油菜毯状苗挖穴取苗一体化移栽机构优化设计与试验研究

摘要

油菜是全球的主要油料作物，油菜移栽能解决我国稻一油轮作模式茬口紧、土壤黏重等问题，同时能够减少劳动力的投入，减少种植成本，提高经济效益，符合我国油菜种植的基本国情。油菜毯苗移栽具有不伤根、无缓苗期等优点，可以有效增加单位面积油菜产量。　　目前，我国针对油菜毯苗移栽装备的研究较少，大部分都是由水稻毯苗移栽机改装而来，由于油菜幼苗的苗叶形态与水稻苗迥异，原适用于水稻毯苗的机构轨迹用于油菜毯苗时，会出现伤叶问题;设备大多采用切窄缝十对缝插栽十镇压合缝方式进行油菜毯苗的移栽，由于稻板田的土壤流动性差，覆土镇压效果不佳，苗根与土壤的接触不好则易出现死苗。针对上述问题，提出一种油菜毯状苗挖穴取苗一体化移栽机构，以最简洁机构来高效地实现油菜毯苗移栽。本文研究的主要内容如下:　　1)创新性提出了一种油菜毯苗挖穴取苗一体化移栽机构，采用非圆齿轮行星轮系机构和凸轮摆杆机构互相组合的结合，一套机构完成取苗、输送、挖穴和投苗动作。　　2)对现有移栽机构的组成进行研究分析，利用三位置运动生成平面四杆机构综合，先建立三精确位姿行星轮系的运动学模型，得到轮系总传动比以设计齿轮节曲和机构参数解域，之后分析栽植口大小建立凸轮摆杆机构的数学模型，得到凸轮和摆杆相关参数。　　3)利用MATLAB2016的GUI模块开发了移栽机构计算机优化设计软件。通过人机交互的优化方式得到一组满足移栽所需的较优参数:P1(80，60，145);P2(110，55,135);P3(100,-165,90);E23(140,30);E31(55,-130);(x0,y0)=(32,-24.04);（xc1,yc1)=(-9.48,42.01);l1=84;l2=91.15;曲柄初始角度:(119.89):连杆初始角度:(335.42);W1=2.89;W2=91.23;W3:119.32;W4:53.06;W5=3.84;W6=8.34;W=26.51;λ1+2λ=90°;L=79.93，利用优化得到的较优参数进行移栽机构的结构设计。　　4)借助三维设计软件SolidWorks完成了移栽机构的三维模型设计，并利用Adams软件对移栽机构进行虚拟样机仿真，验证机构设计的可行性和正确性:搭建试验台并进行取栽试验，利用高速摄影技术对物理样机的轨迹进行分析并与理论结果对比，验证移栽机构的合理性和正确性，验证正确后进行性能试验，实现毯状苗平均取苗成功率为93.2％，刀具的挖穴成功率为98.5％，移栽成功率为90.4％，满足毯状苗的移栽农业要求，实现一个机构完成挖穴和栽植作业。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1论文研究的背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1自动移栽机构的研究现状

1．2．2挖穴移栽机构的研究现状

1．3论文主要研究内容和技术路线

1．3．1主要研究内容

1．3．2技术路线

1．4本章小结

第二章挖穴取苗一体化移栽机构的数学模型

2．1移栽机构的工作原理与轨迹分析

2．1．1移栽机构的组成与工作原理

2．1．2移栽机构运动轨迹与姿态分析

2．2三精确位姿杆件与行星轮系复合设计

2．2．1三精确位姿开链杆组铰链点解曲线求解

2．2．2杆组解域的建立

2．2．3行星轮系传动比计算

2．2．4行星轮节曲线计算

2．3挖穴杆件与2R杆件的复合设计

2．4本章小结

第三章挖穴取苗一体化移栽机构的优化设计

3．1优化设计软件开发

3．1．1确定优化目标

3．1．2参数对轨迹的影响

3．2优化辅助软件设计

3．2．1软件功能简介

3．2．2软件使用说明

3．3本章小结

第四章油菜毯状苗挖穴取苗一体化移栽机构模型建立

4．1移栽机构结构设计

4．1．1移栽机构整体结构

4．1．2移栽臂机构设计及安装

4．1．3非圆齿轮齿廓的设计

4．1．4凸轮设计

4．1．5挖穴取苗一体化移栽机构初始位置确定

4．2虚拟样机的建立

4．2．1移栽机构各零件三维模型建立

4．2．2虚拟样机模型装配

4．3本章小结

第五章移栽机构仿真及试验研究

5．1．1虚拟样机仿真流程

5．1．2虚拟样机导入

5．1．3相对运动仿真

5．1．4绝对运动仿真

5．1．5仿真试验误差分析

5．2移栽物理样机研制与试验

5．2．1物理样机试制及试验准备

5．2．2移栽机构轨迹验证

5．2．3性能验证试验

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

攻读学位期间的研究成果

致谢