【摘要】：分插機構(gòu)是水稻插秧機的核心工作部件,其性能直接影響插秧機的栽植質(zhì)量、可靠性和作業(yè)效率等,針對行星輪系高速分插機構(gòu)設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化技術(shù)中的核心技術(shù)和難點問題,開展異形齒輪行星輪系高速分插機構(gòu)設(shè)計及參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究。采用顏氏機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法建立了行星輪系高速分插機構(gòu)的機構(gòu)拓?fù)錁?gòu)造特性,得出了行星輪系高速分插機構(gòu)的設(shè)計要求與約束條件,通過一般化和數(shù)綜合方法,針對分插機構(gòu)高速作業(yè)傷秧增加的問題,提出了一種變轉(zhuǎn)速三插臂高速分插機構(gòu)設(shè)計方案并建立了運動學(xué)模型,在相同作業(yè)條件下分插機構(gòu)取秧線速度降低了33.3%。理論分析了變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動和插植臂數(shù)量對秧爪尖靜動態(tài)軌跡、株距、取秧速度、插秧穴口長度和推秧角度等參數(shù)與性能指標(biāo)的影響關(guān)系。按插植臂秧爪尖是否通過確定的約束坐標(biāo)點,建立了2種類型的橢圓齒輪行星輪系高速分插機構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析模型,提出了以相鄰插植臂和最易干涉點的插植臂運動干涉檢查分析方法,構(gòu)建了高速分插機構(gòu)運動分析和運動干涉人機交互平臺。在高速分插機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化中提出遺傳算法結(jié)合虛擬響應(yīng)面回歸的參數(shù)優(yōu)化方法,通過構(gòu)建約束條件和高速分插機構(gòu)參數(shù)之間的回歸數(shù)學(xué)模型直接獲得了滿足求解精度要求的最優(yōu)參數(shù)組合。優(yōu)化求解和理論計算對比,推秧角度和軌跡高度誤差小于0.3%,插秧穴口長度誤差小于4.5%。在基于秧爪靜態(tài)軌跡反求高速分插機構(gòu)參數(shù)的設(shè)計方法中,采用三次非均勻B樣條曲線描述了插植臂秧爪尖的靜態(tài)軌跡,運用改進(jìn)的牛頓-辛普森迭代求解方法解決了行星輪與太陽輪之間轉(zhuǎn)角唯一性求解問題;構(gòu)建了一種只與太陽輪向徑相關(guān)的異形齒輪傳動輪系的傳動比方程,通過迭代平移求解算法解決了異形齒輪行星輪系齒輪間傳動比分配難題;介紹了異形齒輪齒廓設(shè)計方法,構(gòu)建了三插臂分插機構(gòu)三維數(shù)字化模型,利用虛擬樣機技術(shù)和高速攝影技術(shù)對比分析了異形齒輪行星輪系三插臂分插機構(gòu)的運動軌跡和運動參數(shù),對提出的軌跡反求設(shè)計方法的正確性進(jìn)行了試驗驗證。運用樣條函數(shù)代替異形齒輪傳動關(guān)系,實現(xiàn)了高速分插機構(gòu)虛擬樣機快速建模和模型參數(shù)化,解決了通過構(gòu)建異形齒輪實體模型結(jié)合接觸分析方法存在的模型重用率低、建模復(fù)雜的問題;運用瞬態(tài)動力學(xué)有限元仿真方法分析了異形齒輪接觸受力情況,通過與理論計算值進(jìn)行對比,驗證了有限元分析方法的正確性;利用高速分插機構(gòu)試驗平臺試驗驗證了基于虛擬回歸模型建立的軌跡高度、插秧穴口長度和推秧角度等參數(shù)優(yōu)化方法的正確性。對變轉(zhuǎn)速三插臂分插機構(gòu)和常規(guī)分插機構(gòu)進(jìn)行了栽植質(zhì)量對比試驗,并運用正交試驗對變轉(zhuǎn)速三插臂分插機構(gòu)進(jìn)行了分插機構(gòu)工作參數(shù)與田間栽植質(zhì)量之間影響關(guān)系的試驗研究。試驗結(jié)果表明:分插機構(gòu)轉(zhuǎn)速對傷秧率的影響最大,降低分插機構(gòu)轉(zhuǎn)速可顯著降低傷秧率,并能增加秧苗分蘗、提高產(chǎn)量。田間測產(chǎn)試驗表明:在相同作業(yè)條件下三插臂高速分插機構(gòu)比二插臂分插機構(gòu)平均增產(chǎn)4.63%,畝有效穗數(shù)平均增加 10.37%。
【圖文】：

滾動直插式分插機構(gòu)可分為轉(zhuǎn)臂滑道控制式和擺動偏心盤連桿控制式２種類型。逡逑①轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)逡逑轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖１．邋１所示。逡逑／／／／／／／／／／邋＼逡逑＼逡逑１．秧爪２．短滾輪３．長滾輪４．分插輪５．取秧滑道６．秧箱７．插秧滑道逡逑圖１．１轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)逡逑轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)工作時，分插輪以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，秧爪一邊隨分插逡逑輪轉(zhuǎn)動一邊在滑道的約束控制作用下相對分插輪臂作轉(zhuǎn)動，從而使秧爪按設(shè)計的運動逡逑軌跡要求進(jìn)入秧箱取苗，并按插秧滑道確定的軌跡將秧苗插入土中。待秧苗插入土中逡逑２逡逑

滾動直插式分插機構(gòu)可分為轉(zhuǎn)臂滑道控制式和擺動偏心盤連桿控制式２種類型。逡逑①轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)逡逑轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖１．邋１所示。逡逑／／／／／／／／／／邋＼逡逑＼逡逑１．秧爪２．短滾輪３．長滾輪４．分插輪５．取秧滑道６．秧箱７．插秧滑道逡逑圖１．１轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)逡逑轉(zhuǎn)臂滑道控制直插式分插機構(gòu)工作時，，分插輪以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，秧爪一邊隨分插逡逑輪轉(zhuǎn)動一邊在滑道的約束控制作用下相對分插輪臂作轉(zhuǎn)動，從而使秧爪按設(shè)計的運動逡逑軌跡要求進(jìn)入秧箱取苗，并按插秧滑道確定的軌跡將秧苗插入土中。待秧苗插入土中逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S223.91

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本文編號：2675330