作要求的参数：a=24.482mm，k=0.991mm，=283°，，=5°，0=29°，φ0=70°，S=153mm。 4）针对课题组以往的水稻移栽机构取秧试验中出现的各种问题，分析了机构的结构设计的不足之处，并对移栽机构的结构进行改进设计，最主要的设计是增加推秧装置和优化移栽臂的凸轮机构。 5）根据优化后的机构参数和改进设计结果对水稻钵苗移栽机构进行结构设计，利用UG7.5建立机构的三维实体模型，并将其导入ADAMS中，开展机构的虚拟样机仿真试验，在仿真后处理中对其进行运动学分析，得到机构仿真运动轨迹和机构改进前后的取秧时间。通过比较机构仿真分析和理论分析的运动轨迹，验证了机构优化设计方法的正确性，同时通过比较机构改进前后取秧时间，验证凸轮机构改进设计的正确性与有效性。 6）研制移栽机构物理样机，将其安装在课题组自主设计的水稻钵苗移栽试验台上进行高速摄影运动学试验。通过机构运动学试验掌握了机构移栽工作轨迹和姿态的试验结果，并将其与理论结果进行比较。两种结果基本一致，表明优化设计后机构能够满足移栽工作要求，优化设计方法和改进设计是正确的。 7）开展移栽机构在不同转速、不同凸轮机构和有无推苗装置三种情况下的取秧试验。通过试验分析得出不同取秧速度对取秧成功率的影响情况，以及改进凸轮机构前后移栽机构取秧成功率和增加推秧装置前后的推秧成功率情况，验证移栽机构改进效果，检验机构的工作性能，证明该机构被应用于实际机器的可行性。
【图文】：

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且对育秧和整地的质量要求较高。在我国引情，没能在国内推广。1.秧盘移动 2.秧盘静，启动顶杆3.顶杆推出钵秧（b）机构顶秧过程水稻钵苗摆栽机移栽机（专利号为：ZL200480007602.4）[26]，

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浙江理工大学硕士学位论文水稻钵苗移栽机构的优化设计及试验研究移栽的钵苗是采用半硬塑胶钵盘培育的，钵穴呈上大下小的圆锥状，其底部留有孔，便于顶针将钵苗顶出。该水稻摆栽机一次可摆栽 6 行工作效率高，作业质量高，但其机构复杂，采用三套机构完成 3 个动作，致使成本很高，且对育秧和整地的质量要求较高。在我国引进这个高价位的摆栽机较少，不适合我国国情，没能在国内推广。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S223.9

【参考文献】