三臂回转式水稻钵苗移栽机构动力学特性分析与优化

作     者：杜成成 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶秉良

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：水稻钵苗 三臂回转式移栽机构 动力学分析 动力学仿真 动力学试验 

摘      要：水稻是我国最为重要的粮食作物,直接关系到粮食安全问题,提升水稻种植机械化水平对促进我国经济社会发展具有重大意义。水稻钵苗移栽技术具有秧苗分蘖早、分蘖多和增产效果好等优点而成为水稻种植的重要方式,因此,深入开展水稻钵苗移栽机的核心部件移栽机构的研究,具有非常重要的科学意义和应用价值。课题组已研究提出了一种三臂回转式水稻钵苗移栽机构并进行了机构参数优化,研究了机构运动学特性。为研究移栽机构的动力学特性并对其进行优化,提升移栽机构的工作性能,本文完善了移栽机构的运动学模型,开展了移栽机构动力学建模与分析、动力学仿真、动力学试验和动力学性能优化等研究工作。主要研究内容和结果如下:(1)基于前期研究进一步完善了三臂回转式水稻钵苗移栽机构的运动学模型,建立了各关键点的运动学方程,基于Matlab编写了辅助分析软件实现了方程求解,并结合移栽机构实际工况对运动学结果进行了分析。(2)提出三臂回转式水稻钵苗移栽机构动力学分析的基本思路,应用动态静力分析方法对各运动构件进行受力分析,建立了三臂回转式水稻钵苗移栽机构的动力学理论模型,基于Matlab编写了移栽机构动力学辅助分析软件并求解了机构动力学模型,研究了该机构动力学特性,结合移栽机构的工作要求分析了动力学理论结果。(3)通过Adams仿真软件进行了三臂回转式水稻钵苗移栽机构的动力学仿真分析,得到机构动力学仿真结果,比较仿真结果与理论结果,验证了机构动力学理论模型和分析结果的正确性。(4)开展了三臂回转式水稻钵苗移栽机构的实物样机零部件加工、装配和调试,搭建了移栽机构动力学试验台,进行了移栽机构动力学试验,测试得到移栽机构在转速60 r/min时下的支座反力,研究分析了移栽机构样机动力学特性。(5)开展了移栽机构动力学性能优化研究,建立了移栽机构各非圆齿轮有限元模型,应用拓扑优化方法减轻非圆齿轮质量实现了机构动力学性能优化;对减重后的移栽机构进行了动力学理论分析和试验,通过比较机构减重前后支座反力的理论结果和试验结果,验证了三臂回转式水稻钵苗移栽机构的动力学性能得到有效改善。