椭圆齿轮行星系分插机构的机理分析和计算机优化

该文通过理论推导,阐述了椭圆齿轮行星系分插机构的传动特性,建立了运动学分析模型和框图。在VB平台上编制了机构参数优化程序,可以方便快捷地按照设计者要求找出一组最佳参数。利用该软件,针对原日本分插机构在中国南方插大苗时,由于插秧后工作轨迹过于前倾,可能推倒秧苗。设计了适合南、北方不同栽植模式的两种分插机构,通过重新优化出的结构参数,对椭圆齿轮行星系、偏心齿轮行星系和曲柄摇杆式三种分插机构性能进行了比较     

基于离散元法的糙米匀料盘仿真优化设计

为提高糙米调质过程中的加湿均匀性,在现有匀料技术的基础上,设计了一种曲面式匀料盘。采用离散元法建立匀料盘仿真模型,分析了匀料盘结构参数及运行条件对料层厚度均匀度的影响规律,结合响应面分析法得到各因素的最优组合。仿真结果表明:曲面形式(抛物线系数)对糙米的分布影响极显著(P0.01),进料量(导流管直径)对糙米的分布影响显著(P0.05),匀料盘转速对糙米分布影响不显著(P0.05);综合考虑匀料要求,确定最优结构参数为:匀料盘抛物线方程系数为0.02、导流管与匀料盘直径比为0.1875,最佳运行条件转速为183 r/min,此时料面厚度变异系数可达4.42%。仿真结果与验证结果基本一致,相对误差为2.62%,证明离散元单元法仿真分析曲面式匀料盘工作性能的可行性。     

斜齿交错-非圆锥齿轮行星系水稻宽窄行分插机构设计与优化

为获取一般性的空间行星轮系传动比,以达到直取秧和小穴口的插秧要求,在斜齿交错椭圆锥行星轮系分插机构的基础上,引入非圆锥齿轮,得到一种斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构,并应用于高速宽窄行插秧机当中。建立了非圆锥齿轮副节曲线的数学表达式和机构的运动学模型;基于Matlab开发平台开发了机构参数优化软件,利用该软件分析了节曲线形状、行星架初始安装角、斜齿轮螺旋角和非圆锥齿轮锥距对理想轨迹姿态、直取秧特征和穴口大小的影响,并以理想轨迹姿态、直取秧、小穴口等要求为目标,通过人机交互方式优选机构参数;与斜齿交错-椭圆锥行星轮系分插机构形成的总传动比及其轨迹进行对比,并得出了斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构轨迹在改进直取秧姿态、降低伤苗率等方面作业性能更优的结论。利用仿真软件Adams进行了机构的运动学仿真,加工分插机构实物,利用通用分插机构试验台完成机构插秧轨迹测试,得出斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构可以更好的满足水稻宽窄行插秧的要求,从而验证了非圆锥齿轮在宽窄行分插机构中应用的优越性。     

偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点,以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题,设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮-非圆齿轮行星系自动取苗机构.在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化.通过人机交互优化方法,得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律,进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数.     

钉齿式残膜捡拾机构运动仿真分析及性能试验

由于钉齿式残膜捡拾机构是被动式的动力驱动,且钉齿的运动受滚筒等多个动参考系的影响,造成钉齿运动过程的理论计算难度大、分析依据不足等问题。通过开展钉齿式残膜捡拾机构工作原理和动力学的分析,应用ADAMS完成运动学分析,获得钉齿相对地面的运动轨迹、齿尖的位移、速度变化曲线,完成样机的试制和田间试验。通过分析,钉齿式残膜捡拾机以5 km/h的速度作业时,滚筒转速为50.04 r/min,大于滚筒的临界转速44.61 r/min,且钉齿相对地面的轨迹为余摆线;钉齿入土时合速度的方向与垂直方向夹角为18.1°,出土时合速度的方向和垂直方向基本重合,有利于钉齿的扎入土壤及顺利挑膜,满足设计要求;相邻钉齿齿尖上的标记点MARKER_76和MARKER_77在入土、出土时捡拾区长分别为51.44和50.08 mm,同水平位置相邻余摆线间的距离为59.4 mm,大于最大捡拾区长51.44 mm。田间试验表明,钉齿式残膜捡拾机构的拾净率达71.7%,缠膜率为1.52%,满足耕层残膜捡拾作业的性能要求。该研究可为优化作业参数、研发相关装备提供参考。     

端曲面齿轮-连杆复合机构的特性分析与应用

为研究异形齿轮及其与其他机构复合之后的运动特性,以典型异形齿轮—端曲面齿轮副为例进行研究,根据其相交轴间变传动比的特点结合连杆机构,提出了一种可同时实现预期运动轨迹和运动速度的运动形式,端曲面齿轮—连杆复合运动机构。建立了复合运动机构的传动坐标系,以坐标变换为基础推导了复合机构运动方程,通过矩阵实验软件(matrixlaboratory,MATLAB)分析了复合运动机构的位移、速度和加速度的影响因子及其变化规律。并基于复合机构的传动特性,设计了一种饲草压捆机捆压机构;采用Solidworks和机械系统动力学自动分析(automatic dynamic analysis of mechanical systems,ADAMS)进行仿真加工,构建了该机构的仿真模型并进行运动仿真分析,同时加工了齿轮副部分进行试验,将试验结果与MATLAB的理论结果、ADAMS的仿真结果对比,得到的位移误差为0、速度误差为3.4%、加速度误差为3.6%,验证了理论分析的正确性,该研究在齿轮机构与连杆机构的复合运动、机构简化方面具有指导意义。     

水稻精量穴直播机仿形与滑板机构的优化设计与试验

基于农机与农艺相结合,该文主要对水稻精量穴直播机仿形与滑板机构进行了优化设计。水稻精量穴直播机采用乘坐式高速插秧机头为动力底盘,包括机架、开沟起垄装置、水平仿形装置、高程仿形装置、动力传动装置、播种装置和液压提升架。结合同步开沟起垄、播量和穴距可调、仿形作业、压茬(草)播种的农艺要求并针对实际大田生产试验中发现原水稻精量穴直播机存在的问题,如压茬效果较差、仿形系统不完善等,该文主要对高程仿形系统、水平仿形机构以及滑板角度等进行了优化设计,并对穴直播机的性能与可靠性进行了试验验证,结果表明:优化后水稻精量穴直播机的纯作业效率为0.67 hm~2/h,穴距合格率达100%,变异系数为2.5%,穴粒数合格率为95%,空穴率为0,各行排种量一致性变异系数为3.8%,总排量稳定性变异系数为1.5%,播种后田面左右高差小于3 cm;平均首次故障前作业量(MTTFF)为30.4 hm~2/m,有效度为98.2%,各项性能指标和可靠性指标均达到了相关国家标准,具有广阔的应用前景。     

基于满意度原理的旋转式分插机构多目标优化设计

针对旋转式行星轮系分插机构运动学优化过程中的多目标、非线性、模糊性等问题,建立了基于满意度原理的运动学多目标优化设计模型。运用模糊数学中的模糊综合评价,对若干组分插机构运动学性能予以量化,并用上述样本对BP网络进行训练,求得满意度映射关系,获得满意度函数,利用精英保留策略的实数编码遗传算法进行优化求解及评价,优化结果为:椭圆齿轮长轴半径a为18.10mm,椭圆齿轮短长轴之比k为0.988,栽植臂初始安装角α0为-42.56°,行星轮初始安装角δ0为11.56°,机架初始安装角φ0为31.02°,行星轮轴心与秧针尖点连线的距离S为153.79mm,满意度93.11。优化设计结果表明:该方法不仅提高了设计效率和质量,而且更能反映设计人员和用户的需求。     

弧形齿滚扎式残膜回收机的设计及参数优化

针对现有残膜回收机具存在残膜捡拾机构复杂、可靠性差、边膜回收率及卸膜率低等问题,从工作部件受力、捡拾机构运动轨迹的角度对起膜铲、残膜捡拾机构、卸膜机构等关键部件进行了研究,设计了一种弧形齿滚扎式残膜回收机。为探明拾膜钉齿扎膜过程中钉齿、地膜和土壤的形变、受力情况,从而指导机具的设计,运用ANSYS软件对弧形齿滚扎式捡拾机构捡拾地膜过程进行非线性有限元动力学仿真分析,仿真结果显示:在捡拾地膜过程中,钉齿末端变形最大,根部应力最大;地膜最大变形发生在与钉齿末端接触位置;土壤受到钉齿扰动变形量小。运用Box-Benhnken的中心组合方法,以机具行进速度、边膜铲铲翼与铲柄夹角、钉齿入土深度为试验因素,起边膜率、残膜捡拾率、卸膜率为试验指标,进行三因素三水平二次回归试验,建立了响应面回归模型,分析了各因素对试验指标的显著性并对因素进行了综合优化。确定最优试验参数为:机具行进速度为4.0 km/h、边膜铲铲翼与铲柄夹角为90°和钉齿入土深度为55 mm。在该条件下进行田间试验,得到起边膜率为93.5%、残膜捡拾率为87.4%、卸膜率为87.1%,与优化理论值相对误差均小于4个百分点,研究结果为残膜回收机具结构设计及工作参数选择提供理论基础和技术参考。     

基于MATLAB与COMSOL联合仿真的梯形迷宫滴头流道优化

传统的滴灌灌水器流道优化设计方法是通过正交试验设计,进行有限元分析,并配合试验验证,试验过程强度大、造价高。该研究将群智能优化算法与有限元分析相结合,联合MATLAB与COMSOL仿真软件对滴灌灌水器流道参数优化设计。首先,通过MATLAB读取梯形迷宫流道灌水器在COMSOL软件中的仿真计算结果后,传递给遗传算法,并以流态指数为优化目标,流道齿参差值、齿高、单元数、流道转角、齿间距为设计变量,求解出常压（100 kPa工作压力）下的灌水器流道参数。利用SPSS软件回归分析法,建立了5个变量与流态指数之间的多元线性回归数学模型。分析结果表明,5个变量对流态指数影响程度排序为齿参差值、齿高、单元数、流道转角、齿间距。进一步分析灌水器流道内水力特性可知,滴头流道内低流速区域流速达到0.1～1.2 m/s,过流面积占流道截面的75.1%,有堵塞风险,高流速区域流速达到2.8～3.8 m/s,中流速区域流速达到1.5～2.5 m/s,流道内压力沿流道长度呈线性变化。实物样机测试结果表明,滴头流量模拟计算值与实测值之间的平均误差为6.1%,优化结果精度高,可为梯形迷宫流道灌水器流道参数优化设计提供参考依据。     

非圆齿轮行星轮系自动取苗机构逆向设计分析

单自由度传动机构实现复杂轨迹和姿态要求是机构设计难点,该文针对穴盘苗取苗机构运动要求开展非圆齿轮行星轮系传动机构的逆向设计研究,提出基于输出构件相对转角单调性的机构可再现轨迹判定准则,对于给定的预期轨迹,通过相对转角曲线的单调性判断非圆齿轮行星轮系传动的适用性;在预期轨迹的规划上研究轨迹关键点的设置方法以利于非圆齿轮的传动比设计,给出在满足机构工作轨迹和姿态要求下轨迹型值点的确定流程,编写机构的设计软件确定一组机构参数,通过ADAMS进行了机构仿真验证。研究结果表明,轨迹与送钵装置最小距离为21 mm,取苗尖嘴宽度为2.07 mm,尖嘴倾角为136.4°,取苗臂在入钵段摆角为24.3°,出钵段摆角为3.6°,投苗角为76°,齿轮模数为2.53 mm,轨迹高度为285 mm,轨迹最低位置与行星架最低点距离为34 mm,单级非圆齿轮最大传动比降为1.81,该研究为非圆齿轮行星轮系传动的设计提供了参考。     

偏心齿轮-非圆齿轮行星轮系在后插旋转式分插机构中的应用

针对步行式水稻插秧机的工作要求,将偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系应用于水稻插秧机后插式分插机构的设计中,研制出偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构。分析了偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系的运动学特性,建立运动学模型,并自主开发了分插机构辅助分析与优化软件,通过人机交互优化方式对该分插机构进行参数优化,完成了该分插机构的二维和三维设计,并进行了虚拟样机试验,试验结果表明：该分插机构可以形成“海豚形”插秧静轨迹,满足步行式水稻插秧机的工作要求。     

基于球面曲线的空间非匀速行星轮系分插机构逆向设计

针对目前非圆锥齿轮行星系分插机构运动轨迹、姿态设计中存在的对机构参数选择和参数对设计目标影响的不确定性问题,提出一种基于球面曲线的空间行星轮系机构逆向设计方法。在利用样条曲线描述光滑、连续、封闭理想平面插秧轨迹的基础上,采用保测地曲率投影方式将平面轨迹映射到给定球面获得目标球面轨迹;由二杆三自由度空间开式机构复演球面轨迹,并根据杆件的空间几何关系建立行星轮系机构的总传动比反求模型;通过在杆件上依附非圆锥齿轮、非圆齿轮,实现基于给定运动要求的各级传动比分配和齿轮节曲线再现;利用Matlab编写反求程序,并在高速水稻宽窄行分插机构的设计中,实现非圆齿轮—非圆锥齿轮行星轮系宽窄行分插机构的参数反求。最后,通过设计并加工机构实物进行台架试验,由高速摄像技术测试并得到了与给定球面轨迹一致的插秧轨迹,验证了方法的可行性,为宽窄行分插机构设计提供了新的方法。     

深施型液态施肥机扎穴机构动力学优化

为保证液态施肥机在高速作业下仍具有良好的可靠性,以液态施肥机扎穴机构为研究对象,将太阳轮x、y方向峰值力和波动力作为目标函数,运动学优化结果作为目标函数的约束条件,应用Visual Basic 6.0软件开发出基于“种间竞争”改进遗传算法动力学优化软件。软件得到优化参数为：喷肥针尖和行星轮轴连线与行星架的初始夹角-42o、行星架初始角位移45o、喷肥针尖与行星轮轴心距离285 mm。根据动力学优化结果,应用Pro/E和ADAMS对扎穴机构进行设计与仿真验证。结果表明,根据优化参数设计的扎穴机构既能满足工作要求,又具有较好的力学特性。     

偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构的三维参数化设计

为提高分插机构的设计效率,缩短设计开发周期,该文以偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构为基础,并以三维软件UG6.0为设计平台,利用可视化编程语言VB.NET定制用户界面,采用NX Open for.NET的UG二次开发技术,建立该分插机构的三维参数化设计系统.利用该系统,通过用户界面输入主要设计参数,即可快速生成偏心...     

农机部件数字化设计软件平台AgriDEM开发

为解决农机产品开发周期长、工作量大和成本高等问题,研制了集设计和性能分析评价为一体的农机部件数字化设计软件平台AgriDEM(agricultural discrete element method)。该平台通过将CAD软件与自主研发的基于DEM-CFD-MBK(discrete element method,computational fluid dynamics,multi-body kinematics)耦合的分析软件集成,可在设计阶段由农机部件的CAD模型(CAD软件设计图),进行农机部件工作过程的动态仿真和工作性能的分析评价,由此实现农机部件结构方案和尺寸参数的优化。该文详细介绍了该平台的架构和关键技术实现方法,包括农机部件分析模型的建模方法、颗粒的建模方法、基于OpenMP的并行计算方法、基于DLL的模块封装及原型系统开发等,最后通过一个实例验证了该平台的可行性和有效性,可为农机部件的优化设计和数字化设计提供参考。     

基于共轭凸轮的强制推秧机构反求设计

针对传统推秧机构存在的推秧结束时间提前或滞后问题,提出了基于共轭凸轮的强制推秧新型机构。该新型推秧机构由共轭凸轮实现推秧杆的推出和缩回。根据椭圆齿轮行星系驱动机构及插秧农艺要求构造了推秧杆的运动学曲线,建立了该推秧机构反求模型,并基于Visual Basic 6.0编写了该推秧机构的反求设计及仿真软件,反求得到一组满足农艺要求的较优参数,包括机构参数和凸轮廓线。主副凸轮最大压力角都小于许用压力角,表明该新型机构能很好地满足推秧机构效率和受力要求。     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化与试验

为了得到一种结构简单且具有较高效率的蔬菜钵苗取苗机构,该文在分析国内外多种取苗机构的特点后,提出一种由5个全等椭圆齿轮组成行星轮系的新型取苗机构。根据取苗机构的设计要求,分析了该取苗机构的机构组成、工作原理以及运动学数学模型。进而开发该机构的计算机辅助分析与优化软件,基于该软件分析了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态的影响,确定了取苗机构的优化参数。基于优化所得参数对取苗机构进行三维建模与仿真,研制样机并进行取苗试验,试验结果表明,该取苗机构运转顺畅,取苗成功率95%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的正确性及可行性。该研究结果为自动移栽机核心工作部件的研发提供参考。