蔬菜钵苗移栽机取苗机构的动力学分析与试验研究

摘要

随着人们对饮食营养要求的提高，蔬菜逐渐成为了生活中必备的食物之一。蔬菜作为我国的第二大农作物在农业发展中占有重大地位，这也决定了蔬菜在农村经济发展中具有重大的作用。目前我国蔬菜（如西红柿、西兰花、茄子、辣椒等）钵苗移栽作业主要依靠人力劳动进行。人力栽植存在着劳动量大、生产效率不高、栽植质量差和生产成本较高等缺点，难以实现大区域栽植，限制了我国蔬菜生产的进一步发展。加大蔬菜栽植机械的研发力度，实现蔬菜种植机械化成为农业产业进一步发展的新目标。旋转式蔬菜钵苗取苗机构是自动移栽机的核心工作部件，直接关系到蔬菜的种植质量和生产效率。因此，开展自动移栽机构动力学分析与试验研究，能为蔬菜移栽机设计和性能改进提供重要的依据，具有重要的科学意义和重大的应用价值。
　　蔬菜钵苗移栽过程一般由取苗和栽植苗两套机构共同协调完成。目前半自动蔬菜移栽机所应用的钳夹式、链夹式、导苗管式、吊篮式等栽植苗机构已经比较成熟。国际市场上较为完善的自动移栽机由日本研发，但是其机构结构复杂、价格昂贵、工作效率一般和受国内专利保护，因此，国内必须开展自动移栽机构的自主研发工作。然而，国内自动移栽机构的研究工作刚刚起步，在应用方面很是欠缺，成为制约自动移栽机发展的薄弱环节。因此，本文针对课题组已发明的一种新型旋转式取苗机构——椭圆—不完全非圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构（实用新型专利授权号:201120343300.1）进行运动学和动力学分析，开展虚拟样机运动仿真和相关试验，为机构的设计及应用提供重要依据。主要研究内容和结果如下:
　　(1)研究了国内外蔬菜移栽机发展现状，分析椭圆—不完全非圆齿轮行星系蔬菜钵苗取苗机构的结构组成及工作原理，完善了机构的运动学模型，进行了机构运动学分析。通过机构虚拟样机仿真验证了机构运动学模型和分析的正确性，为后续机构的动力学分析打下基础。
　　(2)采用动态静力分析法建立了椭圆—不完全非圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的动力学模型，采用动力学方程组序列求解法进行求解。开发了机构动力学分析软件，并利用该软件进行动力学分析，得到机构的动力学特性。
　　(3)制造出取苗机构样机，构建试验台完成机构动力学试验，分别测试得到机构在40r/min、60r/min、80r/min、100r/min等转速条件下支座垂直反力与行星架转角的关系。同时比较动力学试验结果与理论分析结果，验证了机构动力学模型和分析的正确性。
　　(4)采用增加瞬心线附加板、改进机构结构的方法优化机构动力学性能。通过对结构改进前后的机构动力学特性试验结果进行比较分析，表明机构结构改进后具有较佳的动力学性能，机构工作平稳性得到提高。
　　(5)总结全文，指出论文创新点，并对后续深入研究工作进行展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究工作的背景及意义

1．2 国内外蔬菜移栽机发展

1．2．1 国外蔬菜移栽机发展

1．2．2 国内蔬菜移栽机发展

1．3 论文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构的运动学分析与仿真

2．1 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的工作机理

2．2 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构运动学模型

2．2．1 运动学分析过程中使用的符号说明

2．2．2 取苗机构关键点的位移模型

2．2．3 取苗机构关键点的速度模型

2．2．4 取苗机构关键点的加速度模型

2．3 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构运动学分析结果

2．3．1 运动学分析主要数据

2．3．2 运动学主要参数分析结果

2．4 取苗机构虚拟样机动态仿真

2．5 本章小节

第三章 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学特性分析

3．1 取苗机构动力学分析的前提条件及特点

3．2 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学建模

3．2．1 取苗机构全周期过程分析

3．2．2 取苗机构动力学分析过程中使用符号说明

3．2．3 取苗臂动力学模型的建立

3．2．4 取苗机构行星轮系动力学建模

3．2．5 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学分析框图

3．3 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学软件开发与运用

3．4 椭圆—不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学分析结果

3．4．1 动力学已知主要参数数据

3．4．2 动力学主要参数分析结果

3．5 本章小结

第四章 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学试验

4．1 取苗机构动力学试验目标及方案

4．2 取苗机构动力学试验台搭建

4．2．1 试验仪器设备

4．2．2 取苗机构试验台安装

4．2．3 数据采集与分析软件

4．3 取苗机构动力学试验与分析结果

4．4 本章小结

第五章 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学性能优化

5．1 取苗机构动力学性能优化方案

5．2 改进后取苗机构动力学试验与分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间获得的成果