傅里叶齿轮步行式水稻钵苗移栽机构分析与优化设计

【摘要】水稻是我国第一大粮食作物，水稻种植区域几乎遍布全国，发展水稻生产机械化，对于增强我国农业综合生产力、保障粮食安全、增加农民收入、推进农业现代化具有十分重要的意义。水稻机械化种植方式可以分为水稻直播、毯状苗插秧和钵苗移栽。经过多年的试验研究，钵苗移栽增产幅度明显高于其他种植方式。因此，发展水稻移栽技术，开发结构简单、高效的移栽机构具有战略性意义。研究国内外移栽机构的工作原理与结构特点，发现其结构设计复杂、工作特点与国内水稻种植农艺要求脱节，所以未能得到我国稻民的认可，均未能得到大范围推广。在课题组建立的水稻种植机械研究平台基础之上，设计的傅里叶齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构能很好的解决以上问题，运用一个移栽机构同时完成取秧、输送和栽植三个动作，而且齿轮传动平稳，可靠，可以有效的减小振动，提高作业时舒适性，提高工作效率。本课题是在农业部确定“十二五”期间实现全国水稻生产机械化的目标的大背景下提出的，致力于解决市场上无适用于我国种植方式的全自动水稻钵苗移栽机的现状。本课题拟通过一种傅里叶齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构替代现有的滑道机构、杆机构和其他一些复杂的机构，弥补其结构复杂、振动大和工作效率低的不足，实现简单、可靠、精确、高效的移栽作业。本文在浙江省自然科学基金（Y1110362）的支持下，主要完成了以下内容：1）研究对比傅里叶齿轮与偏心齿轮、椭圆齿轮的传动特性，利用傅里叶齿轮行星轮系作为移栽机构的驱动机构，使其能一次完成取秧，输送和插秧三个动作，完成移栽机构运动学理论分析。2）在建立移栽机构运动学模型的基础上，编制人机交互式的计算机辅助分析与优化程序。根据移栽机构的工作特点，参考移栽农艺要求和实践经验，确定机构的优化目标，利用优化程序得到合理、可靠的机构参数和合理的机构工作轨迹。3）分析外非圆直齿轮齿坯回转运动、插齿刀的回转运动以及工件中心与插齿刀中心距离变化规律的基础上，建立齿轮刀具与非圆齿轮毛坯啮合的运动学模型，开发外非圆齿轮齿廓生成软件，利用其计算功能，近似求解出非圆齿轮轮廓点。4）利用计算机辅助设计软件UG7.0建立移栽机构三维实体模型和虚拟装配模型，通过Parasolid文件与机械系统动力学仿真软件ADAMS连接，进行虚拟样机运动仿真，验证了所设计的移栽机构与非圆齿轮齿廓求解方法的正确性。在ADAMS环境中分析移栽机构支座的振动位移，利用其自动寻优功能，得到齿轮箱上添加配重的合适位置，以达到减小工作过程中的振动问题。5）针对移栽机构特殊工作特点，提出结构设计与安装过程中应注意的几个问题，并在AutoCAD2008中完成了移栽机构的零件图和装配图。
【作者】孙建生；
【导师】赵匀；
【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】钵苗移栽；参数优化；傅里叶；运动仿真；振动位移；

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