水稻插秧机异形齿轮行星轮系高速分插机构设计及优化技术研究

发布时间：2020-05-22 02:54

【摘要】：分插机构是水稻插秧机的核心工作部件,其性能直接影响插秧机的栽植质量、可靠性和作业效率等,针对行星轮系高速分插机构设计和参数优化技术中的核心技术和难点问题,开展异形齿轮行星轮系高速分插机构设计及参数优化技术研究。采用颜氏机构创新设计方法建立了行星轮系高速分插机构的机构拓扑构造特性,得出了行星轮系高速分插机构的设计要求与约束条件,通过一般化和数综合方法,针对分插机构高速作业伤秧增加的问题,提出了一种变转速三插臂高速分插机构设计方案并建立了运动学模型,在相同作业条件下分插机构取秧线速度降低了33.3%。理论分析了变转速转动和插植臂数量对秧爪尖静动态轨迹、株距、取秧速度、插秧穴口长度和推秧角度等参数与性能指标的影响关系。按插植臂秧爪尖是否通过确定的约束坐标点,建立了2种类型的椭圆齿轮行星轮系高速分插机构设计及运动学分析模型,提出了以相邻插植臂和最易干涉点的插植臂运动干涉检查分析方法,构建了高速分插机构运动分析和运动干涉人机交互平台。在高速分插机构参数优化中提出遗传算法结合虚拟响应面回归的参数优化方法,通过构建约束条件和高速分插机构参数之间的回归数学模型直接获得了满足求解精度要求的最优参数组合。优化求解和理论计算对比,推秧角度和轨迹高度误差小于0.3%,插秧穴口长度误差小于4.5%。在基于秧爪静态轨迹反求高速分插机构参数的设计方法中,采用三次非均匀B样条曲线描述了插植臂秧爪尖的静态轨迹,运用改进的牛顿-辛普森迭代求解方法解决了行星轮与太阳轮之间转角唯一性求解问题;构建了一种只与太阳轮向径相关的异形齿轮传动轮系的传动比方程,通过迭代平移求解算法解决了异形齿轮行星轮系齿轮间传动比分配难题;介绍了异形齿轮齿廓设计方法,构建了三插臂分插机构三维数字化模型,利用虚拟样机技术和高速摄影技术对比分析了异形齿轮行星轮系三插臂分插机构的运动轨迹和运动参数,对提出的轨迹反求设计方法的正确性进行了试验验证。运用样条函数代替异形齿轮传动关系,实现了高速分插机构虚拟样机快速建模和模型参数化,解决了通过构建异形齿轮实体模型结合接触分析方法存在的模型重用率低、建模复杂的问题;运用瞬态动力学有限元仿真方法分析了异形齿轮接触受力情况,通过与理论计算值进行对比,验证了有限元分析方法的正确性;利用高速分插机构试验平台试验验证了基于虚拟回归模型建立的轨迹高度、插秧穴口长度和推秧角度等参数优化方法的正确性。对变转速三插臂分插机构和常规分插机构进行了栽植质量对比试验,并运用正交试验对变转速三插臂分插机构进行了分插机构工作参数与田间栽植质量之间影响关系的试验研究。试验结果表明:分插机构转速对伤秧率的影响最大,降低分插机构转速可显著降低伤秧率,并能增加秧苗分蘖、提高产量。田间测产试验表明:在相同作业条件下三插臂高速分插机构比二插臂分插机构平均增产4.63%,亩有效穗数平均增加 10.37%。
【图文】：

滚动直插式分插机构可分为转臂滑道控制式和摆动偏心盘连杆控制式２种类型。逡逑①转臂滑道控制直插式分插机构逡逑转臂滑道控制直插式分插机构结构如图１．邋１所示。逡逑／／／／／／／／／／邋＼逡逑＼逡逑１．秧爪２．短滚轮３．长滚轮４．分插轮５．取秧滑道６．秧箱７．插秧滑道逡逑图１．１转臂滑道控制直插式分插机构逡逑转臂滑道控制直插式分插机构工作时，分插轮以一定转速转动，秧爪一边随分插逡逑轮转动一边在滑道的约束控制作用下相对分插轮臂作转动，从而使秧爪按设计的运动逡逑轨迹要求进入秧箱取苗，并按插秧滑道确定的轨迹将秧苗插入土中。待秧苗插入土中逡逑２逡逑

滚动直插式分插机构可分为转臂滑道控制式和摆动偏心盘连杆控制式２种类型。逡逑①转臂滑道控制直插式分插机构逡逑转臂滑道控制直插式分插机构结构如图１．邋１所示。逡逑／／／／／／／／／／邋＼逡逑＼逡逑１．秧爪２．短滚轮３．长滚轮４．分插轮５．取秧滑道６．秧箱７．插秧滑道逡逑图１．１转臂滑道控制直插式分插机构逡逑转臂滑道控制直插式分插机构工作时，，分插轮以一定转速转动，秧爪一边随分插逡逑轮转动一边在滑道的约束控制作用下相对分插轮臂作转动，从而使秧爪按设计的运动逡逑轨迹要求进入秧箱取苗，并按插秧滑道确定的轨迹将秧苗插入土中。待秧苗插入土中逡逑２逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S223.91

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本文编号：2675330