蔬菜缽苗旋轉式取苗機構的參數(shù)優(yōu)化與試驗研究.pdf

1、中國的蔬菜種植面積和產(chǎn)量均居世界第一。蔬菜是我國種植業(yè)中僅次于糧食的第二大農(nóng)作物，蔬菜種植業(yè)已成為促進我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和新農(nóng)村建設的重要產(chǎn)業(yè)。但是，目前我國蔬菜移栽作業(yè)主要采用人工移栽方式，機械移栽基本上采用需人工喂苗的半自動移栽機，因而開展全自動蔬菜移栽機的研究顯得非常重要和迫切。自動移栽機構是蔬菜自動栽植機械的核心部件，直接影響著蔬菜移栽作業(yè)的質量和效率，因此，開展自動移栽機構的創(chuàng)新設計和工作機理研究，為蔬菜自動移栽機的研發(fā)提供理論

2、基礎和設計依據(jù)，具有重要的科學意義和重大的應用價值。
　　自動移栽機構一般由取苗和栽植苗掰套機構組成。目前國內(nèi)外半自動蔬菜移栽機所應用的鏈夾式、導苗管式、吊籃式等栽植苗機構已經(jīng)比較成熟。日本的自動取苗機構結構復雜、制造成本高但工作效率不太高且在中國申請了知識產(chǎn)權保護，而國內(nèi)自動取苗機構的研究工作才剛剛起步，在應用方面更是空白，已成為制約自動移栽機發(fā)展的“瓶頸”。因此，本文發(fā)明了一種可應用于蔬菜缽苗自動移栽機的新型旋轉式取苗機構——

3、偏心齒輪-非圓齒輪行星系自動取苗機構(ZL201010104092.X)，并從理論計算、虛擬仿真和臺架試驗對機構的運動學和動力學特性進行了分析，實現(xiàn)了機構結構參數(shù)和動力學性能優(yōu)化，構建了具有較強系統(tǒng)性的取苗機構創(chuàng)新設計平臺。主要研究內(nèi)容和結果如下:
　　(1)基于國內(nèi)外蔬菜移栽機構的結構特點和工作原理的研究和分析，闡明旋轉式自動取苗機構的研究是突破全自動移栽機發(fā)展瓶頸的關鍵。提出偏心齒輪-非圓齒輪行星系自動取苗機構，研究了該取苗機

4、構的工作機理和構型綜合，建立了機構運動學模型，進而得到了機構運動學特性的理論分析結果。
　　(2)提出了旋轉式取苗機構的優(yōu)化目標，建立機構結構參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學模型，開發(fā)了基于Visual Basic的計算機輔助分析與優(yōu)化軟件，應用可視化人機交互優(yōu)化方法對機構結構參數(shù)進行優(yōu)化，得到滿足機構運動學要求的一組最佳參數(shù)組合:R2=24mm，e=4mm, R3=20mm, R4=26mm, S=152mm,α0=-128°,ψ0=90°,β=

5、122°。
　　(3)采用UG和ADAMS軟件建立了取苗機構虛擬樣機，應用ADAMS虛擬樣機技術對取苗機構進行三維動態(tài)仿真與分析。機構的虛擬樣機試驗結果與理論計算分析結果基本吻合，驗證了機構的運動學模型和優(yōu)化設計方法的正確性和可靠性，以及機構三維實體模型的合理性和可靠性。
　　(4)制造出取苗機構的物理樣機。在自行研制的取苗機構試驗臺上，利用高速攝像和視頻處理技術開展機構的運動學臺架試驗，掌握了取苗機構物理樣機的運動學特性，

6、如取苗臂尖點的運動軌跡、速度，取苗和推苗動作的準確性等，同時進一步驗證了機構運動學模型及設計理論和方法的可靠性和正確性。
　　(5)首次以旋轉式取苗機構為研究對象，采用動態(tài)靜力分析法建立機構動力學模型，進行機構動力學分析。開展機構動力學臺架試驗，測試得到機構支座垂直反力與行星架轉角的關系。機構臺架試驗結果與理論分析結果基本吻合，表明機構動力學模型及分析理論和方法的正確性。此外，通過動力學試驗得到機構在五種轉速下的動力學特性，并對其

7、進行了比較和分析。
　　(6)研究了機構動力學性能優(yōu)化問題。在不改變機構結構參數(shù)的前提下，通過增加配重改進取苗臂結構優(yōu)化機構動力學性能，使所設計的取苗機構不僅滿足運動學要求，又具有最佳的動力學性能。
　　(7)開展機構的取苗試驗，確定了較優(yōu)的取苗臂末端執(zhí)行結構，取苗成功率較高。這表明所設計的取苗機構能夠滿足自動取苗作業(yè)要求，具有應用于全自動蔬菜缽苗移栽機的可行性。
　　(8)論文的創(chuàng)新之一是發(fā)明了一種組合有不完全圓柱齒