蔬菜钵苗移栽机取苗机构的动力学分析与试验研究

【摘要】随着人们对饮食营养要求的提高，蔬菜逐渐成为了生活中必备的食物之一。蔬菜作为我国的第二大农作物在农业发展中占有重大地位，这也决定了蔬菜在农村经济发展中具有重大的作用。目前我国蔬菜（如西红柿、西兰花、茄子、辣椒等）钵苗移栽作业主要依靠人力劳动进行。人力栽植存在着劳动量大、生产效率不高、栽植质量差和生产成本较高等缺点，难以实现大区域栽植，限制了我国蔬菜生产的进一步发展。加大蔬菜栽植机械的研发力度，实现蔬菜种植机械化成为农业产业进一步发展的新目标。旋转式蔬菜钵苗取苗机构是自动移栽机的核心工作部件，直接关系到蔬菜的种植质量和生产效率。因此，开展自动移栽机构动力学分析与试验研究，能为蔬菜移栽机设计和性能改进提供重要的依据，具有重要的科学意义和重大的应用价值。蔬菜钵苗移栽过程一般由取苗和栽植苗两套机构共同协调完成。目前半自动蔬菜移栽机所应用的钳夹式、链夹式、导苗管式、吊篮式等栽植苗机构已经比较成熟。国际市场上较为完善的自动移栽机由日本研发，但是其机构结构复杂、价格昂贵、工作效率一般和受国内专利保护，因此，国内必须开展自动移栽机构的自主研发工作。然而，国内自动移栽机构的研究工作刚刚起步，在应用方面很是欠缺，成为制约自动移栽机发展的薄弱环节。因此，本文针对课题组已发明的一种新型旋转式取苗机构——椭圆―不完全非圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构（实用新型专利授权号：201120343300.1）进行运动学和动力学分析，开展虚拟样机运动仿真和相关试验，为机构的设计及应用提供重要依据。主要研究内容和结果如下：（1）研究了国内外蔬菜移栽机发展现状，分析椭圆―不完全非圆齿轮行星系蔬菜钵苗取苗机构的结构组成及工作原理，完善了机构的运动学模型，进行了机构运动学分析。通过机构虚拟样机仿真验证了机构运动学模型和分析的正确性，为后续机构的动力学分析打下基础。（2）采用动态静力分析法建立了椭圆―不完全非圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的动力学模型，采用动力学方程组序列求解法进行求解。开发了机构动力学分析软件，并利用该软件进行动力学分析，得到机构的动力学特性。（3）制造出取苗机构样机，构建试验台完成机构动力学试验，分别测试得到机构在40r/min、60r/min、80r/min、100r/min等转速条件下支座垂直反力与行星架转角的关系。同时比较动力学试验结果与理论分析结果，验证了机构动力学模型和分析的正确性。（4）采用增加瞬心线附加板、改进机构结构的方法优化机构动力学性能。通过对结构改进前后的机构动力学特性试验结果进行比较分析，表明机构结构改进后具有较佳的动力学性能，机构工作平稳性得到提高。（5）总结全文，指出论文创新点，并对后续深入研究工作进行展望。
【作者】刘安；
【导师】叶秉良；
【作者基本信息】浙江理工大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】蔬菜钵苗；旋转式取苗机构；椭圆—不完全非圆齿轮；动力学分析；试验；

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