椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的研究与设计

摘要

目前，半自动蔬菜钵苗移栽机占据了国内外的主要市场，但依靠人工放苗的半自动移栽机的工作效率并不高，且漏苗率会随着栽植机构的转速加快而增加，而集自动送苗、取苗、植苗等多种功能于一体的全自动蔬菜钵苗移栽机可以显著提高工作效率。因此开展全自动移栽机的研究迫在眉睫，但取苗机构的研究进展制约着全自动移栽机的发展。现有的国内外取苗机构的结构较为复杂，因此研究设计较为简易的取苗机构不仅能减小全自动移栽机的制造难度，还能加快其发展速度。
　　本文分析了多种取苗机构的利与弊之后，提出了由五个全等的椭圆齿轮组成的行星轮系取苗机构，代替原有的人工取苗以实现自动取苗。与国内外现有的高速取苗机构相比，较大幅度缩小了机构尺寸，在简易程度上较为突出，并已申请发明专利(申请号:201210293743.3)，已授权实用新型专利（专利号:201220408962.7）。本文对该机构主要研究了以下几方面:
　　1.研究人手从钵苗盘中将苗取出时的轨迹及姿态要求，研制新的简易取苗机构，使其能满足自动取苗的工作轨迹要求。
　　2.对取苗机构的设计要求进行分析，选取合适的穴盘，阐述机构工作原理与特点;并建立运动学模型，结合VB6.0平台，开发优化软件（软件登记号:2013SR004989）。
　　3.以人机交互为基础，分析机构参数变化时对机构轨迹的影响程度，并从中选取最优的机构参数值。
　　4.以软件优化的机构参数值为基础，在Autocad2011中对机构进行二维总体设计，解决了取苗臂部件中关键零件的设计问题，确定了凸轮的安装位置。
　　5.在UG6.0中构建该机构的三维造型、虚拟装配，并在ADAMS2010中对机构进行运动学仿真，将机构仿真轨迹与VB轨迹对比，验证其一致性。
　　6.机构部件的制造及组装，并进行运动学特性测试及取苗试验，验证理论的正确性及机构的实用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外发展概述

1．2．1 国外蔬菜移栽机械的发展概述

1．2．2 国内蔬菜移栽机械的研究现状

1．3 国内蔬菜移栽机的问题及发展趋势

1．3．1 国内蔬菜移栽机的主要问题

1．3．2 国内蔬菜移栽机的发展趋势

1．4 本文的研究目标

1．5 本文的论文安排

1．6 本章小结

第二章 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的运动学分析

2．1 椭圆齿轮行星轮系取苗机构的设计要求分析

2．1．1 穴盘的选择

2．1．2 取苗机构工作要求的实现

2．2 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的工作原理

2．3 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的特点

2．4 五椭圆齿轮行星轮系取苗机构运动学模型的建立

2．4．1 运动学分析符号的说明

2．4．2 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构位移分析

2．4．3 机构角位移方程

2．4．4 角速度方程

2．4．5 角加速度方程

2．5 基于VB 6．0的椭圆齿轮行星轮系取苗机构的运动学仿真与优化软件的开发

2．5．1 优化软件的整体构造思路

2．5．2 取苗机构优化软件的主要功能介绍

2．6 取苗片尖点一个周期内的速度曲线

2．7 本章小结

第三章 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化

3．1 机构的运动学目标需满足的农艺要求

3．2 参数变化对机构优化目标的影响

3．3 取苗机构参数优化的结果

3．4 取苗机构优化结果的速度分析

3．5 本章小结

第四章 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的结构设计

4．1 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的整体结构设计

4．2 椭圆齿轮的设计与加工

4．3 消除齿隙装置的设计与加工

4．4 取苗臂部件的设计问题

4．4．1 保证取苗片成功取出钵苗

4．4．2 保证取苗片张开时顺利放下钵苗

4．5 取苗臂关键部件的设计

4．5．1 凸轮轮廓线的设计

4．5．2 拨叉的设计

4．5．3 机构末端执行器的设计

4．5．4 凸轮安装位置的确定

4．6 本章小结

第五章 蔬菜钵苗取苗机构的三维建模与虚拟仿真

5．1 建模与仿真软件的选择

5．2 椭圆齿轮的实体造型建模

5．3 部分零件的模型建立

5．4 机构的虚拟装配及干涉检查

5．5 机构的虚拟仿真

5．5．1 机构装配体文件的导入

5．5．2 简化仿真模型

5．5．3 施加约束与载荷

5．6 仿真分析与结果

5．6．1 取苗片尖点运动轨迹分析

5．6．2 取苗片尖点位移分析

5．6．3 取苗片尖点速度分析

5．7 本章小结

第六章 蔬菜钵苗取苗机构的加工与取苗试验

6．1 零部件的加工与装配

6．2 机构运动轨迹测试

6．2．1 试验设备及步骤

6．2．2 试验结果分析

6．3 机构的取苗试验

6．3．1 蔬菜钵苗自动送苗试验台

6．3．2 试验用苗的培育

6．3．3 取苗试验

6．3．4 取苗机构试验分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间获得的科研成果