曲柄摇块机构在精量点播装置中的运动分析研究

摘要

免耕播种是一种重要的保护性耕作技术，由于其具有改善农田生态环境等优点，在我国得到了广泛的应用和推广。免耕播种机作为免耕播种的一种重要机械，其性能将直接影响免耕播种的质量，然而，现有免耕播种机基本都采用破茬、开沟、播种、施肥以及覆土镇压的工作模式，其主要缺点就是动土量大、机具结构复杂、所需拖拉机功率大、需要解决机具堵塞难题等。针对现有免耕播种机及其工作模式存在的这些缺点，提出了采用直插式免耕精量播种的构想，本文对直插式免耕精量播种机的核心部件-直插式免耕精量点播装置进行设计与研究，其具体研究工作如下：
　　1）对直插式免耕精量点播装置进行方案设计，确定该装置采用曲柄摇块机构；对曲柄摇块机构进行简化，得到其二维结构简图，运用解析法对其进行数学建模，得到其各杆件运动学方程；将得到的运动学方程在MATLAB软件中进行编程并运行得到其虚拟运动轨迹图，搭建简易曲柄摇块机构实物模型并运行得到其实际运动轨迹图，将两个运动轨迹图进行对比分析，得出结论，运动轨迹基本一致，从而验证了数学模型的正确性。
　　2）根据直插式免耕精量播种的技术要求，确定理想的运动轨迹；设计正交试验和运用MATLAB软件进行联合尺寸优化，使得优化后点播装置的运动轨迹尽可能的逼近理想运动轨迹，得到该装置相对最优参数组合为：曲柄150mm，滑块连接杆40mm，机架220mm，曲柄偏置距离100mm，点种鸭嘴到曲柄与导种插管铰接点长度300mm；使用优化后的尺寸参数在ADAMS软件中进行建模和运动仿真，得到其主要的运动参数为播种角度93°，在播种角度范围内，曲柄摇块机构投种插管最低点在水平方向的速度波动值△V=40.1531mm/s，牵引速度6km/h，曲柄转速380度/秒，土壤扰动量10mm，播种深度60mm，两次投种点之间的间距1600mm。
　　3）进行点播装置的并列组合设计，通过对比分析两种并列组合方案（多曲柄独立运动式并列组合和多曲柄同步运动式并列组合）的优缺点，确定并列组合方案为多曲柄同步运动式，使得播种后作物（主要指玉米）行距和株距满足农艺要求，同时降低曲柄转速、减缓机具磨损、提高拖拉机的牵引速度和提高播种效率，通过ADAMS软件仿真，得到集成后点播装置的重要运动参数为播种株距40cm，曲柄转速95度/秒，行距随意可调，达到了预定目标。
　　4）设计并搭建多尺寸可调试验平台，按照优化和并列组合后的尺寸要求设定相应参数，进行试验台试验，得出结论：播种深度56mm，株距35cm，土壤扰动量38mm，播种角度95?，土壤扰动率为8.6％，基本与仿真结果相符，在误差允许范围内，能够达到免耕播种的农艺要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状及研究动态

1.3 研究内容与技术路线

第二章 直插式免耕精量点播装置的结构设计

2.1 方案设计原则

2.2 点播装置的方案设计

2.3 曲柄摇块式免耕精量点播装置核心零部件设计

2.4 整机集成方式设计

2.5 本章小结

第三章 曲柄摇块式免耕精量点播装置的运动分析与研究

3.1曲柄摇块式免耕精量点播装置的运动轨迹分析

3.2曲柄摇块机构的参数设计

3.3 曲柄摇块机构的数据优化

3.4 运动学仿真分析

3.5 曲柄摇块机构的并列组合

3.6 本章小结

第四章 点播装置的试验验证

4.1 试验台设计与搭建

4.2 试验与数据分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

附录一 数学模型验证主程序

附录二 fmincon函数主程序

附录三 bozhongji_dota调用程序

附录四 bozhongji_f调用程序

参考文献

致谢

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