旋转式水稻钵苗移栽机构的参数优化与设计

摘要

水稻钵苗移栽是一种利用钵盘育秧的水稻移栽技术，是水稻种植过程中的重要环节。水稻的钵盘育秧充分保留了秧苗生长的营养土质，植伤轻、返苗快，使作物提早成熟，且增产增收;移栽充分利用了光热资源，对水稻秧苗有气候的补偿作用，同时有使作物生育提早的综合效益，因此水稻的钵苗移栽可以产生非常可观的经济效益和社会效益。但与其他国家和地区相比，我国水稻种植机械化程度较低，与国内水稻生产的其它环节相比，机械化程度也是最低的。因此研究一种新的水稻钵苗移载机构，对水稻的机械化种植与高产高收具有非常重要的意义。
　　 本文通过对国内外的水稻钵苗移栽机构进行对比分析，提出了一种高效率的水稻钵苗移栽机构——椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。该水稻钵苗移栽机构由驱动部分与移栽臂两部分构成，其中驱动部分由非匀速间歇传动机构与非匀速传动机构串联组成，移栽臂用于完成机构的取秧、推秧。该水稻钵苗移栽机构已申请了发明专利（申请号:201210344077.1）和实用新型专利（申请号:201220474441.1）．
　　 本文的研究内容如下:
　　 1．根据水稻钵苗移栽的农艺特性与工作轨迹的要求，确定了以椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系为传动机构的设计方案，该旋转式传动机构平稳性好、效率高。
　　 2．分析了该水稻钵苗移栽机构的工作原理，并对机构进行运动学建模与传动特性分析。
　　 3．基于VsualBasic6.0可视化编程平台，开发了水稻钵苗移栽机构的辅助分析与优化软件（软件登记号:2012SR092221）．
　　 4．通过水稻钵苗移栽机构的辅助分析与优化软件，对该机构进行参数优化，最后得到一组较优的结构参数:a=23.069mm，k=0.994，a=291°，λ=6°，δ=29°，(φ)0=-39°，S=152mm.
　　 5．根据机构优化后的结构参数，在CAXA2011软件中对水稻钵苗移栽机构进行整体的结构设计与各零部件的二维设计。
　　 6．在UG7.0三维实体建模软件中完成各零部件的建模与机构的装配，并将装配模型导入到ADAMS2010机械系统仿真软件中进行机构的虚拟仿真，对仿真结果进行运动学分析。
　　 7．对加工样机进行运动学测试，将测试结果与ADAMS的仿真分析结果进行对比，验证了理论分析的正确性与该机构的可行性。
　　 8．进行样机的取秧试验，进一步验证了该水稻钵苗移栽机构的可实现性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究目的与意义

1．2 水稻钵苗移栽机构的发展概况

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展概况

1．3 研究目标与方案实现

1．3．1 研究目标

1．3．2 实现方案

1．4 本文的工作安排

1．5 本章小结

第二章 旋转式水稻钵苗移栽机构的运动学分析

2．1 旋转式水稻钵苗移栽机构的工作原理

2．2 运动学分析符号及相关说明

2．3 椭圆齿轮—不完全非圆齿轮传动特性分析

2．3．1 椭圆齿轮—不完全非圆齿轮节曲线模型建立

2．3．2 传动比分析

2．4 椭圆齿轮传动特性分析

2．4．1 椭圆齿轮节曲线模型建立

2．4．2 传动比分析

2．5 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系移栽机构运动学模型的建立

2．5．1 位移方程

2．5．2 速度分析

2．5．3 加速度分析

2．6 本章小结

第三章 旋转式水稻钵苗移栽机构辅助分析与优化软件的开发

3．1 优化软件的设计思路

3．2 旋转式水稻钵苗移栽机构的优化软件界面

3．2．1 启动界面

3．2．2 操作界面

3．3 优化软件的功能介绍

3．3．1 分析模块

3．3．2 数据处理

3．4 本章小结

第四章 旋转式水稻钵苗移栽机构的参数优化

4．1 参数优化目标

4．2 各参数变量对优化目标的影响

4．2．1 a对优化目标的影响

4．2．2 κ对优化目标的影响

4．2．3 α对优化目标的影响

4．2．4 λ对优化目标的影响

4．2．5 δ对优化目标的影响

4．2．6 φ0对优化目标的影响

4．2．7 Ｓ对优化目标的影响

4．3 优化结果

4．4 优化结果速度分析

4．5 本章小结

第五章 旋转式水稻钵苗移栽机构的结构设计

5．1 旋转式水稻钵苗移栽机构的整体结构设计

5．2 驱动部分设计

5．2．1 非匀速间歇传动机构的设计

5．2．2 非匀速传动机构的设计

5．3 移栽臂组成零件的设计

5．3．1 凸轮的设计及安装角的确定

5．3．2 拨叉的设计

5．3．3 推秧爪与弹簧片的设计

5．4 缓冲装置的设计及相关零件的调整

5．4．1 缓冲装置的设计

5．4．2 相关零件的调整

5．5 消除齿隙装置的设计

5．6 本章小结

第六章 旋转式水稻钵苗移栽机构的三维建模与虚拟仿真

6．1 三维建模与仿真系统的选择

6．2 UG与ADAMS间的数据转换

6．3 椭圆齿轮与非圆齿轮的实体建模

6．3．1 椭圆齿轮的三维建模

6．3．2 非圆齿轮的三维建模

6．4 其他零部件的三维建模

6．5 旋转式水稻钵苗移栽机构的虚拟装配及干涉检查

6．5．1 旋转式水稻钵苗移栽机构的虚拟装配

6．5．2 旋转式水稻钵苗移栽机构装配体的干涉检查

6．6 旋转式水稻钵苗移栽机构的虚拟仿真

6．6．1 虚拟样机模型的导入

6．6．2 施加约束与电机

6．7 旋转式水稻钵苗移栽机构虚拟样机仿真结果分析

6．8 本章小结

第七章 旋转式水稻钵苗移栽机构的加工与试验

7．1 旋转式水稻钵苗移栽机构的加工制造

7．2 旋转式水稻钵苗移栽机构的运动学特性测试

7．2．1 试验台的构建

7．2．2 测定参数的确定

7．2．3 试验设备

7．2．4 试验步骤

7．2．5 试验结果分析

7．3 旋转式水稻钵苗移栽机构的取秧试验

7．3．1 钵盘育秧

7．3．2 取秧试验

7．3．3 取秧试验结果分析

7．4 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 工作展望

参考文献

致谢

读研期间的成果