非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构优化设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机构结构复杂、成本高或工作效率低、振动大等问题,提出一种由1个不完全非圆齿轮、6个非圆齿轮和2个移栽臂组成的非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。分析了该移栽机构的工作机理,采用一种基于人机交互的参数优化方法,编制移栽机构的优化设计软件,得到一组实现水稻钵苗移栽较优工作轨迹和姿态的机构参数。建立移栽机构虚拟样机,研制移栽机构物理样机,开展虚拟样机运动仿真分析和物理样机高速摄影运动学试验,得到机构移栽臂的秧针尖点静轨迹和姿态。理论计算和实际测量得到的推秧角与取秧角角度差分别为53.52°与52.53°,误差为1.45%;仿真分析、试验测试结果与理论分析结果基本一致,验证了移栽机构设计方法和结果的正确性,以及机构应用于实际机器的可行性。     

三臂回转式水稻钵苗移栽机构反求设计与试验

针对前期正向设计得到的三移栽臂水稻钵苗移栽机构应用中存在绝对运动轨迹回程段前倾造成秧苗回带,以及推苗角偏小造成推苗直立度差的问题,提出一种基于局部运动轨迹的反求设计方法完成三臂回转式水稻钵苗移栽机构设计。首先,分析机构绝对运动轨迹和相对运动轨迹之间关系,结合原机构存在的问题预设局部较理想绝对运动轨迹回程段轨迹、取推苗角,确定移栽机构局部相对运动轨迹关键位置点,应用三次非均匀B样条曲线拟合生成相对运动轨迹;然后,建立基于相对运动轨迹的移栽机构反求设计模型,开发了基于Matlab的反求设计辅助分析软件,优化获得满足设计目标的移栽轨迹和机构参数;最后,对三臂回转式水稻钵苗移栽机构进行了结构设计、虚拟仿真与样机试验,结果表明：仿真轨迹、样机试验轨迹与理论计算轨迹基本一致,且移栽臂推秧角较原机构增大了9.08°以上、绝对运动轨迹回程高度大于120 mm、取推苗角度差与秧箱实际安装角误差控制在±2°以内,满足水稻钵苗高直立度移栽要求,验证了所提出方法和三臂回转式水稻钵苗移栽机构设计的正确性。     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构运动机理分析

简述了椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构,分析了该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开发了该移栽机构计算机辅助分析与优化软件,通过人机交互方式优化出满足蔬菜钵苗自动移栽机构工作要求的结构参数,最后进行了机构三维建模与仿真,仿真结果与理论分析结果一致。     

夹钵式水稻钵苗移栽机构设计与试验

针对夹苗式水稻钵苗移栽机构取苗易失败,以及推秧爪推秧不充分影响钵苗直立度等问题,根据水稻钵苗移栽机构的工作要求,提出了一种夹钵式水稻钵苗移栽机构。基于Visual Basic 6. 0开发了移栽机构辅助分析优化软件,分析了主要参数对移栽轨迹的影响,通过人机交互方式得到了一组满足移栽工作要求的机构参数。根据得到的机构参数,完成移栽机构的结构设计,进行了移栽机构的虚拟仿真分析,验证了移栽机构理论设计的正确性。设计了水稻钵苗移栽试验台并进行了移栽机构取苗试验,移栽机构回转速度设定为50 r/min时,平均取苗成功率为93. 06%,当转速为80 r/min时,平均取苗成功率为88. 89%,取苗成功率随着转速的提高而降低。研究表明,该机构具有较高的取苗效率和取苗成功率,可应用于水稻钵苗移栽机。     

基于空间轨迹的行星轮系移栽机构设计方法研究

为使行星轮系移栽机构能够实现复杂空间轨迹、更好地满足水稻宽窄行钵苗移栽的农艺要求,提出一种基于一般空间连续封闭轨迹的不等速行星轮系移栽机构逆向设计方法.首先,将行星轮系移栽机构简化为空间开链三杆二自由度(2R)机构,以3次非均匀B样条曲线拟合的理想轨迹曲线为约束,建立空间开链2R机构运动学模型,分析其末端轨迹形成机理,...     

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂设计与试验

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂是移栽作业的执行部件,控制取秧和推秧动作,直接影响移栽机构取秧和推秧的成功率。针对原水稻钵苗移栽机构存在取秧时间长、成功率偏低,无推秧装置、推秧效果差等主要问题,对其移栽臂结构进行改进设计,优化凸轮机构,减小凸轮推程运动角,增加推秧装置。建立机构虚拟样机,研制机构物理样机,开展机构虚拟运动仿真和高速摄像运动试验。比较虚拟仿真和高速摄像试验移栽机构夹取秧苗时间的缩短情况,结果基本一致,表明移栽臂的改进设计是正确和合理的。开展安装不同凸轮机构和有无推秧装置的移栽机构的取秧试验,改进后的机构取秧成功率和推秧成功率分别为94.3%和98.6%,远高于改进前的82.9%和88.6%,表明改进后的机构能够更好地满足水稻钵苗移栽工作要求,且具有很好的工作性能。     

棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构设计与试验

为了研究棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构的可行性,分析了水稻钵苗移栽纵向送秧机构的工作原理和棘轮齿轮式机构的传动特性,针对高速回转式水稻钵苗移栽机送秧机构需满足传动平稳、传动比精确、工作可靠性好、作业中没有积累误差、振动和噪声小的特点,设计棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构,对其结构设计中的重要几何参数建立了数学模型,进行了优化,采用CAD/CAE软件建立虚拟模型。对该机构进行了台架试验,结果表明,该种传动形式的纵向送秧机构能够满足高速回转式钵苗移栽机的工作要求,为研发高速回转式钵苗移栽机纵向送秧机构提供了理论和实践依据。     

蔬菜钵苗密植移栽机多行取苗机构设计与试验

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。     

水稻钵苗移栽机试验研究

水稻钵苗移栽是一种利用钵盘育秧的水稻移栽技术,是水稻种植过程中的重要环节。由机械替代人工完成移栽是推广钵苗移栽技术的关键。为此,在以五杆双曲柄分插技术为核心的水稻钵苗移栽机上进行试验研究,结果表明:水稻单穴内秧苗拉拔力小于抗拉断力,取苗秧夹夹持秧苗茎秆的取苗方式可行;水稻钵苗移栽机栽深和株距可控,栽植翻倒率为16.7%,漏插率为14.7%,伤秧率为3.4%,栽后第2天长型根,基本无缓苗;由根系生长来看,钵体苗表现更为粗壮,抗倒伏能力强;产量较同期毯状苗机插每穗平均增加4.6%。同时,针对水稻钵苗移栽机试验中所产生的作业质量、效率等问题,分析了农机和配套农艺问题,旨在对后续机具的研发提供参考,为水稻高产稳产提供技术支撑。     

旋转式水稻钵苗移栽机构动力学分析与试验

针对一种创新设计的椭圆齿轮-不完全非圆齿轮行星系旋转式水稻钵苗移栽机构,运用动态静力学分析方法和动力学方程组序列求解法,建立机构的动力学模型,利用基于VB软件的动力学分析软件,计算得到机构各运动构件受力及运动副约束反力的变化曲线。搭建机构动力学试验台,开展机构空载动力学试验,测试得到机构在130、160、190 r/min 3种不同工作转速下的动力学特性,通过分析得出:移栽臂工作产生的振动是支座X向振动的主要因素,是支座Y向振动的非主要因素。同时验证了机构动力学模型的正确性,为机构的动力学性能优化提供了可靠模型和试验基础。     

基于节曲线凸性判别的行星轮系移栽机构解析

为了建立非圆齿轮凸性与理想移栽轨迹之间的直接联系,使行星轮系移栽机构更好地满足作业要求,提出一种基于非圆齿轮节曲线凸性指标的不等速行星轮系机构参数求解方法。根据给定的运动轨迹,建立全局坐标系;将轮系简化为二杆二自由度开链机构（2R机构）,建立基于移栽轨迹的机构运动求解模型,提出非圆齿轮节曲线凸性判定指标,确立轮系中心位置变化范围即解析区域。根据运动学原理,由二杆二自由度开链机构复演理想移栽轨迹,求解轮系传动比,建立不等速传动比计算与分配模型,得到杆长、杆长比、轮系传动比、非圆齿轮节曲线凸性值等移栽机构参数,建立可以形成给定移栽轨迹的移栽机构参数信息图。避免了调试非圆齿轮节曲线的盲目性、优化机构尺寸和结构设计中双臂干涉等问题,为设计可形成特定轨迹的轮系机构提供参考。对几种常见移栽轨迹进行计算分析,以“鹰嘴形”水稻钵苗移栽轨迹为例进行非圆齿轮行星轮系钵苗移栽机构的设计仿真与样机试验,仿真轨迹、试验轨迹与给定理想轨迹基本一致,验证了计算模型的正确性与设计机构的可行性。     

移栽机取苗机构行星轮系设计与动力学研究

以移栽机取苗机构的行星齿轮为研究对象,基于三维造型设计软件Solid Works设计了取苗机构行星齿轮传动系统的实体模型,并将其导入机械系统动力学仿真软件ADAMS中,设定工作参数后进行刚体动力学分析,分析行星齿轮传动时的齿轮x方向接触力和y方向接触力的变化规律及其频谱特征。经分析,仿真结果与理论值相吻合,验证了仿真的正确性。采用虚拟样机技术可提高取苗机构行星轮系的设计水平,也为后续的传动系统的优化设计提供了一种解决方案。     

再生稻空间直取大偏移轮系宽窄行分插机构设计与试验

为了解决再生稻生产过程中,收获机履带碾压头季稻稻桩的问题,本文从机械栽植角度入手,在单位种植面积有效株数一定的条件下,通过合理增大栽植行距以增大履带行走行距。提出一种可实现大偏移、直取秧和小侧向穴口移栽轨迹的空间行星轮系分插机构。首先,结合栽植农艺规划宽窄行移栽轨迹并确定其上若干关键位置与姿态,建立了空间2R开链机构3精确位姿空间几何约束设计方程,采用同伦算法进行求解;然后,基于求解参数拟合、优化得到开链机构输入轴与输出轴相对角位移曲线,确定机构传动比与非圆齿轮节曲线,复演得到满足移栽要求的空间轨迹;最后,通过依附非圆齿轮副将开链机构两转轴运动耦合,设计得到一种由平面非圆齿轮与斜齿轮组合传动的轮系式再生稻宽窄行分插机构,并进行虚拟仿真与样机试验,结果表明样机实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;取苗至推苗横向偏移量ΔS1为65.59mm、侧向推苗角γ1为16.13°、侧向穴口宽度ΔS3为23.69mm,满足再生稻宽窄行移栽要求,验证了轮系式宽窄行分插机构设计的可行性。     

变行距水稻钵苗移栽机移栽装置设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机移栽行距固定、不能适应南方双季稻区不同行距移栽农艺要求的问题,在歩距式水稻插秧机基础上,设计了一种取苗轨迹简单、实用及性能可靠的变行距钵苗移栽装置。根据钵苗最佳拔取角度与取、投苗位置要求,确定取苗运动轨迹,设计取苗连杆机构,建立运动学模型,并应用Matlab对机构模型进行优化设计;根据取苗连杆机构运动参数与钵苗下落姿态的要求,设计苗夹开合与旋转运动控制凸轮,并进行取苗连杆机构与苗夹机构之间运动同步性的运动仿真分析;为满足钵苗经过输苗筒后下落至水田时刻的一致,以保证移栽时钵苗株距均匀性,对输苗筒的关键结构进行了理论分析及设计;进行不同取苗速度、不同行距的移栽试验,平均取苗成功率达到89.96%,平均倒苗率3.45%,表明该装置具有较好的移栽效果,可应用于水稻钵苗变行距移栽作业。     

水稻钵苗膜上移栽机构优化设计与试验

膜上栽植技术可以有效防止水土流失、有利于有机水稻种植,钵苗移栽可以提高产量。为了将两种农艺相结合,提出一种膜上开孔并实现水稻钵苗栽植的移栽机构,能有效避免因破膜与水稻栽植不同步而造成的秧苗损伤。分析了移栽机构的工作机理,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助分析优化设计软件,并得到一组满足膜上移栽要求的结构参数。建立三维模型,并利用ADAMS软件完成虚拟样机仿真。设计物理样机,进行高速摄影运动试验。样机试验结果与理论分析所得轨迹基本一致,验证了移栽机构设计的合理性与正确性。在试验台架上完成了取苗试验与膜上栽植试验,取苗成功率为92.8%,膜上栽植的合格率为90%,满足膜上移栽的作业要求,验证了水稻钵苗膜上移栽机构的可行性。     

茄子钵苗全自动移栽机构优化设计与试验

为了实现茄子钵苗的全自动机械化移栽,设计了一种全自动茄子钵苗移栽机构,提出了一种以牛顿插值法构建的新型非圆齿轮,建立了茄子钵苗移栽机构运动学模型。通过农艺与农机的结合,以钵盘规格、基质体积比、土钵含水率为试验因素,取苗力与土钵基质损失率为试验指标,进行了三因素三水平的正交试验,试验结果表明,钵盘规格105穴、基质体积比1、土钵含水率70%~80%时,取苗力为2.70 N,土钵基质损失率为2.94%,利于茄子钵苗的全自动机械化移栽。根据移栽机构数学模型结合茄子钵苗农艺要求,开发了牛顿插值齿轮茄子钵苗移栽机构优化设计与分析软件,优化出一组满足茄子钵苗移栽要求的参数。根据优化的参数进行三维建模、虚拟仿真,运用3D打印技术制作物理样机进行了轨迹验证试验,验证了该机构的正确性与可行性,通过取苗试验与栽植试验,证明了该机构的实用性。     

大株距行星轮系蔬菜钵苗栽植机构优化设计与试验

设计了一种能适应大株距栽植的行星轮系蔬菜钵苗栽植机构,通过该机构栽植嘴能将蔬菜钵苗植入土中。构建了一种新型的非圆齿轮传动比函数,建立了机构的运动学模型,推导了栽植嘴尖点的(角)位移、(角)速度方程。基于Visual Basic开发了计算机辅助分析与优化软件,分析了非圆齿轮中心距a、角位移系数k1和k2、行星架初始安装角φ0、栽植嘴初始安装角α0、中间齿轮初始安装角γ0以及栽植嘴顶端到行星轮中心的距离S等重要参数对栽植轨迹的影响,通过人机交互方式优化出一组能够满足蔬菜钵苗栽植工作要求的机构参数(a=53 mm、k1=0.23、k2=0.03、φ0=-58°、α0=-144°、γ0=144°、S=175 mm)。根据优化所得参数建立栽植机构的三维模型并进行仿真分析,同时制作了栽植机构的样机进行田间植苗试验。试验了栽植嘴在不同时刻开启和闭合对西兰花钵苗栽植时直立度和成功率的影响,得出栽植嘴在其运动轨迹最低点上方10 mm处张开为最佳开启位置,钵苗直立度优良率达85%,栽植效率可达100株/(min·行),栽植株距达到450 mm,证明该机构适用于蔬菜钵苗的大株距栽植。