偏心非圆—巴斯噶齿轮行星轮系栽植机构的建模、优化及试验研究

发布时间：2020-08-25 05:35

【摘要】：钵苗移栽具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效益，提高复种指数。但是我国的全自动机械栽植技术发展缓慢，机械栽植普及率低，由国内外的实际栽植经验可知栽植机械化是减轻劳动强度的基本途径和未来的发展方向。栽植机构是将秧苗植入大田的最终机构，是移栽机的核心工作部件，直接影响秧苗成活率，栽植机构的评价准则是高立苗率和低损伤地高速栽植。针对目前栽植机构存在的问题，本论文提出新型栽植机构，并提出通过保证栽植嘴理想轨迹、姿态、速度和挖出的穴口形状等运动学特性来提高立苗率和降低损伤率，对所提出的新型栽植机构进行建模分析和试验研究。本文主要研究内容如下：（1）对变性巴斯噶蜗线非圆齿轮和变性偏心圆齿轮进行研究。基于传统的巴斯噶线非圆齿轮、偏心圆齿轮及与其共轭非圆齿轮节曲线方程，增加变性系数对变性非圆齿轮节曲线和中心距方程进行研究：应用优化设计中的进退法和黄金分割法实现中心距的数值计算。根据微分几何中曲线上各点曲率半径计算公式，建立变性非圆齿轮副凹凸性判别模型。（2）提出了偏心非圆-巴斯噶齿轮行星轮系栽植机构，建立其运动学分析数学模型，利用Matlab编写该机构的运动学仿真与优化软件。利用该软件研究偏心齿轮偏心距、巴斯噶蜗线齿轮的发生圆半径、变性系数、初始相位角等参数对该机构的栽植嘴轨迹、姿态和形成穴口的影响。利用软件的人机交互功能获得较优参数，使其对应的栽植嘴轨迹姿态好、穴口大小适中，以更好的满足钵苗移栽农艺要求。（3）建立偏心非圆-巴斯噶齿轮行星轮系栽植机构的动力学模型。利用Matlab编写该机构的动力学仿真与优化软件。（4）根据优化后的机构参数，利用三维实体建模软件，进行偏心非圆-巴斯噶齿轮行星轮系栽植机构的结构设计及虚拟仿真。（5）研制了偏心-巴斯噶齿轮行星轮系栽植机构，进行试验研究。利用高速摄影及其视屏处理技术，验证了机构的运动学轨迹和姿态的准确性；同时利用振动测试仪，测量支撑点的受力情况，并与动力学理论模型测得数据相比较，验证动力学模型的准确性。（6）为了进一步证明本文提出的栽植机构动力学特性的优越性，选取七杆式栽植机构作为比较对象，建立七杆式栽植机构的动力学模型，并将两栽植机构进行动力学特性比较，验证了本论文提出的栽植机构的优越性。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S223.9
【图文】：

移栽机,钳夹,栽植机

1.3.1 国内外常见栽植机构现状1）钳夹式移栽机的栽植机构钳夹式移栽机的栽植机构，如图1.1，作业者将秧苗人工投放到钳夹（圆周运动的）上，钵苗随栽植盘转动到苗沟（开沟器开好的）中时，钳夹打开，钵苗掉入苗沟，然后覆土、镇压，完成整个栽植过程。该栽植机构，作业速度的变化对立苗率有影响，且对钵苗有损伤。钳夹式栽植机相对其他的栽植机构具有株距准确，栽植后秧苗的直立度较好的优点，其栽植速率一般为30～40 株/min；缺点是在为了提高栽植效率而加快栽植速度时容易出现漏栽现象，秧夹容易伤到钵苗。2）导苗管式移栽机的栽植机构导苗管式移栽机单组结构示意图

钵苗,栽植机,喂入,栅条式扶苗器

秧夹容易伤到钵苗。2）导苗管式移栽机的栽植机构导苗管式移栽机单组结构示意图，如图1.2。栽植时，由作业者将钵苗喂入到喂入器的喂入筒中，当喂入筒运转到合适导苗管接苗时，喂入筒下口打开，钵苗自上而下下落到导苗管中。钵苗顺着导苗管滑入开沟器开出的苗沟内，由于栅条式扶苗器的扶持，钵苗直立性好。最后通过覆土镇压轮进行覆土镇压，完成栽植过程。导苗管式钵苗栽植机是有一定的创新的。其特点是适应性较广、不伤钵苗，相对钳夹式钵苗栽植机构

移栽机,圆盘式,挠性,钵苗

33）挠性圆盘式移栽机的栽植机构如图1.3，由作业者将钵苗放到挠性圆盘内，钵苗随着圆盘做圆周运动，当钵苗垂直地面时进行栽植动作。挠性圆盘式栽植机能够较好的满足小株距作物的移栽要求。它主要的特点是结构简单、成本低，缺点是由于挠盘的材料要满足一定变形量，选择难度大，变应力下寿命较短，栽植的钵苗容易倾倒和被土壤埋没。4）吊篮式移栽机的栽植机构吊篮式钵苗栽植机为半悬挂式，其主要结构如图1.4所示。在栽植过程中，作业者将钵苗盘2中的钵苗投入到处于最高位置的吊篮式栽植器3中

【参考文献】