蔬菜钵苗移栽机关键部件的参数优化、数字化设计及研制

移栽是蔬菜生产过程中的一个重要环节,具有对气候补偿和使作物生育提早的综合效益。它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。但目前移栽过程采用人工移栽,劳动强度大、作业效率低,难以实现大面积栽植制约了生产规模,影响了生产效益,同时也限制了蔬菜生产的发展空间。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。 本文在总结吸收了国内外各种移栽机的优缺点和实验室已有研究成果的基础上,基于一种钵苗移栽机构——杠杆顶出式机构,设计了蔬菜钵苗移栽机。该机的特点有:结构简单,工作可靠;易保证株距的均匀性;能实现开沟、施肥、移栽和覆土等工序。该蔬菜移栽装置已公开发明专利(200810063013.8)和实用新型专利(200820121105.2);并已公开发明专利蔬菜移栽装置的压盘装置(200910099278.8)。本文主要的研究内容如下: 1.研究国内外各种蔬菜移栽机的结构及原理和实验室已有的研究成果,从蔬菜钵苗移栽机移栽机构的机理分析入手,首先根据设计要求确定蔬菜移栽机整机的基本参数,然后根据整机结构,通过建立数学模型,应用MATLAB编写程序快速准确的确定传动比、顶杆相位差和顶出时间等机构重要参数。 2.根据已确定的参数,对蔬菜移栽机的核心部件——杠杆顶出式机构建立数学模型,基于MATLAB对杠杆顶出式机构进行运动学分析、动力学分析和参数优化,确定了六组杠杆顶出式机构的基本参数及相关机构的参数;根据确定参数应用UG软件对移栽机构进行实体建模,基于ADAMS软件对建立的移栽机构模型进行虚拟样机仿真,并进行结果分析,验证理论设计结果是否正确。 3.在蔬菜移栽机构研究的基础上,根据农艺要求,为了完成开沟、移栽、施肥和覆土等工序,基于CAD技术和UG软件对蔬菜钵苗移栽机关键部件进行计算机辅助设计,包括开沟覆土装置、压秧盘装置、施肥装置和传动系统。在传动系统中,部分用的是链传动,为了快速确定实际中心距和链节数,解决销轴的虚拟定位和链条的虚拟装配问题,基于UG软件对链条进行参数化研究。 4.为了实现对蔬菜移栽机的移栽装置零部件的系列化设计,以适应不同蔬菜移栽的农艺要求,借助VB.net编写程序在UG软件中添加自定义的菜单项,对移栽机构进行数字化研究;用户可根据不同蔬菜的农艺要求,输入有关参数即可实现移栽机构的数字化变形设计;并对变形模型应用ADAMS软件进行仿真分析,验证变形模型是否正确;为提高设计效率,减少重复劳动,通过对UG二次开发实现了装配图明细表的同步更新。 5.对蔬菜钵苗移栽机构进行加工研制和物理样机试验,基于实验台和高速摄像对其运动性能进行试验验证,确定机构是否满足设计要求。