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蔬菜钵苗自动移栽机构的机理分析与优化设计

作 者: 刘炳华
导 师: 俞高红
学 校: 浙江理工大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 蔬菜移栽机 自动移栽机构 工作机理 参数优化 试验研究
分类号: S223.94
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 208次
引 用: 2次
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内容摘要


移栽是蔬菜生产过程中的重要环节之一,移栽具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效益,可以充分利用光热资源,其经济效益和社会效益均非常可观。目前,国内对移栽机械的研究和开发基本属于仿造,没有对国外的移栽机进行重大的改进和技术上的突破,而且国外移栽机结构复杂,价格昂贵,在国内推广难度很大。因此设计一种新型的移栽机械已成为我国蔬菜种植业发展的迫切需求。本文总结吸收了国内外各种移栽机构的优缺点,在实验室已有研究成果的基础上,设计了一种蔬菜钵苗自动移栽机构——椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构,该机构可以单独作为取苗机构,实现自动取苗;或通过优化其结构参数,集取苗与栽植苗功能于一体,即取苗和栽植苗动作都由该套机构完成。该蔬菜钵苗自动移栽机构结构简单,工作可靠。已公开发明专利(201010104378.8)和授权实用新型专利(201020105717.X)。本文主要的研究内容如下:1.根据蔬菜钵苗机械移栽的技术特点和农艺要求,模拟人工移栽的轨迹、动作和姿态要求,发明蔬菜钵苗自动移栽机构,满足机械自动取苗和栽植苗的特殊工作轨迹要求,比现有的蔬菜移栽机构工作效率高,并且工作平稳、抗振性好。2.论述了该移栽机构的工作原理和结构特点,建立机构的运动学数学模型。3.以建立的运动学数学模型为基础,基于可视化开发平台VB6.0,自主开发蔬菜钵苗自动移栽机构辅助分析与优化软件(软件登记号:2010R11S001084),介绍了该软件的人机交互界面及功能,基于该软件,解决了该机构运动学多目标的优化难点。4.根据蔬菜移栽农艺要求,提出蔬菜钵苗自动移栽机构参数优化的目标和优化方法,分析参数变化对移栽机构运动特性的影响,利用自主开发软件,采用人机交互的优化方法,优化出移栽机构的结构参数,满足蔬菜钵苗自动移栽的工作要求。5.按照优化得到的结构参数,进行蔬菜钵苗自动移栽机构的总体设计,讨论了设计中应该注意的问题,最后在AutoCAD2004下完成装配图和各零件的设计。6.建立移栽机构的三维实体模型,对其进行虚拟装配。利用ADAMS对机构进行动态仿真。7.试验平台研究。通过对蔬菜钵苗自动移栽机构部件制造,在试验台上测试蔬菜钵苗自动移栽机构的运动学特性,验证新型移栽机构工程应用的可实现性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 前言  11-12
  1.2 国内外蔬菜移栽机的发展概述  12-15
    1.2.1 国外蔬菜移栽机械的发展概述  12-13
    1.2.2 国内蔬菜移栽机的研究情况  13-15
  1.3 国内自动移栽机存在的主要问题和发展方向  15-16
    1.3.1 国内自动移栽机发展存在的主要问题  15
    1.3.2 国内蔬菜移栽机的发展方向  15-16
  1.4 自动蔬菜移栽机的研究意义  16
  1.5 本文的研究目标  16
  1.6 本文的主要工作及内容安排  16-17
  1.7 本章小结  17-18
第二章 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构运动学分析  18-27
  2.1 椭圆齿轮传动的运动分析  18-20
    2.1.1 椭圆齿轮的啮合特性和优点  18-19
    2.1.2 椭圆齿轮的角位移、角速度和传动比分析  19-20
  2.2 不完全圆柱齿轮传动模型分析  20-21
  2.3 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构的机构组成与工作原理  21-22
  2.4 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构的特点  22-23
  2.5 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构运动学模型的建立  23-26
    2.5.1 运动学分析符号的说明  23
    2.5.2 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构位移分析  23-24
    2.5.3 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构速度分析  24-25
    2.5.4 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构加速度分析  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章 蔬菜钵苗自动移栽机构辅助分析优化软件的开发与实现  27-35
  3.1 优化软件概述  27-30
    3.1.1 软件开发的背景及意义  27
    3.1.2 蔬菜钵苗自动移栽机构软件的应用环境  27
    3.1.3 移栽机构人机一体优化系统的构建  27-28
    3.1.4 软件的人机交互界面及功能  28-30
  3.2 软件主要功能介绍  30-34
    3.2.1 椭圆齿轮参数计算模块  30
    3.2.2 椭圆齿轮齿廓计算和生成模块  30-32
    3.2.3 移栽机构初始安装位置分析模块  32
    3.2.4 移栽机构辅助分析软件功能选项模块  32-33
    3.2.5 移栽机构取苗爪尖点运动特性分析模块  33-34
    3.2.6 辅助功能模块  34
  3.3 本章小结  34-35
第四章 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构的参数优化  35-42
  4.1 移栽农艺对蔬菜钵苗自动移栽机构的运动学目标  35-36
  4.2 人机交互优化方法的应用  36-37
    4.2.1 人机交互优化的方法简介  36
    4.2.2 人机交互的优化方法在蔬菜钵苗自动移栽机构上的应用  36-37
  4.3 参数变化对蔬菜钵苗自动移栽机构运动特性的影响  37-41
    4.3.1 参数对取苗爪尖点运动轨迹的影响  37-40
    4.3.2 移栽机构参数优化步骤  40
    4.3.3 移栽机构参数优化的结果  40-41
  4.4 本章小结  41-42
第五章 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构的结构设计  42-52
  5.1 椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构的整体结构设计  42-45
  5.2 间歇传动机构的设计与加工  45-46
    5.2.1 间歇传动机构的设计  45-46
    5.2.2 间歇传动机构的加工  46
  5.3 非匀速传动机构的设计与加工  46
  5.4 移栽臂的设计时所需考虑的几个问题  46-48
    5.4.1 如何保证取苗爪从钵苗盘中顺利取出钵苗  47-48
    5.4.2 如何保证取苗爪顺利将钵苗推出  48
  5.5 凸轮、拨叉的设计及凸轮安装位置的确定  48-51
    5.5.1 凸轮的设计  48-49
    5.5.2 拨叉的设计  49-50
    5.5.3 取苗爪的设计  50
    5.5.4 凸轮安装位置的确定  50-51
  5.6 本章小结  51-52
第六章 蔬菜钵苗自动移栽机构三维建模及虚拟移栽机构仿真  52-62
  6.1 系统环境介绍  52
    6.1.1 实体建模软件的选择  52
    6.1.2 仿真软件的选择  52
  6.2 软件间的数据转换  52-53
  6.3 椭圆齿轮的实体建模  53
  6.4 蔬菜钵苗自动移栽机构三维实体建模的实现  53-54
  6.5 虚拟装配的实现  54-55
  6.6 蔬菜钵苗自动移栽机构总装配体的干涉检查  55-56
  6.7 ADAMS 虚拟样机动态仿真的实现  56-59
    6.7.1 虚拟样机三维模型的导入  56
    6.7.2 施加约束与载荷  56-59
  6.8 部件仿真分析与结果  59-61
    6.8.1 苗针尖点运动轨迹分析  59-60
    6.8.2 取苗爪尖点的位移分析  60-61
    6.8.3 苗针尖点速度分析  61
  6.9 本章小结  61-62
第七章 蔬菜钵苗自动移栽机构的试验分析  62-69
  7.1 部件的加工  62
  7.2 移栽机构的装配及试验台的搭建  62-63
  7.3 运动学参数的高速摄像验证  63-68
    7.3.1 试验设备与试验方法  63-65
    7.3.2 蔬菜钵苗自动移栽机构轨迹的测试分析  65-67
    7.3.3 蔬菜钵苗自动移栽机构取苗试验分析  67-68
  7.4 本章小结  68-69
第八章 总结与展望  69-71
  8.1 总结  69
  8.2 进一步工作展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
附录  75

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中图分类: > 农业科学 > 农业工程 > 农业机械及农具 > 种植机械 > 栽植机 > 特种栽植机
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