蔬菜钵苗移栽机构的创新设计、参数优化与动态仿真分析

摘要

本文论述了国内外蔬菜移栽机械的现状，并分析了几种常见蔬菜移栽机的工作原理和优缺点。在此基础上，提出了一种新型的作业高效、结构简单和成本较低的适于蔬菜移栽的钵苗移栽机构(简称钵苗移栽机构)。
　　 主要研究内容如下：
　　 (1)基于本团队的现有研究成果，以顶杆顶出式为切入点，在对顶杆顶出式钵苗移栽机构的工作机理、特点进行分析的基础上，应用功能方法树模型产生了多种基于顶杆顶出的钵苗移栽机构方案。通过对其工作原理和结构的分析比较，选出一种最佳的顶杆直线运动方式作为本文进行深入研究的对象；
　　 (2)通过对钵苗移栽机构的工作原理和运动分析，建立其优化模型，基于MATLAB采用遗传算法实现了第一组核心机构的参数优化。钵苗移栽机构的参数优化，使机构能实现较优的运动性能。钵苗移栽机构的动力学分析，为机构的强度分析和各杆件的受力变形提供了理论依据；
　　 (3)由于六组核心机构中各顶杆间相位差的存在，其余五组核心机构需参照第一组核心机构参数，然后分别通过UG反复建模和ADAMS反复试验，最终设计出满足行程要求的六组核心机构；
　　 (4)基于AutoCAD、CAXA和UG等相关CAD技术对钵苗移栽机构进行二维、三维设计。根据农艺和自动送秧等要求，对机械有序钵苗盘的结构形式进行分析研究；对钵苗盘输送装置的传动机构、顶出杆件及扭转弹簧进行分析设计。最后，对钵苗移栽机构整机进行的虚拟装配，为其ADAMS动态仿真分析奠定了模型基础；
　　 (5)结合虚拟样机技术和有限元分析技术，使用UG和ADAMS建立钵苗移栽机构的虚拟样机进行运动学和动力学仿真，得到六组核心机构的凸轮、杠杆和顶杆所承受的接触力，并从所受的接触力中找出最大值，然后使用ANSYS计算凸轮和顶杆的最大应力，找出危险部位，为钵苗移栽机构的结构设计提供参考依据。
　　 本文较好地采用了CAD技术，将MATLAB、VB、AutoCAD、CAXA、UG、ADAMS和ANSYS等软件综合系统地应用于钵苗移栽机构的分析与设计中，缩短了设计周期，为蔬菜钵苗移栽机的整机设计提供了理论指导和参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 我国蔬菜栽植机械的发展概述

1.3 我国蔬菜移栽机械的发展现状

1.3.1 钳夹式钵苗移栽机

1.3.2 挠性圆盘式钵苗移栽机

1.3.3 吊杯式钵苗移栽机

1.3.4 导苗管式钵苗移栽机

1.3.5 鸭嘴式钵苗移栽机

1.3.6 带式移栽机和滑道式移栽机

1.4 国内现有移栽机存在的问题及发展趋势

1.4.1 国内现有移栽机存在的问题

1.4.2 国内移栽机的发展趋势

1.5 国外蔬菜移栽机的发展现状

1.6 虚拟研究技术概述

1.6.1 虚拟样机技术简介

1.6.2 国内外虚拟样机的发展现状

1.6.3 虚拟样机在农业机械领域的应用现状

1.7 钵苗移栽机构虚拟研究的意义

1.8 论文的研究内容

第二章 基于功能方法树的顶杆顶出式钵苗移栽机构的创新研究

2.1 功能方法树的基本知识

2.2 顶杆顶出式钵苗移栽机构的特点分析和工作机理

2.2.1 顶杆顶出式钵苗移栽机构的特点分析

2.2.2 顶杆顶出式钵苗移栽机构的工作机理

2.3 基于功能方法树的顶杆顶出式钵苗移栽机构的创新研究

2.3.1 建立顶杆顶出式钵苗移栽机构的功能方法树模型

2.3.2 顶杆顶出式钵苗移栽机构的功能方法树模型分析

2.4 基于功能方法树的钵苗移栽机构顶杆直线运动方式的选择

2.4.1 基于功能方法树模型的顶杆顶出式钵苗移栽机构的创新设计

2.4.2 顶杆直线运动方式的选择

2.5 钵苗移栽机构钵苗盘输送装置方案的选择

2.5.1 钵苗盘输送装置改进

2.5.2 钵苗移栽机构钵苗盘输送装置方案的选择

2.6 钵苗移栽机构的总体结构组成和基本参数的确定

2.6.1 钵苗移栽机构的总体结构组成

2.6.2 钵苗移栽机构的结构分析

2.7 钵苗移栽机构的基本参数

2.8 钵苗移栽机构的株距设计

2.9 本章小结

第三章 钵苗移栽机构的运动学分析、动力学分析和参数优化

3.1 钵苗移栽机构的运动学特性分析

3.1.1 钵苗移栽机构的结构特点和工作原理

3.1.2 钵苗移栽机构的运动学特性分析

3.1.3 杠杆的生成角位移、摆角和凸轮的生成角位移、转角

3.1.4 杠杆的所需摆角和凸轮的所需转角

3.2 基于VB和MATLAB的钵苗移栽机构的参数选择

3.2.1 基于VB的钵苗移栽机构参数的初步确定

3.2.2 基于MATLAB的钵苗移栽机构的运动分析

3.3 遗传算法的基本知识

3.3.1 遗传算法的发展及应用

3.3.2 遗传算法的计算步骤

3.3.3 遗传算法的主要优点

3.4 钵苗移栽机构数学模型的建立

3.4.1 选择设计变量

3.4.2 确定目标函数

3.4.3 确定约束条件

3.5 基于遗传算法的钵苗移栽机构优化结果分析

3.6 钵苗移栽机构顶出机构的动力学分析

3.6.1 各杆件受力分析

3.6.2 建立各杆件动力学方程

3.6.3 动力学分析计算程序框图和结果

3.7 本章小结

第四章 基于CAD技术的钵苗移栽机构整机结构的研究与设计

4.1 CAD技术概况

4.2 钵苗移栽机构钵苗盘的结构研究

4.2.1 常用规格钵苗盘的三维建模

4.2.2 机械有序钵苗盘自动衔接的研究设计

4.3 钵苗盘输送装置传动形式的选择

4.4 上下传动箱内齿轮传动机构的设计计算

4.4.1 上下传动箱内传动比的分配计算

4.4.2 上传动箱的结构设计

4.4.3 下传动箱的结构设计

4.5 外滚筒的结构设计

4.6 内滚筒的结构设计

4.7 钵苗移栽机构的顶出组件设计

4.7.1 顶杆箱的设计

4.7.2 六组核心机构的设计

4.8 扭转弹簧的设计

4.8.1 圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线

4.8.2 圆柱螺旋扭转弹簧受载时的应力及变形

4.8.3 圆柱螺旋扭转弹簧的设计基础

4.8.4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计

4.9 钵苗移栽机构整机的虚拟装配

4.10 本章小结

第五章 基于ADAMS和ANSYS的钵苗移栽机构的动态仿真及强度分析

5.1 ADAMS软件简介

5.2 ADAMS动态仿真的理论基础

5.3 建立钵苗移栽机构虚拟样机

5.3.1 UG与ADAMS间的数据转换

5.3.2 钵苗移栽机构虚拟样机的实现

5.4 基于ADAMS的钵苗移栽机构的仿真分析

5.4.1 基于ADAMS的钵苗移栽机构的运动学仿真

5.4.2 基于ADAMS的钵苗移栽机构的动力学仿真

5.4.3 钵苗移栽机构的仿真结果分析

5.5 基于ANSYS的钵苗移栽机构的强度分析

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

在读期间发表的学术论文与研究成果