水稻插秧机分插机构人机交互可视化优化设计

利用可视化人机交互优化方法对水稻插秧机曲柄摇杆分插机构进行了优化设计,在建立分插机构数学模型的基础上,编写了具有可视化效果的人机交互优化程序,分析了各变量对目标和约束的影响,进而优化出满足插秧运动要求的结构参数.结果表明:采用基于可视化的人机交互优化方法易于实现,且操作简单方便,提高了优化效率.     

滚筒式免耕播种机构交互式优化设计系统研究

针对滚筒式免耕播种机构设计过程中,涉及参数多,交互关系复杂,计算量大,计算方法繁琐,设计周期长,不易完成机构优化设计等问题,设计一种交互式设计平台,通过人机交互,达到缩短设计周期、优化机构的目的。通过对鸭嘴滚轮排种装置及其鸭嘴驱动滚筒组成的核心机构的运动学分析,建立鸭嘴驱动角φ、鸭嘴助力角α、鸭嘴滚轮排种装置角速度ω0和滚筒角速度ω1之间的数学模型;以株距、还田量及播种深度为设计参数,构建目标函数与约束条件,确定优化算法,获得满足设计要求的结构参数,即基本结构参数:滚轮半径R0、滚筒半径R1、鸭嘴高度H、鸭嘴数x,辅助结构参数:助力角α、驱动角φ、开孔数n和开孔长度l;使用Matlab(Matrixlaboratory),根据优化算法编写程序,并通过Matlab图形用户界面,直接在界面中获得优化后的结构参数。通过CATIA环境下二次开发,利用关联设计方法建立参数化模型,通过优化后的结构参数驱动参数化模型改变参数。参照系统所得结构参数加工滚筒式免耕播种机构试验样机并进行样机功能试验。交互式优化设计系统可在不同需求下快速生成各结构参数,准确得出最优参数组合,并生成所需模型,最大限度缩短设计时间,提高设计效率与准确度,同时为解决该类问题提供了一种通用方法。     

旋转式分插机构运动学多目标非劣解群自动寻求

针对水稻插秧机分插机构优化过程中的多目标、非线性、交互性、模糊性以及优化结果不唯一等问题,建立了运动学参数的计算模型,通过对插秧性能各要求的模糊化得出各要求的隶属度,同时提出了对干涉的判定方法.在以各隶属度最大化为目标,运用优化算法求得一组较优解的基础上对该组解进行了区间扩张,将区间搜索转换为多目标优化问题,再次运用优化算法并通过 Visual Basic 6.0软件编程实现了自动搜索非劣解群的目的.结果表明:利用该方法可以迅速搜索得到运动学参数的范围,较人机交互优化方法更为快捷、方便,提高优化效率.     

旋转式分插机构运动学多目标非劣解群自动寻

针对水稻插秧机分插机构优化过程中的多目标、非线性、交互性、模糊性以及优化结果不唯一等问题，建立了运动学参数的计算模型，通过对插秧性能各要求的模糊化得出各要求的隶属度，同时提出了对干涉的判定方法。在以各隶属度最大化为目标，运用优化算法求得一组较优解的基础上对该组解进行了区间扩张，将区间搜索转换为多目标优化问题，再次运用优化算法并通过 Visual Basic 6.0软件编程实现了自动搜索非劣解群的目的。结果表明：利用该方法可以迅速搜索得到运动学参数的范围，较人机交互优化方法更为快捷、方便，提高优化效率。     

插秧机核心部件改进研究

为提高和改善插秧机的工作效率与整体插秧质量,对广泛应用于水稻行业的高速插秧机核心部件进行优化改进。针对插秧机的插秧机构的工作特性,从非圆齿轮机构的运动学与动力学模型角度出发,建立了插秧部件的数学模型,并在此基础上得到整体三维物理模型;对于插秧机的移箱机构核心部件螺旋轴进行结构化参数改进,融入目标函数优化理论利用Mat Lab编制程序得出最优组合。同时,利用ADAMS进行仿真试验,结果表明:在前置条件设置合理与准确的前提下,得出的关键点运动轨迹与速度、加速度及位移等相关参数与改进设计相符,证明插秧机核心部件改进的合理性与可行性。此优化改进方法与结论对于相关学者进行深入研究有一定的参考价值,亦可为实际水稻插秧机制造与创新提供理论依据。     

WSN主导下的水稻插秧机电控系统优化分析

针对水稻插秧机自动化程度不高、工作效率较低的问题,在WSN技术下对水稻插秧机进行了设计,并对其电控系统进行优化并分析。该插秧机的主要组成为车体、无级变速系统、分插机构、电控系统和报警机构。为提高智能化和自动化水平,插秧机采用纯追踪算法控制器计算偏差,改进其电控系统,使其能够实现自动导航。为验证插秧机性能,对插秧机进行自动导航和插秧试验。试验结果表明:插秧机可以实现自动导航,且插秧效果良好,满足农户的使用要求。     

小型水稻插秧机设计与试验研究

我国山地和丘陵地区由于受地形限制,大、中型插秧设备无法使用,水稻种植多以人工为主,人工种植的方式效率低、劳动强度大,严重制约了水稻种植机械化的发展。针对这一问题,提出了一种适用于山地或丘陵地区的小型水稻插秧装置。装置以人工操作的轻便省力为目标,主要针对移箱机构及插秧机构进行了详细的优化设计,开发了一种操作省力的小型插秧机,并利用有限元仿真对关键部件进行了分析评估。最后,进行了样机测试,结果表明:叶轮取能式插秧机构设计合理,取能平均负载为7.2N,移箱机构工作可靠,平均移箱力为3.4N,移箱步距稳定,为今后小型水稻插秧机的研究提供了参考。     

水稻插秧机植物纤维地膜敷设装置开口机构设计

针对自制的水稻插秧机植物纤维地膜敷设装置由秧爪直接进行开口插秧、而导致开口质量较差的问题,利用ADAMS建立了偏心齿轮式分插机构的运动仿真模型,通过轨迹跟踪及逐次逼近的方法确定了开口刀尖点的最优坐标为(-159.8,54.9)。依此建立双臂同步开口机构仿真模型并对开口插秧过程进行了仿真模拟,结果表明机构满足设计要求。最后,对同步开口机构开口刀的装配结构进行了优化设计。     

3DMAX应用下的智能插秧机外观优化

为进一步提高智能插秧机的结构布局协调性与感染力水平,利用3DMAX应用平台进行插秧机外观优化研究。考虑土壤湿润程度对插秧刀具的影响等因素,结合插秧机分插机构传动部件与插植臂等执行部件的相互关系与约束条件,以偏心齿轮啮合传动特性,建立用于智能插秧机外观优化的数学模型,得到关键部件与机构的三维物理模型与无缝装配模型。从结构细化设计与外观造型设计两大角度分别对插秧机体、驾驶座、车轮、插秧装置等曲线参数优化,插秧作业场景与插秧特征提取及组件元素3D建模等操作进行3DMAX场景下智能插秧机的外观呈现与界面设计布局,实现了智能插秧机的3D可视化管理与动画效果展示,且动作一致性较好,设计合理可行。农机三维建模技术对准确实现结构优化有很好的预知功能,对大型农机设备结构设计搭建人机交互虚拟平台有一定的参考价值。     

椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构运动分析与试验

步行式水稻插秧机上使用的后插曲柄摇杆式分插机构存在工作时振动大的问题,为此设计了椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构,分析了该分插机构的工作原理与结构特点,建立了机构的运动学模型,开发了机构辅助分析与参数优化软件,优化出满足步行式插秧机工作要求的结构参数,最后利用高速摄像技术对分插机构运动特性进行了试验验证.     

基于PLC的多功能插秧机动力系统优化研究

随着自动化技术在农业生产应用中的不断深入,多功能插秧机已经逐渐取代传统人工插秧作业,其具有自动插秧、插秧质量高等优点,但存在驶速度慢、插秧效率低等问题。为此,设计研究了基于PLC的多功能插秧机动力系统,对传统插秧机动力系统进行优化。在对插秧机工作原理进行深入研究的基础上,完成了插秧机动力系统优化方案的设计,并引入液压驱动系统,完成了液压驱动系统结构设计和工作原理分析。同时,将液压驱动系统与PLC控制相结合,定义系统输入输出信号,完成PLC硬件接线及I/O分配。仿真试验结果表明:验证优化后的多功能插秧机可以完成对动力系统的精准控制,具有更好的动力性能和机动性。     

基于PLC的智能插秧机监控系统研究

智能插秧机具有作业效率高、插秧质量高等优点,逐渐取代传统人工插秧作业,但传统的智能插秧机在作业工程中仍然需要人工监控,以便及时处理插秧机出现的故障问题。为此,设计了基于PLC的智能插秧机监控系统,完成了监控系统总体结构的设计,通过硬件选型和软件设计,确定了合理可靠的功能模块。该监控系统能够实时监测智能插秧机的工作状态,远程控制智能插秧机作业,可及时对插秧机的故障进行反馈报警,且结构简单、控制精度高,具有较高的安全性和稳定性,在农业生产上具有一定的推广价值。     

悬杯式移栽机栽植系统的优化设计与运动仿真

针对钵苗在栽植过程中保持直立的农艺要求,将悬杯式移栽机栽植机构的工作原理作为栽植系统的优化设计基础,对机构进行优化设计。通过分析得到了机构的运动方程以及相关参数,并以零速投苗为目标函数,建立了栽植系统的优化数学模型,利用Matlab软件对影响零速投苗的因素进行了优化计算。在Solidworks软件环境下,对移栽机栽植系统进行运动仿真分析,表明优化后的栽植机构工作参数符合需求。     

偏心齿轮—非圆齿轮行星系分插机构运动机理分

简述了一种旋转式行星系分插机构,用于高速水稻插秧机前插式作业.分析了偏心齿轮-非圆齿轮行星系分插机构的工作机理和结构特点,建立了该机构的运动学模型.基于Visual Basic 6.0开发了该分插机构辅助分析与优化软件,通过人机交互方式,优化出满足高速插秧机插秧要求的结构参数为e=3 mm, R=19 mm,α0=-40°,φ0=36°, S=155 mm, H=180 mm.     

双偏心卵形齿轮行星系分插机构的分析研究

鉴于已有的高速水稻插秧机中的椭圆齿轮行星系分插机构在取秧过程中易出现伤秧、插秧过程中易出现倒秧或插不进秧的情况,借助于计算机辅助软件对双偏心卵形齿轮行星系在高速水稻插秧机旋转式分插机构上进行了应用研究,提出了以标准卵形齿轮节曲线和标准直齿圆柱齿轮渐开线作为基础,对无函数表达式节曲线的双偏心卵形齿轮行星系各项参数进行理论分析,建立双偏心卵形齿轮行星系的实体模型,为了将其与插秧机上其他零部件进行装配,给出了双偏心卵形齿轮行星系旋转式分插机构虚拟制造结果。对改装后的插秧机分插机构的虚拟样机进行仿真,与椭圆齿轮行星系分插机构在插秧性能方面进行比较。结果表明:由于双偏心卵形齿轮相对于标准椭圆齿轮的设计变量多,因而结构优化更灵活,安装在插秧机上稳定性好。因此,双偏心卵形齿轮行星系分插机构比椭圆齿轮行星系分插机构更能满足在高速化条件下插秧轨迹的要求。     

非匀速空间行星轮系宽窄行分插机构分析与优化

针对现有宽窄行分插机构存在斜取秧和大穴口问题,提出一种由椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动的空间行星轮系宽窄行分插机构.分析了椭圆锥齿轮的传动特性,建立了机构的运动学模型.通过分析插秧轨迹的横向线位移、横向插秧穴口边长与传动齿轮交错角的关系,得出椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动方式可以兼顾斜置式和齿轮交错传动式的小穴口、直取秧的优点.开发了宽窄行分插机构参数优化软件,进行了机构的运动特征分析,并通过人机交互方式优化了一组满足宽窄行插秧机的机构参数.利用仿真软件ADAMS实现了椭圆锥齿轮齿廓的设计,并结合三维建模软件进行了分插机构的仿真.加工了分插机构实物模型,进行了试验台测试,得出椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求.     

非圆齿轮行星轮系分插机构运动分析

为提高插秧机作业效率和质量,对非圆齿轮行星轮系分插机构的运动特性进行了研究。建立了机构运动数学模型,对该机构进行了位移和速度分析,求出了机构参数对分插机构秧爪的绝对运动轨迹和速度的影响规律,为采用非圆齿轮行星轮系分插机构的高速插秧机的设计提供了理论依据。     

水稻插秧机分插机构的主要形式及关键技术

研究影响高速分插机构发展的关键理论技术对高速插秧机的发展有重要意义。目前水稻插秧机的分插机构主要有传统机构及高速机构2类约10余种形式,不同形式分插机构的结构特点、工作原理及适用性各有差异。高速插秧机是水稻插秧机的发展方向和重点,提出的影响现代高速水稻插秧机分插机构发展的关键理论技术,可为采用高速分插机构的高速插秧机的设计提供理论依据。