旋轮线齿轮系旱田全自动钵苗移栽机构的研究与优化设计

摘要

在我国东北地区，应用育苗移栽技术，可以有效地避免倒春寒、早春低温、霜冻等不良的气候影响，且可以提高作物的复种指数。但目前无论是国内还是国外的旱田钵菌移栽机，主要是以半自动移栽机为主，均有手工喂苗、效率低、劳动强度大等缺点。作者所在课题组结合旱地农作物的农艺要求，提出一种新型的非圆齿轮行星轮系旱田全自动钵苗移栽机构，并将应用在步行式以及高速式插秧机分插机构的前期优化方法，应用到该全自动移栽机构的优化参数过程中（软件著作权登记号:2013SR104893），并依据移栽机的实际工作情况建立优化目标函数，通过人机交互方式，计算优化目标的数值。 本文所设计的移栽机构仍采用水稻插秧机的移箱机构，应用现代设计法，并结合旱地作物的农艺要求（以玉米为例），对旱田全自动移栽机构进行系统的设计与分析，是集合移栽机构的结构创新、参数优化、结构设计、虚拟制造以及虚拟仿真和分析等为一体的现代设计方法。本文的具体研究内容如下: (1)收集并分析国内、外移栽机的现状及课题研究的意义，并针对目前我国国内的移栽机的现状，提出一些本文作者的思考。本文将水稻插秧机的结构应用到新的领域，提出移栽轨迹的形状为“8”字型轨迹，并指出轨迹中各个阶段的轨迹形状。并对玉米钵苗的取出力、拉断力进行试验，用以验证该机构的可行性，并根据其拉断力进行机器的性能评价; (2)针对该形状的移栽轨迹，提出旋轮线非圆齿轮行星系的传动结构，并对旋轮线齿轮啮合传动特性和运动学理论模型进行具体的分析，结合旋轮线回转式移栽机构的基本工作原理，分析行星系中各齿轮啮合相对和绝对转角，建立移栽机移栽机构的行星轮系中角度的理论体系，为开发运动学参数优化软件提供理论依据。 (3)以理论分析为基础，根据移栽的实际工作情况，寻找并建立运动学的优化目标函数，结合高速式插秧机分插机构的前期优化方法的思想，应用可视化编程软件Visual Basic6.0，开发出运动学优化软件，通过人机交互的操作方式，优化出符合优化目标函数的参数，利用软件中参数输出区并应用菜单栏中的“保存”命令查看和保存已经优化出的参数。 (4)结合作者所在课题组的其他物理样机调试和试验过程中存在的问题，应用二维设计软件AutoCAD，对非圆齿轮行星系移栽机构进行详细的结构设计;利用SoldWorks进行虚拟样机的建立并应用机械动力学软件ADAMS进行虚拟样机的仿真，通过这一整套的设计体系，验证虚拟样机的合理性。 (5)虚拟实验成功后，为尽可能快的实现市场化，提出作者自主开发的优化软件的进一步优化和对二维、三维图纸的变形设计思想。为全自动移栽机构的自主研发，提供一整套的开发思路。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的与意义

1．2 移栽机构的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究的主要内容和方法

1．3．1 主要内容

1．3．2 主要方法和技术路线

1．4 移栽机构的发展思考

1．5 本章小结

2 旱田全自动移栽机构的设计要求和实现

2．1 移栽机构的设计要求与实现

2．2 移栽机构的工作原理

2．3 工作原理验证实验

2．3．1 钵苗取出实验

2．3．2 钵苗拉断实验

2．4 本章小结

3 旋轮线齿轮系移栽机构的运动学分析

3．1 非圆齿轮传动特性分析

3．1．1 旋轮线齿轮系节曲线模型

3．1．2 传动比分析

3．2 移栽机构的运动学模型建立

3．2．1 运动学分析符号说明

3．2．2 (角)位移分析

3．2．3 (角)速度分析

3．2．4 (角)加速度分析

3．3 本章小结

4 移栽机构优化软件开发

4．1 软件总体概述

4．1．1 软件开发背景

4．1．2 软件系统的特点及整体构建

4．2 优化软件设计

4．2．1 软件主要界面

4．2．2 软件主要功能

4．3 非圆齿轮齿廓生成软件

4．4 本章小结

5 全自动移栽机构的参数优化

5．1 移栽机构的优化目标及其特点

5．2 参数变化对优化目标的影响

5．2．1 X方程中参数对各目标的影响

5．2．2 Y方程中参数对各目标的影响

5．2．3 各初始角对各目标的影响

5．2．4 结构参数对各目标的影响

5．3 移栽机构辅助优化结果

5．4 本章小结

6 全自动移栽机构的结构设计

6．1 移栽机构的整体结构设计

6．2 栽植臂的结构设计

6．3 移栽机构部分零件设计

6．3．1 推秧凸轮的设计

6．3．2 夹持装置的设计

6．3．3 推秧弹簧的选择

6．3．4 初始位置的确定

6．4 本章小结

7 虚拟样机的建立、仿真和结果分析

7．1 系统环境概述

7．2 基于SolidWorks的三维建模

7．2．1 非圆齿轮的实体建模

7．2．2 移栽机构的实体建模、装配和干涉检查

7．3 动态仿真流程

7．4 基于ADAMS的动态仿真

7．4．1 简化刚性模型

7．4．2 刚性模型的导入

7．4．3 添加约束和驱动

7．4．4 自由度的检验

7．5 动态仿真结果及分析

7．5．1 仿真结果的记录

7．5．2 夹秧片尖点位移分析

7．5．3 夹秧片尖点速度分析

7．5．4 夹秧片尖点加速度分析

7．6 本章小结

8 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文