二階非圓齒輪行星輪系缽苗移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、取苗機(jī)構(gòu)是移栽機(jī)由半自動(dòng)向全自動(dòng)發(fā)展的核心裝置，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的取苗機(jī)構(gòu)主要有滑道、滑塊連桿組合形式和不完全非圓齒輪行星輪系形式，機(jī)構(gòu)的性能不太理想。論文基于對(duì)傳統(tǒng)取苗機(jī)構(gòu)工作特性分析，結(jié)合作者所在課題組對(duì)非圓齒輪不等速傳動(dòng)研究成果，提出以“鷹嘴形”軌跡為研究目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)式非圓齒輪行星輪系取苗機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過分析行星輪系機(jī)構(gòu)的軌跡形成規(guī)律，選用三次非均勻B樣條曲線直接擬合非圓齒輪傳動(dòng)比函數(shù)，實(shí)現(xiàn)“鷹嘴形”軌跡所需要的取

2、苗臂周期二次不等幅擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上開展機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化、動(dòng)力學(xué)特性分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)物理樣機(jī)并在取苗實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開展取苗相關(guān)試驗(yàn)研究。論文主要研究工作如下:
　　1)提出非圓齒輪行星輪系旋轉(zhuǎn)式取苗機(jī)構(gòu)和“鷹嘴形”取苗軌跡，分析“鷹嘴形”取苗軌跡的形成機(jī)理，發(fā)現(xiàn)周期中取苗臂的二次不等幅擺動(dòng)規(guī)律是形成“鷹嘴形”軌跡的原因。
　　2)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與參數(shù)優(yōu)化:利用13個(gè)傳動(dòng)比數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合自由二階非圓齒輪，建立二級(jí)非圓齒輪傳動(dòng)

3、的數(shù)學(xué)模型，分析傳動(dòng)比參數(shù)和軌跡參數(shù)對(duì)“鷹嘴形”軌跡環(huán)扣大小、方位以及軌跡整體形態(tài)的影響，得到理想取苗軌跡的機(jī)構(gòu)參數(shù)約束范圍;對(duì)取苗機(jī)構(gòu)工作目標(biāo)設(shè)定10個(gè)目標(biāo)，建立目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，基于參數(shù)導(dǎo)引優(yōu)化方法開發(fā)自由二階非圓齒輪行星輪取苗機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化得到一組機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比參數(shù)為[(0，0.6999)，(25，0.7777),(35,0.9721),(80,1.7887),(105,1.1666),(160,0.6844),(210,0.8

4、166),(230,1.0499),(256,1.2443),(288,1.1277),(300,0.9955),(335,0.7310),(360,0.6999)]，齒輪中心距、行星架初始角度、行星架拐角、取苗臂初始安裝角和取苗爪長(zhǎng)度優(yōu)化結(jié)果為(68mm，139°，-84°，30°，215mm)，10個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)目標(biāo)值為別為:取苗臂與送缽裝置最小距離5.74mm、取苗尖嘴寬度2.5mm、尖嘴傾角139.226°、入缽擺角20.18°、出缽

5、擺角4.38°、取苗入程角26°、投苗角108.41°、齒輪模數(shù)2.67，軌跡高度313mm、行星架與投苗位置線距離25mm。
　　3)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析:建立了機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，仿真檢查了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉情況，驗(yàn)證了凸輪安裝位置確保取苗推苗動(dòng)作的有序?qū)崿F(xiàn);建立機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了各構(gòu)件的力的波動(dòng)特征，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于自由二階非圓齒輪行星輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)行星架轉(zhuǎn)速大于100r/min，中心軸支座力的波動(dòng)的峰值顯著增大，其合

6、理的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在100r/min以下;通過取苗臂加配重的方式可有效降低支座力峰值8.3％，為取苗臂的改進(jìn)提供設(shè)計(jì)參考。
　　4)機(jī)構(gòu)取苗試驗(yàn)研究:進(jìn)行缽苗的物理特性研究，通過統(tǒng)計(jì)苗在缽中的位置設(shè)定兩取苗爪初始距離為20mm;通過取苗爪與缽體之間摩擦系數(shù)測(cè)試、缽體的抗壓性測(cè)試和取苗力的測(cè)試確定取苗爪的最小夾緊量為10mm;對(duì)取苗機(jī)構(gòu)中心軸支座力進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)構(gòu)在80r/min以下轉(zhuǎn)速力學(xué)特征平穩(wěn)，支座受力理論分析與實(shí)

7、測(cè)情況基本一致，驗(yàn)證了理論分析模型的正確性，理論和測(cè)試結(jié)果表明自由二階非圓齒輪行星輪系取苗機(jī)構(gòu)支持160株/min的取苗效率，是高效取苗機(jī)構(gòu)的構(gòu)型;以苗盤傾角、夾緊量、取苗深度為因素，每個(gè)因素設(shè)定三個(gè)水平，通過開展60r/min轉(zhuǎn)速下全因素試驗(yàn)，確定最優(yōu)組合為:取苗夾角90°、夾緊量15mm、取苗深度35mm，最高取苗成功率為94％;開展80r/min轉(zhuǎn)速下L9(34)正交試驗(yàn)，通過離差分析確定優(yōu)組合為:取苗夾角100°、夾緊量12mm