作物种子取样自动化设备的设计与优化

摘要

传统的育种技术已很难在产量上完成突破，阻碍了我国农业的发展。高通量的育种自动化设备是育种技术中提高农作物品种选择效率、加快品种选育、缩短育种周期的关键设备之一，也是我国亟需研发的同国际种业公司相竞争的育种尖端自动化设备。本课题来源于中科院战略性科技先导专项的子课题“作物种子激光切削与DNA快速提取技术”，研制出了种子的取样自动化设备，在气吸式排种器吸附性能研究和吸附性能优化、整机框架的模态的分析和优化、整机框架取种精度分析等方面做了大量工作。主要工作如下:
　　1、阐述了分子育种的基本原理，根据此原理设计了作物种子取样自动化设备的工作流程。根据设计的工作流程，完成了取样设备的机械结构的设计。使用SolidWorks软件建立了取样设备的总体三维模型和关键零部件的结构，制作完成了作物种子取样自动化设备的一代样机。
　　2、利用ANSYS Workbench软件，以黄豆为研究对象对气吸式排种机构进行流场仿真试验，研究了种子所受吸附力的影响因素和出气口排布对吸附能力大小的影响，并进行样机实验。应用有限元分析软件对取样自动化设备的整机框架进行了模态分析，在分析结果的基础上改进和优化了整机框架的结构，改进效果比较理想。
　　3、基于取样设备对取种精度的要求，使用多体系统仿真分析软件ADAMS对整机框架、抓取机构进行了多刚体模型动态仿真分析和刚柔耦合模型动态仿真分析，根据分析结果显示整机框架的X轴向运动和Y轴向运动都能满足工作要求。
　　综上所述，本文研制的试验样机，对作物种子激光切削与DNA快速提取设备的后续研发具有重要意义。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 国内外育种技术的发展现状

1．3．1 国外的育种技术发展现状

1．3．2 我国的育种技术发展

1．4 本文研究的主要内容

第二章 作物种子取样自动化设备的工作原理和结构设计

2．1 取样设备的工作原理和流程

2．1．1 微创取样原理

2．1．2 取样流程设计

2．2 取样设备的结构设计

2．2．1 排种机构的设计

2．2．2 传输机构的设计

2．2．3 抓取机构的设计

2．2．4 取样机构的设计

2．3 取样设备三维模型的建立

2．3．1 三维建模软件SolidWorks简介

2．3．2 模型和样机的制作

2．4 本章小结

第三章 基于流体有限元的排种机构吸附性能分析

3．1 ANSYS Workbench CFX模块简介

3．2 数值分析理论方法

3．3 排种机构吸嘴流场类型

3．3．1 流态的判别——雷诺数

3．3．2 流体的压缩性判别——马赫数

3．4 吸嘴流场仿真试验

3．4．1 仿真模拟参数的选择

3．4．2 参数设计与仿真试验前处理

3．4．3 试验结果与分析

3．5 气管出气口的布置仿真试验

3．5．1 试验建模与前处理

3．5．2 试验数据处理

3．5．3 试验结果分析和结论

3．6 样机试验

3．7 本章小结

第四章 基于模态分析的整机框架设计与分析

4．1 模态分析理论

4．1．1 模态分析概述

4．1．2 有限元模态分析理论

4．1．3 ANSYS Workbench的模态分析

4．2 整机框架的模态分析

4．2．1 有限元模型的建立

4．2．2 模态分析求解

4．2．3 计算结果分析

4．3 整机框架结构的优化

4．3．1 结构优化的设计的方法

4．3．2 优化结果的分析对比

4．4 本章小结

第五章 基于刚柔耦合的整机框架取种精度动态仿真分析

5．1 刚柔耦合多体系统动力学理论

5．1．1 多体系统理论概述

5．1．2 多柔体系统理论原理

5．1．3 ADAMS软件简介

5．2 整机框架的刚柔耦合建模与动态仿真分析

5．2．1 刚柔耦合多体模型的建立

5．2．2 整机框架Y向运动的动态仿真分析

5．2．3 整机框架X向运动的动态仿真分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况