帕斯卡齿轮辣椒钵苗移栽机构的优化设计与仿真分析

发布时间：2020-08-25 19:07

【摘要】：辣椒因良好的味觉口感、丰富的利用价值,深受人们喜爱。目前,我国是世界上最大的辣椒生产国,已成为农民致富重要的经济作物,但是大部分种植区还在沿用人工移栽。欧美等农业发达国家使用的全自动移栽机,由于控制系统复杂、价格昂贵,不符合我国国情推广困难;不同结构形式的半自动机型采用人工喂苗,大大限制了效率且可靠性较差。近几年,由于人工移栽的成本不断增长,制约了经济增长。在这种状况下,提高辣椒移栽作业机械化水平,研发高效轻简化、作业性能稳定的全自动辣椒钵苗移栽机构十分重要。鉴于种种阻碍提高移栽作业机械化水平的不利因素,依托课题组的优化设计平台,研制出一种符合农艺要求的帕斯卡齿轮全自动辣椒钵苗移栽机构。合理运用现代设计方法,建立移栽机构理论模型,编写可视化计算机辅助分析软件,对复杂的辣椒钵苗取秧轨迹进行优化,使之满足农艺要求,并通过完善的CAD系统完成数字化样机的设计装配和机构虚拟仿真试验,并将这种计算机作为辅助工具的设计方法贯穿设计始终,为后续的设计者研究提供了一个较为准确、合理的依据,具体研究内容如下:(1)结合课题研究内容,对国内外市场上推广使用的现有移栽机工作原理进行分析比较,发现其中难以适应我国国情的种种难题,即如何简单、高效的完成辣椒钵苗全自动的移栽过程。(2)培育一定数量的辣椒营养盘钵苗,对苗龄适合移栽作业的壮苗进行基本物理信息测量实验及力学试验,诸如测量植株高度、茎秆直径等。提出了适用于辣椒钵苗移栽时叶片较大的反转小环扣“8”字型轨迹,并对其特点进行分析。为满足辣椒钵苗复杂的移栽轨迹,将变速比传动的帕斯卡齿轮系应用到辣椒钵苗移栽机构的设计中,提出基于改变帕斯卡蜗线参数拟合齿轮节曲线的方法,使机构工作轨迹满足辣椒移栽农艺,并对其共轭齿轮的节曲线进行设计,从而完成对回转式帕斯卡齿轮辣椒钵苗移栽机构的开发研制。(3)针对上述提出的帕斯卡齿轮系全自动辣椒钵苗移栽机构,建立其理论运动模型,分析齿轮系中各齿轮的运动规律,求解出运动学方程,为后续开发出辣椒钵苗移栽机构计算机辅助优化设计软件打下坚实基础。(4)在理论分析的基础上,借助Visual Basic 6.0编程语言,自主开发出可视化人机交互式的辣椒钵苗计算机辅助优化设计软件,对软件的界面、各控制按钮及主要功能进行介绍。对比不同输入参数下的移栽轨迹,优化出满足移栽农艺要求的“8字型”工作轨迹,记录该轨迹所对应的输入参数,为移栽机构的结构设计提供依据。(5)利用Auto CAD2010软件,参照计算机辅助优化设计软件中优化出的结构参数,采纳合理化建议,对移栽机构各部件进行设计,最后完成机构二维图纸的绘制。根据绘制出的图纸,借助NX8.0软件,完成该机构数字化模型的构建与样机装配。(6)将干涉检查完成的装配样机在Adams2010环境下,完成对该机构的运动学仿真试验。发现仿真试验获得的机构绝对、相对运动轨迹与夹秧片尖点的运动特性曲线与从优化中得到的结果大体保持一致,使机构理论分析的正确性与样机制造的实际可操作性得到充分肯定。应用3D打印技术实现回转式帕斯卡齿轮辣椒钵苗移栽机构物理样机的快速成型,通过高速摄影试验,验证了机构工作轨迹的一致性,肯定了该机构开发研制的正确性。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S223.9

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