旋转式蔬菜钵苗取苗机构的优化设计与试验

摘要

蔬菜进行育苗移栽种植相对于传统的播种种植方式具有很多优势，例如可以降低投入的成本、消除作物处在发芽时期虫害的影响、缩短缓苗期提高作物的产量，还降低作业的劳动强度，同时保证作业质量，提高劳动的生产率。自动蔬菜移栽机包括两个核心工作部件:取苗机构和植苗机构。同植苗机构相比，取苗机构的工作性能对整个蔬菜移栽机性能的影响更大，设计要求更高。开展取苗机构的研究不仅能够推进中国蔬菜产业的快速发展，而且是中国农业实现现代化的必然要求。因此开展关于蔬菜自动移栽取苗机构的研究具有重大的理论意义与现实意义。
　　下面是本文的具体内容和结果研究:
　　(1)针对目前本课题组设计出的旋转式蔬菜钵苗取苗机构进行改进设计，提出一种基于二段式非圆齿轮-不完全非圆齿轮副和代替齿条的不完全非圆齿轮-部分非圆齿轮副的交替啮合的组合式二次不等幅行星轮系机构。在应用此机构的基础上设计出新型的旋转式蔬菜钵苗取苗机构，并建立其运动学模型。
　　(2)利用MATLAB开发取苗机构的参数优化软件，分析每个参数变量的改变对轨迹的影响，最终优化出能够满足蔬菜移栽要求的一组参数。
　　(3)分析基于组合式二次不等幅行星轮系机构的取苗机构中的齿轮传动关系，详细阐述不完全非圆齿轮齿廓计算方法，基于MATLAB平台自主编写齿廓计算程序。
　　(4)对齿轮进行齿廓之外的结构优化，进行对驱动部分的结构设计。进行对推苗凸轮设计要点与设计步骤的分析，实现局部结构的设计以及机构整体设计。最后进行取苗机构整体结构的设计。
　　(5)在UG中进行各零件的三维建模、虚拟装配，并导入ADAMS中进行虚拟仿真，分析其仿真轨迹。分析取苗轨迹和速度曲线，验证取苗机构的可靠性，以及传动平稳性。分析取苗机构太阳轮受力情况，证明取苗机构的优越性。
　　(6)进行旋转式蔬菜钵苗取苗机构样机的实物加工、装配。进行取苗机构样机的运动学测试及取苗试验。分析取苗机构的试验结果，验证取苗机构的可靠性，以及传动的平稳性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文的研究目标

1．4 本文内容安排

1．5 本章小结

第二章 旋转式蔬菜钵苗取苗机构的运动学分析

2．1 行星轮系机构的齿轮设计

2．1．1 二段式非圆齿轮的设计

2．1．2 不完全非圆齿轮的设计

2．2 行星轮系机构的运动学模型

2．2．1 行星轮系机构的位移模型

2．2．2 部分非圆齿轮与不完全非圆齿轮设计

2．2．3 行星轮系机构的传动比分析

2．3 取苗机构的运动学分析

2．3．1 移栽作业的运动轨迹

2．3．2 取苗机构的工作原理

2．4 本章总结

第三章 旋转式蔬菜钵苗取苗机构的参数优化

3．1 取苗机构的辅助优化分析软件的介绍

3．1．1 取苗机构的优化目标与优化变量

3．1．2 取苗机构的辅助优化分析软件的功能

3．1．3 取苗机构的辅助优化分析软件的整体结构

3．2 各个结构参数对取苗轨迹的影响

3．2．1 齿轮参数对取苗轨迹的影响

3．2．2 机构初始安装角参数对取苗轨迹的影响

3．3 取苗机构参数优化的结果

3．4 本章总结

第四章 不完全非圆齿轮的齿廓设计

4．1 不完全非圆齿轮副齿廓设计

4．1．1 不完全非圆齿轮的加工原理

4．1．2 圆齿轮刀具加工不完全非圆齿轮的数学模型

4．1．3 不完全非圆齿轮齿廓点的筛选与根切检验

4．2 二段式非圆—不完全非圆齿轮行星轮系数学模型

4．3 取苗机构行星轮系齿轮齿廓设计

4．4 本章总结

第五章 旋转式蔬菜钵苗取苗机构的结构设计

5．1 取苗机构结构设计方案

5．1．1 行星轮系机构的结构设计

5．1．2 驱动部件设计方案

5．2 取苗机构驱动部件的设计

5．3 推苗凸轮轮廓曲线的设计

5．4 取苗机构整体结构的设计

5．5 本章小结

第六章 旋转式蔬菜钵苗取苗机构的虚拟样机仿真试验

6．1 行星轮系机构的建模与仿真分析

6．2 取苗机构三维模型的建立及虚拟仿真

6．2．1 取苗机构三维模型的建立

6．2．2 取苗机构虚拟仿真

6．3 取苗机构虚拟样机试验结果分析

6．4 本章小结

第七章 旋转式蔬菜钵苗取苗机构的试验研究

7．1 取苗机构各零件的加工

7．2 取苗试验

7．2．1 取苗机构物理样机

7．2．2 高速摄像设备

7．3 试验步骤与结果分析

7．3．1 试验结果分析

7．3．2 取苗试验

7．4 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的成果