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小型无人插秧机关键部件动力学分析与实验研究

作　者: 蒋鹏鹏
导　师: 赵匀
学　校: 浙江理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 无人驾驶插秧机动力学分插机构偏心-非圆齿轮 VB6.0与Matlab混编田间测试
分类号: S223.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 5次
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内容摘要

日本在80年代就发明了乘坐式无人驾驶插秧机，中国在本世纪跟进该项技术，同样把研究重点放在乘坐式无人驾驶插秧机上，但是由于乘坐式插秧机无人驾驶市场需求不大且所采用的控制系统，其中包括GPS技术，成本过高，一直未能进入市场。本论文把无人驾驶插秧机开发重点放在步行插秧机上，采用遥控技术，其研制装备成本仅需3000元，且解除了春天农民田间作业的劳苦，其市场前景良好。本论文针对步行无人驾驶插秧机的核心工作部件后插旋转式偏心-非圆行星轮系分插机构进行理论分析和试验研究，以及针对前期研究所遇到的地头180°转向难题进行了田间试验和分析。论文的内容主要有以下几点：1）国际上通用的步行机分插机构是曲柄摇杆式，后插旋转式偏心-非圆齿轮行星轮系分插机构是导师发明的新一代分插机构，已报国际发明专利，与四家企业合作开发。该分插机构适合配置在小型无人驾驶插秧机上。论文建立了该分插机构的动力学模型；依据该模型，采用VB与Matlab混编技术，编制了动力学分析软件，利用该软件对该分插机构进行动力学分析，证明机构工作平稳，适合小型无人插秧机。2）基于UG、ADAMS环境建立了后插旋转式偏心-非圆齿轮行星轮系分插机构的虚拟样机，添加取秧力进行了动力学仿真和分析，并与理论计算结果比较，证明了理论模型的正确性，进一步说明了该分插机构的工作平稳性。3）为进一步证明该该分插机构的工作平稳性，进行了后插旋转式分插机构与曲柄摇杆式分插机构动在同种插秧机上的手柄处的振动测试，测试结果表明，同等转速条件下，曲柄摇杆式的振幅是旋转式的2倍。4）为解决小型无人插秧机无人助力转向的问题，进行了一系列田间实验，实验表明：a、机器在水田土壤和旱田松软土壤直行工况下，驱动力随轮子驱动叶片面积的增大而增大；水田土壤与旱田松软土壤工况比较，在增大同样的叶片面积情况下，其驱动力增大的比值为2.75倍，表明在水田作业工况下，叶片增大后驱动力增大的效果比旱田明显；b、硬路直行工况下，驱动力与叶片面积呈非线性递增关系;c、机器在水田土壤和旱田松软土壤转弯工况下，驱动力随轮子驱动叶片面积的增大而增大，呈非线性递增关系；转弯工况与直行工况相比，在增大同样的叶片面积的情况下，其驱动力变大；硬路转弯工况下，驱动力随叶片面积成几何增长，驱动叶轮叶片面积增大至1.4倍后，驱动力变化变得不明显。实验表明，驱动叶轮叶片面积的大小对驱动力有较大影响，水田工况与旱田松软土壤、硬路工况相比，在增大相同叶片面积的情况下，水田工况下驱动力比其他工况下的驱动力大，但驱动叶轮叶片几何尺寸的增大受到机器其他部件尺寸的限制。通过对实验所得图表进行分析，综合考虑机器其他部件尺寸，最终选取1.5倍面积的驱动叶片作为小型无人插秧机的驱动叶片比较合适。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题研究的背景、目的和意义  11-14
    1.1.1 课题研究的背景  11
    1.1.2 课题研究的目的和意义  11-14
  1.2 国内外研究现状及趋势  14-17
    1.2.1 国外的研究现状  14-15
    1.2.2 国内的研究现状  15-16
    1.2.3 国内外现状小结  16-17
  1.3 本文的主要工作内容  17
  1.4 本章小结  17-19
第二章后插式偏心-非圆齿轮行星轮系分插机构动力学模型的建立  19-34
  2.1 后插式偏心-非圆齿轮行星轮系分插机构的工作原理  19-20
  2.2 后插式偏心-非圆齿轮行星轮系分插机构动力学建模  20-32
    2.2.1 分插机构工作过程分析  20-23
    2.2.2 推秧过程动力学模型的建立  23-26
    2.2.3 推秧装置碰撞过程动力学模型的建立  26-27
    2.2.4 分插机构传动部分动力学模型的建立  27-32
  2.3 本章小结  32-34
第三章后插式偏心-非圆齿轮行星轮分插机构动力学分析程序的编写及应用  34-47
  3.1 VB 与 Matlab 混编介绍  34-37
    3.1.1 VB 与 Matlab 简介  34-35
    3.1.2 VB 与 Matlab 混编的方法  35-36
    3.1.3 基于 ActiveX 技术的混编的实现  36-37
  3.2 基于 VB 与 Matlab 混编的动力学计算  37-40
    3.2.1 凸轮力矩的计算  37-38
    3.2.2 计算的程序框图  38
    3.2.3 软件的实现与功能  38-40
  3.3 软件的应用  40-46
    3.3.1 运动学分析  41-45
    3.3.2 动力学分析  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章基于 ADAMS 的后插式偏心-非圆齿轮行星轮系分插机构仿真及分析  47-53
  4.1 虚拟样机的构建  47-48
  4.2 装配约束与力的添加  48-49
  4.3 仿真结果与分析  49-51
  4.4 仿真误差原因分析  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章小型无人插秧机试验及分析  53-75
  5.1 手柄振动试验及分析  53-55
    5.1.1 试验设备  53-54
    5.1.2 试验方法  54-55
    5.1.3 试验结果及分析  55
  5.2 田间各种工况的驱动力测试及分析  55-60
    5.2.1 田间测试的目的和意义  55-56
    5.2.2 试验方案  56
    5.2.3 轮子受力分析  56-57
    5.2.4 扭矩测试原理  57-58
    5.2.5 实验仪器及设备  58-60
  5.3 田间测试的内容  60-61
    5.3.1 土壤测试  60-61
    5.3.2 不同条件下的扭矩测试  61
  5.4 测试难点及解决  61-63
    5.4.1 应变片的粘贴  61-62
    5.4.2 标定坐标系的确立  62
    5.4.3 测试仪器的设置及校零  62-63
  5.5 标定坐标系  63-64
  5.6 测试数据结果及分析  64-70
    5.6.1 泥脚深度测试  64-65
    5.6.2 土壤硬度测试  65-67
    5.6.3 部分测试数据及可靠性分析  67-70
  5.7 不同工况下的田间测试结果分析  70-73
    5.7.1 直行工况  70-71
    5.7.2 转弯工况  71-72
    5.7.3 爬坡工况  72-73
  5.8 试验结论  73
  5.9 本章小结  73-75
第六章总结与展望  75-77
  6.1 总结  75-76
  6.2 展望  76-77
参考文献  77-80
攻读硕士期间获得研究成果  80

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