蔬菜钵苗旋转式取苗机构参数优化和试验的研究

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1、浙江理工大学学位论文独创性声明f㈣本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：叶争莎签字日期：≯，多‘年多月珈日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论

2、文被查阅和借阅。本人授权浙江理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：签字日期：弘一多年导师签名：签字日期：良帅张如土f}月p莎浙江理工大学博士学位论文摘要中国的蔬菜种植面积和产量均居世界第一。蔬菜是我国种植业中仅次于粮食的第二大农作物，蔬菜种植业已成为促进我国农村经济发展和新农村建设的重要产业。但是，目前我国蔬菜移栽作业主要采用人工移栽方式，机械移栽基本上采用需人工

3、喂苗的半自动移栽机，因而开展全自动蔬菜移栽机的研究显得非常重要和迫切。自动移栽机构是蔬菜自动栽植机械的核心部件，直接影响着蔬菜移栽作业的质量和效率，因此，开展自动移栽机构的创新设计和工作机理研究，为蔬菜自动移栽机的研发提供理论基础和设计依据，具有重要的科学意义和重大的应用价值。自动移栽机构一般由取苗和栽植苗掰套机构组成。目前国内外半自动蔬菜移栽机所应用的链夹式、导苗管式、吊篮式等栽植苗机构已经比较成熟。同本的自动取苗机构结构复杂、制造成本高但工作效率不太高且在中国申请了知识产权保护，而国内自动取苗机构

4、的研究工作才刚刚起步，在应用方面更是空白，已成为制约自动移栽机发展的“瓶颈”。因此，本文发明了一种可应用于蔬菜钵苗自动移栽机的新型旋转式取苗机构——偏心齿轮一非圆齿轮行星系自动取苗机构(ZL201010104092．X)，并从理论计算、虚拟仿真和台架试验对机构的运动学和动力学特性进行了分析，实现了机构结构参数和动力学性能优化，构建了具有较强系统性的取苗机构创新设计平台。主要研究内容和结果如下：(1)基于国内外蔬菜移栽机构的结构特点和工作原理的研究和分析，阐明旋转式自动取苗机构的研究是突破全自动移栽机发

5、展瓶颈的关键。提出偏心齿轮一非圆齿轮行星系自动取苗机构，研究了该取苗机构的工作机理和构型综合，建立了机构运动学模型，进而得到了机构运动学特性的理论分析结果。(2)提出了旋转式取苗机构的优化目标，建立机构结构参数优化的数学模型，开发了基于VisualBasic的计算机辅助分析与优化软件，应用可视化人机交互优化方法对机构结构参数进行优化，得到满足机构运动学要求的一组最佳参数组合：R，=24mm，e=4mm，R3=20mm，R4=26mm，S=152mm，％=一1280，c,oo=900，∥=1220。(3

6、)采用UG和ADAMS软件建立了取苗机构虚拟样机，应用ADAMS虚拟样机技术对取苗机构进行三维动态仿真与分析。机构的虚拟样机试验结果与理论计算分析结果基本吻合，验证了机构的运动学模型和优化设计方法的正确性和可靠性，以及机构三维实体模型的合理性和可靠性。(4)制造出取苗机构的物理样机。在自行研制的取苗机构试验台上，利用高速摄像和视频处理技术开展机构的运动学台架试验，掌握了取苗机构物理样机的运动学特性，如T浙江理工大学博士学位论文取苗臂尖点的运动轨迹、速度，取苗和推苗动作的准确性等，同时进一步验证了机构运

7、动学模型及设计理论和方法的可靠性和正确性。(5)首次以旋转式取苗机构为研究对象，采用动态静力分析法建立机构动力学模型，进行机构动力学分析。开展机构动力学台架试验，测试得到机构支座垂直反力与行星架转角的关系。机构台架试验结果与理论分析结果基本吻合，表明机构动力学模型及分析理论和方法的正确性。此外，通过动力学试验得到机构在五种转速下的动力学特性，并对其进行了比较和分析。(6)研究了机构动力学性能优化问题。在不改变机构结构参数的前提下，通过增加配重改进取苗臂结构优化机构动力学性能，使所设计的取苗机构不仅满足

8、运动学要求，又具有最佳的动力学性能。(7)开展机构的取苗试验，确定了较优的取苗臂末端执行结构，取苗成功率较高。这表明所设计的取苗机构能够满足自动取苗作业要求，具有应用于全自动蔬菜钵苗移栽机的可行性。(8)论文的创新之一是发明了一种组合有不完全圆柱齿轮间歇运动机构且工作速率高、平稳性好、可靠性高的新型旋转式取苗机构；创新之二是首次对旋转式取苗机构进行动力学理论分析，开展机构的动力学试验研究，并且实现了机构动力学性能的优化。关键词：蔬菜钵苗；旋转式取苗机构；