非圆轮系加工番茄果秧分离振动发生器设计及仿真

针对现有加工番茄果秧分离振动发生器易堵塞及振动大等问题,基于非圆齿轮轮系可实现复杂变速变向运动及传动平稳精确等优点,设计了一种非圆轮系加工番茄果秧分离振动发生器,并阐述了其工作原理。建立了非圆轮系振动发生器虚拟样机模型,对比了需求与仿真角位移和角速度曲线,结果表明:需求与仿真曲线吻合度较高,非圆轮系振动发生器可满足加工番茄果秧分离需求。     

三组非圆齿轮行星轮系振动发生器的动平衡分析

为了提高果秧分离振动发生器的工作效率和稳定性,针对非圆齿轮啮合传动因质心变化而造成的轴上受力不平衡及振动较大等问题,对非圆齿轮行星轮系结构进行了动平衡分析。简化项目组前期提出的3组非圆齿轮行星轮系振动发生器模型,得到非圆轮系偏心质量的大小和分布,并通过对非圆齿轮行星轮系静力学分析,确定了其平衡面间距,利用质径积的分解求得了非圆行星轮系的平衡质量。利用3组非圆行星轮系虚拟模型进行运动学仿真分析,获取平衡前后轴承座支反力变化曲线并对其最大幅值进行对比分析,发现平衡后轴承座的受力明显减小,说明了3组非圆行星轮系振动发生器受力更均衡,证明了动平衡分析的正确性。该研究可为3组非圆行星轮系振动发生器装置进一步优化奠定理论基础。     

加工番茄果秧分离装置运动过程分析

为了深入研究加工番茄果秧分离特性,分析了加工番茄果秧分离装置激振器的运动过程,利用达朗贝尔原理建立其理论模型。利用SolidWorks对激振器的运动过程进行了仿真,并在FS-35型加工番茄果秧分离试验台上,利用高速摄像机拍摄了分离滚筒的运动过程,利用Blaster’s Mas软件对录像进行了处理和分析。分析结果表明,理论模型与实际运动吻合较好,验证了理论模型的正确性。     

非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构优化设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机构结构复杂、成本高或工作效率低、振动大等问题,提出一种由1个不完全非圆齿轮、6个非圆齿轮和2个移栽臂组成的非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。分析了该移栽机构的工作机理,采用一种基于人机交互的参数优化方法,编制移栽机构的优化设计软件,得到一组实现水稻钵苗移栽较优工作轨迹和姿态的机构参数。建立移栽机构虚拟样机,研制移栽机构物理样机,开展虚拟样机运动仿真分析和物理样机高速摄影运动学试验,得到机构移栽臂的秧针尖点静轨迹和姿态。理论计算和实际测量得到的推秧角与取秧角角度差分别为53.52°与52.53°,误差为1.45%;仿真分析、试验测试结果与理论分析结果基本一致,验证了移栽机构设计方法和结果的正确性,以及机构应用于实际机器的可行性。     

加工番茄果秧分离装置的设计及仿真

通过对梳齿法、机械手采摘法和振动分离法的比较,设计了一种偏心式激振机构的加工番茄果秧分离装置,并对其结构和原理进行了介绍,阐述了其设计过程。利用Solidworks对分离装置进行建模,通过对其虚拟样机进行干涉检查和动态仿真,实现了在设计阶段对装配体可视化的干涉检测以及产品设计的合理性分析,为实现加工番茄机械化采收提供了的前提条件。     

自走式番茄收获机果秧分离装置设计

针对新疆地区采用膜下灌溉技术的番茄种植模式,番茄收获机在作业中,滴灌带和地膜容易缠绕在分离滚筒上的问题,通过对番茄果秧传动过程中的特性进行研究分析后,确定果秧分离机理,对果秧分离装置的结构进行设计,通过试验证明,该装置果秧分离率为97.8%,分离破损率为1.6%,且能够避免滴灌带和地膜缠绕。     

非圆齿轮行星轮系分插机构运动分析

为提高插秧机作业效率和质量,对非圆齿轮行星轮系分插机构的运动特性进行了研究。建立了机构运动数学模型,对该机构进行了位移和速度分析,求出了机构参数对分插机构秧爪的绝对运动轨迹和速度的影响规律,为采用非圆齿轮行星轮系分插机构的高速插秧机的设计提供了理论依据。     

基于ADAMS的番茄翻秧机的仿真分析

在虚拟环境下对番茄翻秧机工作过程的关键部件进行了仿真,直观地了解了工作过程中番茄秧的运动情况。首先,进行模型建立与传递、约束与力的定义;然后,对拨秧滚子进行运动分析和力学分析,对分秧装置进行力学分析;最后,进行番茄秧与分秧器的接触运动分析、番茄秧与拨秧滚子的接触运动分析。通过在各种参数下结构受力的仿真分析,为物理样机的设计提供了详尽的参考数据。     

蔬菜移栽机斜齿轮-非圆齿轮行星轮系取苗机构研究

针对完全非圆齿轮行星轮系取苗机构存在推苗角不够大,而不完全非圆齿轮轮系取苗机构存在冲击的问题,本文设计了一种满足蔬菜移栽取苗要求的具有较大推苗角的非圆完全齿轮行星轮系取苗机构。基于傅里叶函数设计了一种二次不等幅传动比曲线,开发取苗机构设计分析软件,分析傅里叶系数对取苗轨迹的影响规律,研究傅里叶系数对传动比曲线及从动轮和秧针速度特性的影响,揭示傅里叶系数对取苗机构运动学参数的影响规律,推导了不同傅里叶系数时取苗机构取苗角和推苗角的变化规律。制造和装配取苗机构,基于虚拟样机、高速摄像技术对取苗机构进行了旋转试验,通过对比取苗轨迹的理论、仿真和试验值一致性验证了取苗机构设计的可行性。对取苗机构进行了台架取苗试验,得出转速40、50、60r/min时取苗机构的取苗成功率分别为94%、90%和88%,通过取苗试验进一步验证了取苗机构设计的可行性。     

加工番茄回转滚筒式果秧分离机构参数正交试验优化

为了优化加工番茄果秧分离机构的技术参数,设计并制作了回转滚筒式分离试验台。以里格尔87-5加工番茄为试验对象,应用二次回归通用旋转组合试验方法,建立了果秧分离性能指标与滚筒转速、凸轮盘转速和拨杆振幅之间的回归方程。分析了试验因素对分离性能的影响规律,在果秧分离率、果实破损率和含杂率满足作业质量的条件下,优化得出滚筒转速为21 r/min、凸轮盘转速为42 r/min和拨杆振幅为110 mm。     

取秧侧向零偏移的空间轨迹再生稻分插机构设计与试验

为了解决现有空间行星轮系式分插机构在再生稻宽窄行机械化种植取秧过程中出现侧向偏移量和侧向偏转角的技术难题,本文提出一种具有局部平面轨迹特性的空间轨迹不等速行星轮系机构,并开展基于取秧口和机构回转中心位置约束下的宽窄行分插机构综合研究。构建了基于关键位姿点(取秧起始点、取秧结束点、推秧点)的空间轮系机构运动综合模型,利用关键位姿点求解机构杆长参数与空间交错轴信息,并通过优选二杆相对角位移参数实现机构传动比分配。将不完全非圆齿轮副引入空间行星轮系机构,利用间歇机构锁止弧约束行星轴,实现机构取秧过程侧向零偏移量、侧向零偏转角的平面轨迹段。通过仿真分析与机构样机试验验证了机构实际作业性能与理论设计相一致,结果表明：分插机构取秧侧向零偏移量,取秧侧向零偏转角,推秧侧向总偏移量为50.24 mm、取秧角为5.18°、推秧角为71.56°、推秧侧向角为16.26°、插秧穴口宽度为22.43 mm、轨迹高度为289.76 mm,满足预期设计要求。最后通过田间试验验证,分插机构可实现等行距取秧口和既定机构回转中心下宽行(40 cm)与窄行(20 cm)间隔机插,满足再生稻宽窄行种植要求。     

基于节曲线凸性判别的行星轮系移栽机构解析

为了建立非圆齿轮凸性与理想移栽轨迹之间的直接联系,使行星轮系移栽机构更好地满足作业要求,提出一种基于非圆齿轮节曲线凸性指标的不等速行星轮系机构参数求解方法。根据给定的运动轨迹,建立全局坐标系;将轮系简化为二杆二自由度开链机构（2R机构）,建立基于移栽轨迹的机构运动求解模型,提出非圆齿轮节曲线凸性判定指标,确立轮系中心位置变化范围即解析区域。根据运动学原理,由二杆二自由度开链机构复演理想移栽轨迹,求解轮系传动比,建立不等速传动比计算与分配模型,得到杆长、杆长比、轮系传动比、非圆齿轮节曲线凸性值等移栽机构参数,建立可以形成给定移栽轨迹的移栽机构参数信息图。避免了调试非圆齿轮节曲线的盲目性、优化机构尺寸和结构设计中双臂干涉等问题,为设计可形成特定轨迹的轮系机构提供参考。对几种常见移栽轨迹进行计算分析,以“鹰嘴形”水稻钵苗移栽轨迹为例进行非圆齿轮行星轮系钵苗移栽机构的设计仿真与样机试验,仿真轨迹、试验轨迹与给定理想轨迹基本一致,验证了计算模型的正确性与设计机构的可行性。     

双动力回转振动式番茄果秧分离装置优化与试验

为满足自走式番茄收获机果秧分离装置国产化适应性的需要,采用响应曲面分析法对果秧分离装置性能进行优化研究。以激振器主轴转速、激振器偏心块质量、滚筒自转转速和番茄果秧的喂入量为影响因子,以果实分离率、破损率、含杂率为响应指标,利用Matlab软件进行响应面分析,建立了多元数学回归模型,运用决定系数R2、P值、残差的方差S2等分析了预测模型的可信性;并基于响应曲面分析了试验因素对试验指标的影响,探究了因素间的影响规律及最佳水平组合,并结合非线性优化计算方法,对果实分离率、破损率、含杂率进行了优化计算。结果表明：最优参数组合为：激振器主轴转速342.86r/min、激振器偏心块质量40kg、滚筒自转转速22r/min和番茄果秧喂入量19kg/s时,对应的果实分离率、破损率和含杂率分别为98.33%、3.37%和4.17%。经试验验证,响应面法所得到的果秧分离参数是可行的。     

加工番茄果秧分离装置的设计与试验

为了实现加工番茄收获的机械化,降低工人的劳动强度,设计了一种振动式加工番茄果秧分离装置,选取里格尔87-5加工番茄品种进行果秧分离性能单因素试验.结果表明,随凸轮盘转速增大,果秧分离率先增大后略有减小并趋于平缓,果实破损率总体呈增大趋势,含杂率呈近似线性增大;随拨杆摆振振幅增大,果秧分离率先增大后趋于平缓,果实破损率呈增大趋势,果实含杂率呈增大趋势.     

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂设计与试验

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂是移栽作业的执行部件,控制取秧和推秧动作,直接影响移栽机构取秧和推秧的成功率。针对原水稻钵苗移栽机构存在取秧时间长、成功率偏低,无推秧装置、推秧效果差等主要问题,对其移栽臂结构进行改进设计,优化凸轮机构,减小凸轮推程运动角,增加推秧装置。建立机构虚拟样机,研制机构物理样机,开展机构虚拟运动仿真和高速摄像运动试验。比较虚拟仿真和高速摄像试验移栽机构夹取秧苗时间的缩短情况,结果基本一致,表明移栽臂的改进设计是正确和合理的。开展安装不同凸轮机构和有无推秧装置的移栽机构的取秧试验,改进后的机构取秧成功率和推秧成功率分别为94.3%和98.6%,远高于改进前的82.9%和88.6%,表明改进后的机构能够更好地满足水稻钵苗移栽工作要求,且具有很好的工作性能。     

非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构参数优化与试验

为了进一步优化栽植嘴的轨迹、姿态及其挖出的穴口形状,提高钵苗移栽的立苗率,提出了基于两级非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构组合设计思路,运用变性椭圆-共轭非圆齿轮、变性偏心圆-共轭非圆齿轮、变性巴斯噶蜗线非圆齿轮、变性傅里叶非圆齿轮和变性正弦非圆齿轮5类非圆齿轮副,组合设计了25种不同的栽植机构。建立了基于非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构通用数学模型,并将通用数学模型代入旋转式钵苗栽植机构多目标优化模型,根据给定的栽植农艺条件,优化得到了满足理想栽植要求的栽植机构类型及其对应的机构参数。选取其中的偏心-椭圆齿轮行星轮系栽植机构与变性椭圆齿轮行星轮系栽植机构进行对比分析,结果表明运用多种非圆齿轮副进行组合设计的栽植机构具有优越性。根据优化得到的栽植机构类型及其对应的参数进行结构设计和样机研制,并进行了运动学高速摄像试验和模拟田间栽植试验。由高速摄像试验得到的轨迹、姿态、速度等指标和理论计算的对比分析,验证了通用数学模型的正确性;由模拟田间栽植试验可得本栽植机构立苗率较高,约为95%。     

插秧机后插旋转式宽窄行分插机构设计与优化

论述了两级交错轴斜齿行星轮系后插旋转式宽窄行分插机构的结构特点和工作原理,分析了两级交错轴斜齿行星轮系的角位移关系,对螺旋角的影响进行了分析,在空间坐标系中建立了分插机构的运动学模型,并得到了秧针尖点运动的位移方程。通过开发辅助分析与优化软件对影响参数进行了分析与优化,结合优化结果建立了分插机构虚拟样机模型,通过仿真及实体试验对理论分析进行了验证。结果表明:该分插机构能够应用在步行式插秧机上实现宽窄行插秧作业。     

新型高速分插机构椭圆齿轮传动的仿真分析

椭圆齿轮传动的仿真分析是高速分插机构动态仿真的关键。由于目前的仿真软件没有提供非圆齿轮传动的仿真分析工具,所以椭圆齿轮传动的仿真分析是亟待解决的难点。为此,对椭圆齿轮传动进行运动学分析,得到从动椭圆齿轮的角位移、角速度与时间的关系曲线;然后,根据椭圆齿轮的加工原理,在PRO／E中生成椭圆齿轮的虚拟三维模型,并使用ADAMS软件对椭圆齿轮的传动进行运动学仿真分析,最终得到仿真的角位移、角速度与时间的关系曲线。结果证明,仿真曲线与理论曲线一致,从而为非圆齿轮的虚拟传动提供了解决的方法。     

不同滚筒转速轴流装置籽粒运动和碰撞对比分析

借助高速摄像技术,对钉齿式轴流脱粒与分离装置在不同滚筒转速条件下自由籽粒运动过程和碰撞过程进行了对比试验研究,得出滚筒转速变化时自由籽粒的运动规律和自由籽粒与钉齿碰撞后的运动规律。结果表明：滚筒转速增加,自由籽粒的运动速度随之增大,多数自由籽粒处于中速运动状态,受钉齿碰撞后呈加速运动趋势。     

基于两段收获的切流式双滚筒花生摘果装置研究

为适应新疆地区林间套种的种植模式,通过对国内外花生生产机械化和摘果特性的调查,自行研制了双滚筒花生摘果秧柄打捆一体机。为了获取切流双滚筒脱粒分离装置的结构方式和工作参数,在试验机上进行滚筒不同转速、不同摘果间隙和不同喂入口倾角的脱粒分离性能试验,得出影响花生摘果指标的主次因素和各因素的显著水平。试验结果表明:该机作业性能良好,在喂入量为1.8kg/s、机组前进速度为1～1.5km/s的前提下,双滚筒的转速为450r/min、摘果间隙35mm和喂入口倾角10°时,摘净率为98.21%,破碎率为0.82%。