不完全偏心圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的优化设计与试验

发布时间：2020-05-23 07:03

【摘要】：钵苗移栽是水稻机械化种植的主要方式之一,与机插秧相比,钵苗移栽技术具有秧苗分蘖早、返苗快、直立性好、增产明显等优点。推广水稻钵苗移栽技术不仅能提高我国水稻种植机械化程度,而且还能有效提高我国水稻生产能力。因此,开展水稻钵苗移栽机构的研究,具有重要的科学意义和实际应用价值。国内研制的水稻钵苗移栽机构多为杆机构,移栽后缓苗期较长,不利于分蘖,且由于杆机构自身结构缺陷,移栽工作振动大,很难提高移栽效率。以日本为代表的国外水稻钵苗移栽机多采用三套机构分别完成取秧、输送和栽植作业,取秧采用齿轮连杆机构,输送秧苗采用带式输送装置,栽植秧苗采用滑道—回转轮系式栽植机构,移栽机构的结构复杂、成本高、效率偏低且育苗要求高,不适合我国的水稻机械化种植作业。因此,本文提出了一种新型高效、运转平稳的水稻钵苗移栽机构——不完全偏心圆—非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构,采用一套回转机构完成以上三种动作,并建立了该机构的运动学模型,开展了机构参数优化、虚拟仿真和台架试验研究。主要研究内容和结果如下:1)在对现有水稻钵苗移栽机构的工作机理分析和研究的基础上,提出将一种不完全偏心圆—非圆齿轮变速传动应用于水稻钵苗移栽机构中,发明了新型旋转式移栽机构——不完全偏心圆—非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。该机构能完成取秧、输送和栽植三个动作,运转平稳且工作效率高。2)介绍了不完全偏心圆—非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构的工作原理,建立了该移栽机构的运动学模型,开发了机构的运动学辅助分析软件,分析了机构的传动特性。3)建立优化目标,采用“参数导引”优化方法,基于Visual Basic可视化平台自主开发不完全偏心圆—非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构参数优化软件,并通过该软件优化得到一组满足水稻钵苗移栽工作要求的参数:R=33 mm,e=4.3 mm,β=281o,0?=35o,0?=42o,0?=69o,S=155 mm。4)根据优化后的机构参数对水稻钵苗移栽机构进行结构设计,利用计算机辅助设计软件UG8.0建立机构的三维实体模型,进行虚拟装配,并将其导入ADAMS中,进行虚拟样机运动仿真,验证了所设计的移栽机构运动轨迹的正确性。在仿真后处理中对该机构进行运动学分析,得到机构的仿真运动轨迹以及速度曲线图,通过和理论分析的结果进行对比,验证了机构优化设计方法和结果的正确性。5)加工移栽机构的物理样机,将其安装在自制试验台上进行高速摄影运动学试验。通过高速摄影试验得到了机构工作轨迹和姿态的试验结果,并将其与理论结果进行比较。试验结果与理论结果基本一致,表明该机构的运动学建模和优化设计是正确的,优化设计的机构能够满足移栽工作要求。开展机构的动力学试验,测试得到机构支座在x、y方向上受力变化曲线,掌握了机构的振动特性。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S223.9

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