无纺布育苗杯制作机的设计与研究

摘要

育苗杯广泛应用于农林育苗的生产过程中，利用育苗杯配合专用的育苗穴盘可以实现空气控根技术，这有利于苗木根系的生长。因此，使用育苗杯培育苗木可以显著地提高苗木的经济效益。开发能够自动生产育苗杯的专用机械设备，一方面能够实现育苗生产的机械化、现代化，另一方面可以创新育苗手段，解决传统育苗过程中存在的窝根、缓苗、苗木成活率低的问题，最终实现提高苗木优质率，促进农、林业机械装备的发展。本课题基于此目的，研究设计能够自动生产育苗杯的专用设备。
　　利用工业可降解的无纺布为原料生产的育苗杯具有绿色无污染的特点。设计育苗杯制作机首先需要将设计目标进行分解，实现功能模块化，基于Solidworks的参数化建模，建立了育苗杯制作机各功能模块的三维模型，制作机整体结构主要分为:送料机构、焊接成型机构、输出集料机构，其中焊接成型采用凸轮机构来实现，并利用NURBS曲线理论建立了凸轮廓线的三维模型。综合各功能模块，确定了制作机机构总成的结构方案，最终形成育苗杯制作机的总体设计方案。
　　整机采用异步电机带动运转，控制系统主要实现电机的变频调速、传感计数等功能。基于控制系统的频率参数试验，验证了变频调速电路设计的正确性，同时也为控制参数的调整奠定了基础。为了验证机构尺寸、功能设计的合理性，建立了六杆机构顶端送料滑块和焊接凸轮推杆的运动方程和机构的动力学模型，基于Solidworks-motion平台上的运动仿真实现了六杆机构顶端送料滑块和焊接凸轮推杆的运动模拟，得到了关键特征点的运动时间曲线。系统机构间运动的相位分析，解释了机构之间联动运行的可能性，证明了机构之间的运行不产生干涉，设计的合理性。
　　超声波焊接参数设计的正确性，决定着育苗杯成型焊接功能实现的可能性，为了验证超声参数设计的正确性，进行了育苗杯超声波焊接的数值分析，并和实际焊接试验进行了对比验证。首先建立了基于焊接区域的数学模型，得到了焊接热流密度的方程式，利用Ansys热力分析模块得到了超声焊接的有限元分析结果，即焊接热力云图和相关区间的温度变化曲线。数值结果和实际焊接结果的重合度分析证明了超声参数设置的合理性，验证了焊接的有效性。
　　本文从育苗杯制作机结构模型的建立、控制系统的设计、控制系统的试验、主要机构的运动仿真分析和超声波焊接的数值模拟方面进行了系统的研究。理论的设计和实际试验相结合，所取得的研究成果对育苗杯制作机的的推广研究和设计具有重要的理论价值和实际意义，为后续的研究打下了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及目的和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究的目的和意义

1．2 国内外研究的现状及分析

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 论文研究的主要内容

1．4 论文采用的研究方法

第二章 基于参数化建模的制作机总体机械结构的设计

2．1 制作机结构功能的分析

2．1．1 参数化建模理论

2．1．2 功能分解

2．1．3 NURBS曲线凸轮建模

2．1．4 功能模块的实现

2．2 制作机机械结构的设计

2．2．1 送料机构的设计

2．2．2 焊接机构的设计

2．2．3 集料机构的设计

2．3 本章小结

第三章 制作机控制系统的设计

3．1 系统控制的功能实现

3．2 控制系统的设计

3．2．1 变频调速系统的设计

3．2．2 计数功能设计

3．2．3 一般电路设计

3．3 系统整体控制的设计与试验

3．4 本章小结

第四章 制作机关键机构的建模及运动仿真

4．1 Solidworks—motion运动分析简介

4．2 基于Solidworks—motion平台上的运动时间曲线

4．3 输送机构的仿真

4．3．1 六杆机构顶端送料滑块运动方程的建立

4．3．2 滑块运动的仿真分析

4．4 凸轮焊接机构的仿真分析

4．4．1 焊头推杆方程的建立

4．4．2 焊头运动的仿真分析

4．5 制作机系统联动运动的分析

4．6 本章小结

第五章 育苗杯超声波焊接的数值分析及实验验证

5．1 超声波焊接机理和数值分析理论

5．1．1 超声波焊接机理

5．1．3 基于超声温度场的数值分析

5．2 焊接数学模型的建立

5．2．1 超声波焊接热流密度的计算

5．2．2 超声波焊接温度场的模拟

5．3 焊接的数值分析

5．3．1 育苗杯超声波焊接的有限元模型结果

5．3．2 焊接数值分析结果

5．4 分析结果

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢