单行蔬菜钵体苗自动移栽机取苗装置的设计开题报告.doc

浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级09机械4班姓名李宇通课题名称单行蔬菜钵体苗自动移栽机的设计取苗装置设计开题报告目录1选题的背景与意义1.1国内外研究现状和发展趋势1.2蔬菜移栽机研究意义2研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1基本内容2.2拟解决的主要问题3研究方案、可行性分析及预期研究成果3.1研究思路方案3.2可行性分析3.3预期研究成果4研究工作计划参考文献（开题报告全文附后）成绩：答辩意见（从选题、任务工作量、质量预期、可行性等几个方面）答辩组长签名：年月日系主任审核意见签名：年月日单行水稻钵体苗自动移栽机的设计取苗装置设计李宇通(机械设计制造及其自动化09级(4)班B09300414)1选题的背景与意义据FAO统计，2006年中国已成为世界上最大的蔬菜生产国，蔬菜产量约占世界总产量的49.61。改革开放以来，我国蔬菜产量每年呈持续增长的势头，发展迅猛。据中国农业统计资料显示，我国蔬菜播种面积在上世纪80年代年均增长近10%，90年代年均增长14.5%，本世纪前7年平均增长1.9%，到2007年达到2.94亿亩，总产量6.41亿吨。其中，蔬菜2.6亿亩，5.65亿吨，人均占有量427公斤。蔬菜已经成为我国农业中仅次于粮食的第二重要农产品，近年来，浙江省在种植业结构调整和效益农业的发展上取得了显著成效，蔬菜生产面积、总产量、总产值逐年增加。浙江省已成为长江三角洲地区重要的蔬菜生产基地，基本培育形成沿杭州湾两岸及沿海设施出口蔬菜产业带。同时，蔬菜种植业也逐步成为发展我国和我省农村经济的重要组成部分2。1.1国内外研究现状和发展概述1.1.1自动移栽机研究现状在发达国家移栽机发展起步较早，早在20世纪30年代，国外就出现手工喂苗的移栽机具，在一定程度上减轻了人工移栽的劳动强度。上世纪50年代开始，欧洲国家研制出不同结构形式的半自动移栽机和制钵机。到了上世纪70年代和80年代，半自动移栽机在欧美、前苏联等农业较发达的国家和地区得到广泛应用。到90年代，研究人员对从育苗带栽植整个系统进行了研究，使育苗盒栽植有机地结合，研制出多种全自动移栽机。目前，国外的自动移栽技术已经走向成熟阶段，而我国目前正处於起步阶段，以半自动为主3。1.1.2自动移栽机的构造插秧机的工作过程，因结构不同而各有差异，但基本流程大致相同。其“群体逐次分格取秧直接栽插”原理为：秧苗以群体状态整齐放入秧箱，随秧箱作横向移动，使取秧器逐次分格取走一定数量的秧苗，在插秧轨迹控制机构作用下，按农艺要求将秧苗插入泥土中，取秧器再按一定轨迹回至秧箱取秧。各种插秧机栽插部分的组成基本相同：人力插秧机由秧箱、分插秧机构、机架和浮体(船板)等组成，自走式机动插秧机还设有动力驱动、行走装置、送秧机构等部分4。1.1.3蔬菜自动移栽极研究趋势为了克服漏插、漂秧和钩伤秧等缺陷,今后将通过对送秧、分秧、插秧等工作机构的改进与创新，继续提高插秧质量和对各种秧苗的适应性，同时要研制适用于每穴一株杂交水稻秧苗的新型插秧机；研究提高工作装置的自动化程度，如实现自动装秧及故障自动停机等的途径；进一步完善包括育秧在内的水稻全套种植机械化体系，提高非插秧季节水稻插秧机的综合利用程度。1.2蔬菜移栽机研究意义目前，我国生产的自动移栽机，大都属于半自动化机器，秧苗仍需要人工供给，不仅劳动强度打，而且作业质量难以保证。因此，要实现移栽的自动化，必须要解决秧苗的供给问题。本课题是对蔬菜钵体自动移栽取苗装置的设计研究。2研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1基本内容本次毕业设计中主要完成的内容包括：1）根据蔬菜钵苗取苗的技术特点和农艺要求，模拟人工取苗的轨迹、动作和姿态要求，发明蔬菜钵苗取苗机构，满足机械取苗特殊的工作轨迹要求，比现有的蔬菜取苗机构工作效率高，并且工作平稳。2）论述了该取苗机构的工作原理和结构特点，建立取苗机构的运动学模型3）根据蔬菜取苗农艺要求，提出蔬菜钵苗取苗机构参数优化的目标和优化方法，分析各参数变化对取苗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，优化出取苗机构的结构参数，满足蔬菜钵苗取苗的工作要求。4）建立取苗机构的三维实体模型，对其进行虚拟装配。2.2拟解决的主要问题移植是蔬菜生产过程中的重要环节之一，移植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，国内正在应用的移植机械多为半自动移植机，半自动移植机靠手工送苗，效率低。本课题的立意旨在减轻劳动力，加快栽植劳动速度，获取更大经济利益。3研究思路方案、可行性分析及预期成果本设计论文拟采用理论分析与三维建模与仿真实验的方法，在国内外移栽机的基础上，通过三维建模组装，并对其进行初步的运动学分析。3.1研究思路方案3.1.1目前已有的移栽机取苗机构原理分析取苗机构需要模拟人手从钵苗盘中把钵苗取出，然后在某个位置释放，使钵苗落入植苗器中，以便植苗器栽植，接着取苗机构重复上述动作。通过分析现有取苗机构的轨迹特点，为了顺利从钵苗盘中夹取钵苗，要求有一段尖嘴形的取苗轨迹，而且这段尖嘴形的取苗轨迹要有一定的长度，同时取苗爪进入钵苗盘的轨迹段和退出钵苗盘的轨迹段的夹角不能太大，并且进入和退出钵苗盘的取苗轨迹要尽量的平直。在取苗机构的取苗阶段，取苗爪进入钵苗盘前取苗爪完全张开，当到钵苗盘底部时，取苗爪完全夹紧钵苗，然后钵苗随着取苗爪一起往钵苗盘外运动，实现取苗。同时要求取苗机构有持苗和推苗阶段，持苗即取苗爪夹持钵苗运动；推苗阶段，即取苗爪完全张开，推苗爪向下推苗，钵苗落入植苗器中，实现了推苗。另外还要求取苗爪的有回程阶段，此阶段要求取苗爪在推完苗后一直保持张开状态，直到下一次取苗开始。旋转式行星轮系取苗机构，如图所示，该机构包括传动和取苗臂两部分，其传动部分由一个行星架（9）、一个不完全非圆齿轮（5），四个全等的椭圆齿轮（1、2、6、8）以及凸锁止弧（4）和凹锁止弧（3、7）组成，不完全非圆齿轮的几何中心为O，4个椭圆齿轮的旋转中心分别为1O、1M、2O、2M。该取苗机构工作时（以一侧齿轮结构为例进行介绍），不完全非圆齿轮5（简称太阳轮）固定不动，中间椭圆齿轮2（简称中间轮）在行星架9的带动下与太阳轮5啮合，实现非匀速齿轮传动，另外，行星椭圆齿轮1（简称行星轮）与中间椭圆轮2啮合，也实现非匀速连续传动，从而使得行星轮1相对行星架9作非匀速转动，使得针尖P形成ABCDE段工作轨迹，如图2.4所示。当中间轮2转到太阳轮5的无齿部分时，太阳轮5和中间轮2脱离啮合，此时固接在太阳轮5上的凸锁止弧4与固接在中间轮2上的凹锁止弧3配合，锁止中间齿轮2，防止中间轮2相对行星架9转动，此时行星轮1和行星架9一起绕O点做匀速转动，针尖P形成EFA段圆弧轨迹。行星轮1的绝对运动为行星架9绕中心O的匀速圆周转动和行星轮1相对行星架9的非匀速间歇转动的合成运动。通过行星轮轴与行星轮1固接的取苗爪11，一方面随着行星架9作匀速圆周运动，另一方面随着行星轮相对行星架作非匀速间歇转动。在这两种运动的共同作用下，取苗爪针尖P按要求的姿态运动，通过确定合适的结构参数，形成蔬菜钵苗取苗的工作轨迹。从图的机构初始安装位置开始，当行星架转过不同的角度时，形成不同的工作段轨迹：AB段轨迹，即取苗爪进入钵苗盘的轨迹，其中在取苗爪到达B点时，取苗爪完全夹紧钵苗；然后钵苗随着取苗爪一起从钵盘内往外运动，形成BC段取苗轨迹。CD段轨迹为取苗爪持苗轨迹；DE段轨迹为推苗轨迹，即在取苗爪到达E点之前时，在推（a）取苗机构初始位置（b）(b)行星架转过1角后取苗机构位置1、8行星椭圆齿轮2、6中间椭圆齿轮3、7凹锁止弧4凸锁止弧5不完全非圆齿轮9行星架10、11取苗臂12钵苗盘图3.1蔬菜钵苗取苗机构简图