贝塞尔齿轮高速水稻钵苗移栽机构的机理分析与优化设计

作     者：周脉乐 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵匀

授予年度：2014年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：水稻钵苗 移栽机构 贝塞尔 非圆齿轮 虚拟仿真 取苗试验 

摘      要：水稻种植农艺方式主要有两种：直播和移栽,移栽又分为插秧和钵苗移栽。在美国以及欧洲的一些“大农业国家,主要采用直播方式。直播是将水稻种子直接抛洒于大田,是一种无序的种植方式,可以大大减少水稻种植的劳动强度,但不适合我国小田块种植的国情;毯状苗插秧是将培育好的毯状苗放在插秧机上,通过分插机构撕裂成秧块,栽植到大田的过程。毯状苗插秧容易伤秧,栽植后秧苗缓苗期长,不利于提高水稻产量;钵苗移栽是将培育好的带有营养土钵的壮苗移栽到大田的过程。水稻钵苗移栽将秧苗栽植到土温较高的地表,无缓苗期,具有分蘖早、根系发达、增产增收的优点。 日本是最早开发钵苗移栽机并进入市场的国家,其钵苗移栽机采用三套机构或装置分别完成取秧、输送和栽植：取秧采用曲柄摇杆机构;输送采用带式输送装置;栽植采用回转式栽植装置。其机构复杂,造价高,效率低。为了改进市场上用三套机构或装置完成取秧、输送和栽植动作的钵苗移栽系统装置,本文开发了用一个回转机构同时完成以上三个动作的钵苗移栽机构。 本文的主要研究内容如下： 1)通过机构创新,将贝塞尔齿轮行星轮系不等速传动应用于水稻钵苗移栽机构的设计,发明了一种结构简单、造价低的旋转式移栽机构——贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构,一个机构可以完成取秧、输送和栽植三个动作,作业效率高。 2)提出了新的非圆齿轮节曲线成型方法,该方法利用贝塞尔曲线拟合控制点得到非圆齿轮节曲线,并命名通过此方法设计的非圆齿轮为贝塞尔齿轮。 3)推导了基于节曲线点集的非圆齿轮插齿加工数值计算模型,利用该方法对UG软件做二次开发,设计非圆齿轮三维成型软件,并获得软件著作登记权(登记号：2013SR000009)。 4)介绍了贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的组成与工作原理,建立了移栽机构的运动学模型,分析了各贝塞尔齿轮的转角和位移以及移栽臂部件尖点的位移和速度。 5)根据移栽机构的运动学模型,基于VB可视化编程平台设计了贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构辅助分析与优化软件,并获得软件著作登记权(登记号：2012SR066147)。利用该软件优化出一组满足水稻钵苗移栽要求的较优参数：r1=12.5mm,φ1=18.5°, r2=27.7mm,φ2=45°,r3=49.6mm,φ3=75.5°,r4=48.8,φ4=104.5°,r5=58.4mm,φ5=131.5,r6=47mm,φ6=165°,r7=18.2mm,φ7=195°,r8=11.9mm,φ8=224.5°, r9=27.7mm,φ9=255.5°,r10=60.5mm,φ10=28.5°,r11=47.8mm,φ11=316°,r12=23.7mm, φ12=345°,fai0=86°,det0=29°,S=150mm,H1=65mm,afai0=53°,H=190mm. 6)在AutoCAD软件中完成了贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的二维结构设计;在UG软件中完成了移栽机构各零部件三维模型的建立,并装配成虚拟样机;在ADAMS软件中完成了移栽机构的虚拟样机仿真试验。 7)研制了移栽机构的物理样机,利用高速摄影设备完成了移栽机构高速运转情况的拍摄,分析了移栽机构各关键位置的姿态和相对运动轨迹。 8)在本课题组自主研发的移栽机械试验台架上,完成了移栽机构的取苗试验。