基于五杆机构的穴式免耕播种机关键技术研究

摘要

论文选题源于“国家公益性行业（农业）科研专项”(201303011)，采用理论分析与创新设计、虚拟仿真与样机试验相结合的方法，就基于五杆机构的穴式免耕播种机关键技术进行深入的研究。
　　通过查阅相关文献，归纳各机型在播种过程中的防堵机理，进而得出，现有免耕播种机对秸秆的处理方式分为两种:一种是对秸秆根茬切断，清理出播种条带，另一种是将播种带上的秸秆移除，两种方式均可实现免耕播种，但是也存在一些不足，如剪切的方式对作业部件的要求高，且对秸秆的适应量有限，而移除的方式在干旱条件下作业时，会引起扬尘现象，同时也存在对作业部件要求高及功耗大等问题。在此基础上，明确本论文的研究方向是设计出不对秸秆残茬进行处理的免耕播种机构，采用穴播的方式直接进行打穴播种。
　　(1)创新五杆成穴机构
　　对采用类似作业方式的农业机械进行分析，得出运动轨迹是各机械保证作业效果的必要条件。结合该机构作业条件，需保证大行程小穴口的作业要求，定位成穴端点的相对运动轨迹为类椭圆形，可在满足离心率的前提下通过调整参数使其绝对轨迹满足要求。五杆机构由于具有较多的尺寸和相位角参数、不同的驱动方式和传动比，可绘制出丰富的轨迹曲线，因此选择五杆机构作为轨迹的形成机构。采用五杆机构带动成穴机构的方式进行成穴，创新设计出五杆成穴机构。该机构既能满足免耕播种对于轨迹行程的要求，又可有效克服现有免耕播种机在防堵方面存在的不足。
　　(2)五杆机构参数求解
　　本论文需求得成穴端点的相对轨迹为类椭圆形，绝对轨迹中有效行程较大且绕扣最大横弦长较小，并符合作业要求的五杆机构参数组合。根据其结构约束及空间位置约束，确定参数关系，采用轨迹区域定位，对区域内的轨迹进行特征分析，确定满足要求的轨迹特征，利用CATIA V5R21机械设计模块、知识工程模块与DMU数字样机模块，对机构进行参数化建模与运动仿真，绘制机构在不同参数组合时的成穴端点轨迹，研究各参数对轨迹的影响规律，结合数值循环比较法，在目标函数及机构空间位置的双重约束下，得出机构参数组合。
　　(3)间歇排种机构设计与技术集成
　　为与五杆成穴机构相配合形成完整的免耕播种装置，对其他零部件进行了选型与设计，并进行集成。左右支撑架给五杆机构提供支撑与动力传递，间歇排种机构保证了在作业时，只有当五杆机构运动到特定位置，排种器才进行排种，确保了种穴一致性，同时避免了五杆机构由于动力不足或结构原因停止作业时种子的持续掉落，减少了种子的浪费。
　　(4)试验平台建立与试验研究
　　为观察五杆成穴机构在成穴器夹角不同时的对秸秆的穿透能力及扰动情况，设计出可全面体现五杆成穴机构特征、可适应多因素多水平调整的五杆成穴机构试验平台。在不同秸秆覆盖形式、不同秸秆厚度的试验条件下，通过改变CD杆与成穴杆之间的夹角观察成穴器对秸秆的穿透能力及扰动情况。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景及目的意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 目的意义

1．2 国内外研究情况和发展趋势

1．2．1 国内研究情况

1．2．2 国外研究情况

1．2．3 存在问题及发展趋势

1．3 研究内容和方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

1．4 预期结果及技术指标

2 成穴器运动轨迹分析与机构选择

2．1 概述

2．2 理想轨迹

2．3 机构选择

3 双曲柄五杆机构分析

3．1 机构工作原理

3．2 结构分析

3．2．1 数学模型建立

3．2．2 约束条件

3．3 空间限制

3．4 CATIA运动学仿真

3．4．1 建模及仿真

3．4．2 参数化设计

3．4．3 轨迹区域分布特性

3．4．4 参数对轨迹的影响

3．5 机构参数

3．6 空间布置

3．7 小结

4 成穴器设计

4．1 成穴方案

4．2 结构设计

4．3 工作原理

5 间歇排种机构设计

5．1 排种器选择

5．2 间歇机构选型

5．3 传动布置与工作过程

6 技术集成

6．1 总体结构

6．2 工作原理

7 五杆成穴机构试制与试验

7．1 机构试制

7．2 试验设计

7．2．1 试验条件

7．2．2 试验仪器和设备

7．2．3 试验方法

7．3 试验结果与分析

7．4 小结

8 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文