钵苗移栽机行星轮系植苗机构关键技术研究及试验

摘要

移栽具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效应，提高复种指数。栽植机械化是减轻劳动强度的基本要求和未来的发展方向。植苗机构是将秧苗植入大田的最终机构，是旱田移栽机的核心工作部件，秧苗移栽后的立苗率和伤苗率是评定其性能的重要指标，直接影响秧苗成活率。
　　 本文主要研究内容如下:
　　 1．论述了国内外钵苗移栽机植苗机构的研究现状，分析了各植苗机构的优缺点:只适合膜下移栽的植苗机构，适用范围受限，立苗率是通过“零速度”投苗及覆土和落苗之间的时序来保证，经分析发现“零速度”难以实现，覆土和落苗之间的时序难以控制;适合膜上移栽的植苗机构将钵苗植入栽植嘴挖出的穴口中，适用范围宽，是植苗机构的发展方向，但是所查文献没有叙述如何保证立苗率。为此本文提出保证立苗率的新措施:“直角锥形穴口”（穴口底部水平，沿移栽机前进方向的壁面与垄面垂直）、栽植嘴回程轨迹不前倾及栽植嘴竖直植苗姿态。
　　 2．提出了钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构，建立了其运动学模型，利用VB平台编写了运动学仿真与优化软件，分析了各参数对作业性能的影响。根据本文提出的保证立苗率的新措施为目标优选得到一组机构参数。
　　 3．提出钵苗移栽机非圆齿轮行星系植苗机构，选取栽植嘴运动轨迹曲线上少量型值点，利用三次非均匀B样条曲线拟合技术控制并确定整条轨迹曲线，在此基础上，建立非圆齿轮行星系植苗机构逆运动学模型。基于MATLABGUI平台开发非圆齿轮行星系植苗机构反求设计与运动学仿真软件，以保证立苗率的新措施为目标优选得到一组机构参数。将七杆式、多杆式、变形椭圆齿轮行星系和非圆齿轮行星系植苗机构进行对比，发现变形椭圆齿轮行星系和非圆齿轮行星系植苗机构在立苗率和作业稳定性方面具有很大优势。
　　 4．根据变形椭圆齿轮行星系植苗机构的优选参数，进行结构设计。建立变形椭圆齿轮行星系植苗机构的三维模型及虚拟样机，进行机构运动学仿真，与理论计算结果对比，验证变形椭圆齿轮行星系植苗机构运动学模型与分析结果的正确性。
　　 5．研制了变形椭圆齿轮行星系植苗机构试验台，通过高速摄像试验，测试栽植点的轨迹和速度，并与理论分析结果对比，发现植苗机构栽植点的静轨迹形状、相对速度曲线形状及峰值的试验结果与理论分析结果基本一致，验证了植苗机构理论模型与运动学分析的准确性。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 国内外钵苗移栽机植苗机构研究现状及分析

1．2．1 只适合膜下移栽的植苗机构

1．2．2 适合膜上移栽的植苗机构

1．2．3 存在的问题

1．3 论文的主要研究对象和思路

1．3．1 实现高立苗率的新措施

1．3．2 本论文的技术路线

1．4 论文的主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构的运动学建模与分析

2．1 变形椭圆齿轮行星系植苗机构的组成和工作原理

2．2 变形椭圆齿轮行星系植苗机构运动学模型的建立

2．2．1 运动学分析符号的说明

2．2．2 (角)位移方程

2．2．3 (角)速度方程

2．2．4 (角)加速度方程

2．3 基于VB6．0的变形椭圆齿轮行星系植苗机构运动学仿真与优化软件的开发

2．3．1 运动学仿真与优化软件开发语言选择

2．3．2 运动学仿真与优化软件的框架和功能

2．4 植苗机构主要参数对立苗率的影响分析

2．4．1 椭圆齿轮长半轴α

2．4．2 椭圆齿轮离心率e

2．4．3 椭圆齿轮变形系数m1

2．4．4 行星架初始安装角φ0

2．4．5 株距H

2．5 变形椭圆齿轮行星系植苗机构实例分析及与其他植苗机构的比较

2．6 本章小结

第三章 钵苗移栽机非圆齿轮行星系植苗机构反求模型建立与运动学分析

3．1 钵苗移栽机非圆齿轮行星系植苗机构的组成和工作原理

3．2 基于三次非均匀B样条曲线拟合技术反求栽植嘴轨迹

3．2．1 由栽植嘴运动特性要求选取型值点

3．2．2 由型值点反求B样条插值曲线的控制顶点

3．2．3 由控制顶点计算栽植嘴轨迹

3．3 非圆齿轮行星系反求设计

3．3．1 运动学分析符号的说明

3．3．2 非圆齿轮副中心距及栽植嘴高度计算

3．3．3 非圆齿轮行星系传动比计算

3．3．4 太阳轮与中间轮传动比优化

3．3．5 非圆齿轮节曲线计算

3．3．6 非圆齿轮节曲线凸形验证

3．3．7 非圆齿轮传动最大压力角计算

3．4 非圆齿轮行星系植苗机构栽植点运动学方程

3．5 基于三次多项式插值技术反求端面凸轮廓线

3．5．1 由栽植嘴张闭时刻定义插值数据点

3．5．2 由插值数据点反求凸轮廓线

3．5．3 计算从动件推程、回程最大压力角

3．6 非圆齿轮行星系植苗机构反求设计与运动学仿真软件的开发

3．6．1 MATLAB概述

3．6．2 反求设计与运动学仿真软件的框架和功能

3．7 主要型值点对立苗率的影响分析

3．7．1 型值点0(11)

3．7．2 型值点4

3．7．3 型值点5

3．7．4 型值点6

3．7．5 型值点7

3．7．6 轨迹整体调整

3．8 非圆齿轮行星系植苗机构实例分析及与其他植苗机构的比较

3．9 本章小结

第四章 钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构的三维建模及虚拟样机仿真

4．1 实体建模软件与仿真软件的选择

4．2 钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构的三维实体建模

4．2．1 变形椭圆齿轮的实体建模

4．2．2 端面凸轮的实体建模

4．2．3 其他零件的实体建模

4．3 虚拟装配的实现

4．4 变形椭圆齿轮行星系植苗机构总装配体的干涉检查

4．5 钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构ADAMS动态仿真的实现

4．5．1 虚拟样机三维模型的导入

4．5．2 定义零部件材料属性

4．5．3 添加机构约束

4．5．4 施加驱动及载荷

4．5．5 模型检查

4．6 变形椭圆齿轮行星系植苗机构仿真分析

4．6．1 栽植点J运动轨迹分析

4．6．2 栽植点J位移分析

4．6．3 栽植点J速度分析

4．7 本章小结

第五章 钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构的结构设计及试验研究

5．1 钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构的总体设计

5．2 若干重要零件设计

5．2．1 变形椭圆齿轮的设计

5．2．2 行星架的设计

5．2．3 中心轴的设计

5．2．4 行星轴的设计

5．2．5 端面凸轮的设计

5．3 结构设计的若干关键问题

5．4 研制钵苗移栽机变形椭圆齿轮行星系植苗机构试验台

5．4．1 试验台的要求

5．4．2 传动方案

5．4．3 植苗机构的装配及试验台的搭建

5．5 运动学参数的高速摄像试验验证

5．5．1 试验设备及步骤

5．5．2 试验结果分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果