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《东北农业大学》 2014年
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非圆齿轮行星轮系全自动水稻钵苗移栽机核心机构设计与优化

曹鹏  
【摘要】:水稻在我国的粮食作物中,其栽植面积最大、亩产量高、总产最多,在粮食安全中占有极其重要的地位。我国2011年水稻总产量占全国粮食总产量的35.15%,黑龙江省2012年水稻种植面积为5300万公亩,五年内增长了47%,种植面积居首位。目前,全国耕地不断减少,人口规模不断扩大,提高水稻生产能力,特别是提高亩产,是保障我国粮食安全的长期战略目标。而我国人口的不断增加导致对粮食需求的增长,粮食供给更加困难。所以在有限劳动力及耕种面积约束下,提高水稻生产机械化整体水平就显得及其关键。我国现阶段农业综合机械化水平还很低,其中以水稻机械化插秧水平最为薄弱。快速提高水稻生产机械化使用率,降低水稻生产的劳动强度,提高劳动生产率,增大产能,降低生产成本,增加收益,是提高水稻综合生产能力,保障我国粮食供应安全的重要举措。 随着我国近年来工厂化机械育秧技术的逐步发展与完善,在我国水稻种植中水稻钵苗移栽机的应用将会得到更进一步推广。因此,研发一种机构简单、性能可靠的钵苗移栽机构,来满足广大农民的需求。这种移栽机构应满足我国的发展国情,拥有广泛的适用性,能够实现超级稻种植的推广,对于我国水稻机械化栽植整体水平的提高具有重大意义。 本文基于非均匀B样条曲线拟合理论发明了一种新型回转式非圆齿轮行星系全自动水稻钵苗移栽机构。该机构可以形成水稻钵苗移栽的“8”字形特殊轨迹,成功地用一套机构完成取苗、输送和栽植三个动作,具有结构简单、成本低、振动小、效率高等优点。具体研究内容如下: 1)通过对现有国内外水稻钵苗移栽机械的工作特点及其结构原理深入的进行了分析和探讨,总结出了水稻钵苗移栽作业的要求及现有移栽机构存在的多种问题。研发出了一种结构简单、性能可靠、高效率,低成本的回转式水稻钵苗移栽机构。 2)详细说明B样条非圆齿轮水稻钵苗移栽机构的工作机理及特点,通过将非圆齿轮行星轮系自身所形成的复合运动,使得移栽臂形成了特殊的“8字形”工作静轨迹。建立B样条非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的数学模型,并进行了机构的运动学分析。针对回转式移栽机构的优化特点,即目标优化数目多,可变参数种类多,相互之间联系复杂;基于MATLAB7.0GUI软件开发平台,开发出“非圆齿轮水稻钵苗移栽机构计算机辅助分析与优化软件”(软件登记号为:2013SR071209),并制定参数优化目标,并将其量化。通过人与机器之间相互交流的优化方法,可以对移栽机构的参数进行优化,逐步调整优化参数,使其符合移栽机构的目标要求,为机构的参数优化指明了方向,并求得出一组最佳的设计参数。 3)通过优化软件优化出来的参数,在AutoCAD2008环境下绘制完成了机构的装配图以及各零部件图,并利用UG8.0对优化并绘制好的二维图纸进行建模,并生成三维图和三维整体的装配。 4)建立移栽机构的虚拟样机模型,并在ADAMS2010中进行虚拟样机动态仿真试验。通过对移栽机构动态仿真得出的运动轨迹比对分析,以此来验证理论数学模型建立的正确性,并根据分析出的结果对结构进行更进一步优化设计。 5)根据最优的优化结果,对本文提出的回转式非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构进行样机试制,结合虚拟样机的仿真结果,通过田间试验,发现问题、解决问题,积累相关经验,为下一步对移栽机构的完善做好准备。
【学位授予单位】:东北农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S223.9

【参考文献】
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