2ZXWW-2移栽机自动升降仿形系统设计与仿真分析

摘要

近年来，随着国家对农机行业资金投入力度的不断增加，移栽机械化技术取得了很大的发展。但我国的移栽机械发展起步较晚，和发达国家相比还有很大的差距，尤其是底盘，是阻碍自动移栽机研发进程的关键因素。目前国内自主研制的移栽机底盘大多采用手动式升降结构，地面凹凸不平时不能实时调节底盘与垄面的距离，影响钵苗栽植深度的均匀性，不能满足垄上栽植的要求。本文结合蔬菜垄上栽植需要和农艺要求，在消化吸收洋马PA1A移栽机自动升降仿形底盘基础上，设计出一套适合自制2ZXW-2型穴盘苗移栽机底盘的自动升降仿形系统，通过建立虚拟样机模型、仿真分析和试验，研究升降仿形系统的作业性能。
　　本文完成的主要工作及结论如下:
　　(1)结合移栽机垄上栽植作业需求，设计出一种由自动升降机构、地面仿形机构和整机自动平衡装置构成的升降仿形系统。并对各机构的结构和工作原理进行了详细分析。自动升降机构是由两个非平行四边形机构并联组成的多连杆机构;仿形机构是基于感应轮对垄面高度的变化反馈调节液压系统达到控制升降机构的目的;整机自动平衡装置通过摆锤式传感器感知机体倾斜，调节液压系统自动修正机体平衡。
　　(2)建立升降机构的数学模型，结合国外现有机型以及本机工作性能和底盘的约束条件，确定了升降机构各杆件尺寸，通过分析得出系统升降高度以及水平方向位移和各尺寸参数之间的关系。
　　(3)根据该系统要实现的自动升降和整机自动平衡功能，分别设计出换向回路和锁紧回路来实现上述功能，并对关键液压元件进行选型和工作原理分析。
　　(4)在ADAMS中建立升降机构的虚拟样机模型，进行运动学和动力学仿真分析，通过运动学仿真得出了系统前后升降高度差对移栽平台与水平方向夹角的影响为1.099°，对栽植质量影响很小。水平方向位移对栽植株距的最大影响为35mm，不会导致栽植株距不合格，验证了升降机构设计的合理性。动力学仿真结果为后续机械液压联合仿真提供参考。
　　(5)在ADAMS/Hydraulics环境下建立液压回路，并和机械模型虚拟连接，进行机液压联合仿真分析，得到了液压系统的压力、流量、液压缸受力、速度等相关参数变化，仿真结果表明所设计液压回路能够满足工作需求，并为模型的整体优化提供参考。
　　(6)以自制的2ZXW-2型穴盘苗自动移栽机为研究对象，利用超声波传感器、数据采集分析仪等试验器材，研究作业过程中仿形机构的仿形作业性能。以底盘和垄面间距稳定性以及钵苗栽植深度均匀性作为评价指标，对样机仿形作业性能进行试验研究。测距试验结果表明作业中底盘和垄面的间距能够保持稳定。栽植试验得出钵苗栽植深度合格率为98％，栽植深度变异系数很小，结果表明自动升降仿形系统满足设计要求，很好的保证了钵苗栽植深度的均匀性。
　　本文设计了一种新的自动升降仿形系统，能够根据垄面高度的变化实时调节底盘和垄面间距，可以保证钵苗栽植深度的均匀性，为成功研制自动移栽机提供了底盘自动升降仿形技术。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外移栽机及升降仿形底盘研究现状

1．2．1 国外移栽机及底盘研究现状

1．2．2 国内移栽机及底盘研究现状

1．2．3 总结

1．3 本课题研究的主要内容

1．4 研究技术路线

第二章 自动升降仿形系统方案及结构设计

2．1 系统设计要求

2．2 移栽机整机结构及工作过程

2．3 自动升降仿形系统整体方案

2．4 升降机构设计

2．4．1 升降机构机构分析

2．4．2 升降机构工作过程

2．5 地面仿形机构设计

2．5．1 地面仿形机构机构分析

2．5．2 地面仿形机构工作过程

2．6 整机自动平衡装置

2．7 系统传动机构设计

2．8 升降机构数学模型的建立及参数设计

2．9 小结

第三章 自动升降仿形系统液压控制回路设计

3．1 液压控制回路设计要求

3．2 液压系统的特点

3．3 液压基本回路

3．4 液压开、闭式系统

3．5 液压回路方案设计

3．5．1 液压锁紧回路

3．5．2 换向回路

3．6 液压缸的选择

3．7 换向控制阀工作原理分析

3．8 小结

第四章 自动升降机构虚拟样机建立和仿真分析

4．1 自动升降机构SolidWorks建模介绍

4．2 自动升降机构三维模型的建立

4．3 自动升降机构虚拟样机的建立

4．3．1 ADAMS软件介绍

4．3．2 仿真分析意义

4．3．3 自动升降底盘虚拟样机模型的建立

4．3．4 约束的添加

4．3．5 载荷的添加

4．4 运动学仿真与分析

4．5 动力学仿真与分析

4．6 小结

第五章 基于ADAMS／Hydraulics的自动升降系统机液联合仿真分析

5．1 机械液压联合仿真的意义

5．2 ADAMS／Hydraulics模块介绍

5．3 ADAMS中建立液压系统虚拟样机模型的步骤

5．4 ADAMS／Hydraulics中液压回路的建立

5．5 机液联合仿真

5．6 小结

第六章 自动升降仿形系统试验研究

6．1 试验目的

6．2 试验条件

6．2．1 试验仪器和设备

6．2．2 超声波传感器标定

6．2．3 试验场地

6．3 试验方法

6．3．1 测距试验

6．3．2 栽植试验

6．4 试验结果与分析

6．4．1 仿形机构对底盘和垄面间距的影响

6．4．2 仿形机构对钵苗栽植深度的影响

6．5 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

研究生期间取得的科研成果及参与的课题