蔬菜缽苗旋轉(zhuǎn)式取苗機構(gòu)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(gòu)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(zhì)量和效率，因此，開展自動移栽機構(gòu)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(gòu)一般由取苗和栽植苗掰套機構(gòu)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(gòu)已經(jīng)比較成熟。日本的自動取苗機構(gòu)結(jié)構(gòu)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(quán)保護，而國內(nèi)自動取苗機構(gòu)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(zhuǎn)式取苗機構(gòu)——

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

4、構(gòu)的工作機理和構(gòu)型綜合，建立了機構(gòu)運動學模型，進而得到了機構(gòu)運動學特性的理論分析結(jié)果。
　　(2)提出了旋轉(zhuǎn)式取苗機構(gòu)的優(yōu)化目標，建立機構(gòu)結(jié)構(gòu)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(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，得到滿足機構(gòu)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(gòu)虛擬樣機，應用ADAMS虛擬樣機技術(shù)對取苗機構(gòu)進行三維動態(tài)仿真與分析。機構(gòu)的虛擬樣機試驗結(jié)果與理論計算分析結(jié)果基本吻合，驗證了機構(gòu)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(gòu)三維實體模型的合理性和可靠性。
　　(4)制造出取苗機構(gòu)的物理樣機。在自行研制的取苗機構(gòu)試驗臺上，利用高速攝像和視頻處理技術(shù)開展機構(gòu)的運動學臺架試驗，掌握了取苗機構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)式取苗機構(gòu)為研究對象，采用動態(tài)靜力分析法建立機構(gòu)動力學模型，進行機構(gòu)動力學分析。開展機構(gòu)動力學臺架試驗，測試得到機構(gòu)支座垂直反力與行星架轉(zhuǎn)角的關(guān)系。機構(gòu)臺架試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果基本吻合，表明機構(gòu)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(gòu)在五種轉(zhuǎn)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(gòu)動力學性能優(yōu)化問題。在不改變機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的前提下，通過增加配重改進取苗臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化機構(gòu)動力學性能，使所設計的取苗機構(gòu)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(gòu)的取苗試驗，確定了較優(yōu)的取苗臂末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)，取苗成功率較高。這表明所設計的取苗機構(gòu)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