旋转式水稻钵苗移栽机构的设计【22张图纸】【全套图纸】【优秀】
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旋转
水稻
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旋转式水稻钵苗移栽机构的设计
54页 20000字数+说明书+文献综述+外文翻译+开题报告+22张CAD图纸
R-右箱体.dwg
R-左箱体.dwg
外文翻译--工程故障分析.doc
总装配及零件20张.dwg
文献综述.doc
旋转式水稻钵苗移栽机构的设计开题报告.doc
旋转式水稻钵苗移栽机构的设计论文.doc
目 录
摘 要2
Abstract2
第一章 绪论7
1.1 本文研究目的与意义7
1.2 水稻钵苗移栽机构的发展概况8
1.2.1 国外发展概况8
1.2.2 国内发展概况10
1.3 研究目标与方案实现13
1.3.1 研究目标14
1.3.2 实现方案14
1.4 本文的工作安排16
1.5本章小结17
第二章 旋转式水稻钵苗移栽机构的运动学分析18
2.1 旋转式水稻钵苗移栽机构的工作原理18
2.2 运动学分析符号及相关说明19
2.3 椭圆齿轮－不完全非圆齿轮传动特性分析20
2.3.1 椭圆齿轮－不完全非圆齿轮节曲线模型建立20
2.3.2 传动比分析24
2.4 椭圆齿轮传动特性分析27
2.4.1 椭圆齿轮节曲线模型建立27
2.4.2 传动比分析28
2.5 椭圆-不完全非圆齿轮行星轮系移栽机构运动学模型的建立29
2.5.1 位移方程29
2.5.2 速度分析31
2.5.3 加速度分析32
2.6 本章小结32
第三章 旋转式水稻钵苗移栽机构辅助分析与优化软件的运用34
3.1 优化软件的运用思路34
3.2 旋转式水稻钵苗移栽机构的优化软件界面35
3.3 数据处理36
3.4 本章小结37
第四章 旋转式水稻钵苗移栽机构的结构设计38
4.1旋转式水稻钵苗移栽机构的整体结构设计38
4.2 驱动部分设计40
4.2.1 非匀速间歇传动机构的设计40
4.2.2 非匀速传动机构的设计41
4.3 移栽臂组成零件的设计41
4.3.1拨叉的设计42
4.3.2推秧爪与弹簧片的设计43
4.4 本章小结44
第五章 旋转式水稻钵苗移栽机构的三维建模45
5.1椭圆齿轮与非圆齿轮的实体建模45
5.1.1椭圆齿轮的三维建模45
5.1.2非圆齿轮的三维建模46
5.2 其他零部件的三维建模47
5.3本章小结47
第六章 总结48
6.1 总结48
参考文献49
摘 要
水稻钵苗移栽是一种利用钵盘育秧的水稻移栽技术，是水稻种植过程中的重要环节。水稻的钵盘育秧充分保留了秧苗生长的营养土质，植伤轻、返苗快，使作物提早成熟，且增产增收；移栽充分利用了光热资源，对水稻秧苗有气候的补偿作用，同时有使作物生育提早的综合效益，因此水稻的钵苗移栽可以产生非常可观的经济效益和社会效益。但与其他国家和地区相比，我国水稻种植机械化程度较低，与国内水稻生产的其它环节相比，机械化程度也是最低的。因此研究一种新的水稻钵苗移载机构，对水稻的机械化种植与高产高收具有非常重要的意义。
本文通过对国内外的水稻钵苗移栽机构进行对比分析，提出了一种高效率的水稻钵苗移栽机构为旋转式水稻钵苗移栽机构。该水稻钵苗移栽机构由驱动部分与移栽臂两部分构成，其中驱动部分由非匀速间歇传动机构与非匀速传动机构串联组成，移栽臂用于完成机构的取秧、推秧。
本文的研究内容如下：
1.根据水稻钵苗移栽的农艺特性与工作轨迹的要求，确定了以椭圆－不完全非圆齿轮行星轮系为传动机构的设计方案，该旋转式传动机构平稳性好、效率高。
2.分析了该水稻钵苗移栽机构的工作原理，并对机构进行运动学建模与传动特性分析。
3通过水稻钵苗移栽机构的辅助分析与优化软件，对该机构进行参数优化，最后得到一组较优的结构参数：a=23.069mm，k=0.994，α=291°，λ=6°，δ=29°，φ0=-39°，S=152mm.
4.根据机构优化后的结构参数，在CAD2008软件中对水稻钵苗移栽机构进行整体的结构设计与各零部件的二维设计。
5.在ug8.0三维实体建模软件中完成各零部件的建模与机构的装配。
关键词：水稻钵苗移栽；行星系移栽机构；椭圆－不完全非圆齿轮；参数优化；设计；
- 内容简介：
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浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告班 级09机制（4）班姓 名刘晓冕课题名称旋转式水稻钵苗移栽机构的设计文献综述报告目 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 多指手研究意义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 预期研究成果指导教师审批意见签名： 年 月 日1.1本文研究目的与意义水稻是我国第一大粮食作物，全国有近60%的人口以水稻为主食，在粮食安全中占有极其重要的地位。我国水稻常年种植面积约3000万公顷，占全国谷物种植面积的30，占世界水稻种植面积的20；稻谷总产量近20000万吨，占全国粮食总产的40，占世界稻谷总产的35；在主要粮食作物生产中，水稻种植机械化水平最低。移栽是水稻种植过程中的重要环节，它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。与其他国家和地区相比，我国水稻种植机械化程度较低，绝大部分是移栽作业；与国内的水稻生产其他工艺流程相比，机械化程度也是最低的（收获机械化50%以上，种植机械化约12%）。目前，水稻移栽机械主要有水稻抛秧机、插秧机、钵苗栽植机，相应的移栽技术分别为抛秧、插秧和钵苗栽植。其中，水稻抛秧技术栽植浅、植伤轻、返苗快、分蘖早、分蘖节位低、浅层根分布广，提早成熟，且增产增收，但是抛秧容易使秧苗倒伏、直立性不好，影响缓苗，进而影响产量；与抛秧技术相比，水稻插秧方式可以保证栽植秧苗有较好直立性，但与抛秧移栽采用钵盘育秧不同，插秧技术采用毯状秧苗，毯状苗几乎不能保留秧苗的成长土质及营养物质，插秧时秧苗断根多，缓苗期较长，要10天左右；而水稻钵苗栽植技术也采用钵盘育秧，综合了以上两种水稻移栽方式的所有优点，克服了不利的因素，钵苗栽植直立性好，无缓苗期，增产明显，成为当今水稻机械化移栽技术的研究重点。另外，目前超级稻种植都是采用手工移栽，要求每穴种植1到2株秧苗，用现有的毯状苗插秧种植方式根本无法满足此精准移栽要求；用水稻抛秧移栽技术，难以保证栽植秧苗的直立性，影响产量；而用本课题提出的水稻钵苗栽植技术,即可以解决超级稻机械化种植需要每穴1到2株苗，又可以保证栽植秧苗的直立性要求，有利于超级稻种植的推广。水稻钵苗栽植是一种水稻高产的移栽技术。具有壮苗浅栽、缓苗快、分蘖早、分蘖节位低、有效分蘖多、根系发达、提早成熟增产增收等优点，一直以来深受农民欢迎。水稻钵苗栽植在保证栽植钵苗的直立度后（与水平面夹角不低于60度），钵苗栽植方式较插秧方式增产10%-15%，因此增产效果明显。日本研究出的水稻钵苗栽植机（又称水稻钵苗摆栽机）价格昂贵、结构复杂，而且又是采用半硬塑胶穴盘，成本高，育苗要求也高，使想迫切改变手工劳作并提高稻谷产量的广大农村农民望而却步，黑龙江垦区五年前曾引进日本的两种水稻钵苗摆栽机进行试验，到现在一直也没有推广，不适合中国国情。近几年来，我国吉林省有几家企业一直在研究水稻钵苗栽植机，并进行了小规模的应用推广，基本能够保证栽植钵苗有较好的直立度。其移栽机构采用多杆式移栽机构，移栽效率低，单行效率只有80株/分钟左右，由于多杆式机构的结构限制，移栽效率很难再提高了。其移栽效率远远低于步行式插秧机的插秧效率，更不用说与高速插秧机相比。为了实现我国水稻钵苗栽植技术的发展与应用，满足广大农民的对水稻钵苗栽植机械化的需求，研究出一种新型高速水稻钵苗栽植机，具有非常重大的科学意义与经济价值。具有取苗与栽植苗功能的移栽机构，作为水稻钵苗栽植机的核心工作部件，已经成为制约高速水稻钵苗栽植机械发展的“瓶颈”问题，开展该移栽机构理论与创新设计研究已迫在眉捷。本课题通过开展水稻钵苗移栽机构的工作机理分析，依托课题组多年研究水稻种植机械的研究平台，对水稻钵苗移栽机构进行创新研究与优化设计，发明一种新型的高速水稻钵苗移栽机构，并建立相应的设计理论与方法，将促进我国水稻钵苗栽植技术的发展与应用。为今后高速水稻钵苗栽植机的研发提供重要理论基础和设计依据，将直接指导水稻钵苗有序移栽机构的设计,特别是水稻钵苗栽植方式非常适合于超级稻的机械化种植，有利于促进超级稻种植的推广，提高我国农业机械的研究水平。因此,开展本课题研究，不仅具有重要的科学意义，也具有重大的实际应。1.2水稻钵苗移栽机构的发展概况自水稻抛秧或摆秧技术应用以来，国内外不少专家学者开始对有关水稻钵苗移栽机械进行研究。据有关资料报道，从事这方面研究的国家主要是日本和中国。1.2.1 国外发展概况日本是水稻移栽机械化程度最高的国家，日本在完成工业化的进程中，逐步实现了水稻种植机械化。根据有关资料报道，黑龙江省曾分别引进日本井关农机公司和实产业株式会社生产的水稻钵苗摆栽机，如图1.1（a）所示，该摆栽机一次可栽6行，采用半硬塑胶钵盘育秧苗，钵盘中的每个钵穴是上粗下细的圆锥杯，杯的底部有一小孔。采用从半硬塑胶钵盘底部将秧苗顶出的取苗方式，其工作过程示意如图1.1（b）所示。顶杆对准小孔有两种形式：一种是顶杆平移，另一种是钵秧盘平移。从结构发明的角度看，机构作用于土钵，土钵是固体，个体差异小，工作可靠，但是机构的运动是直线间歇运动。需要一套完成精确移动定位的机构，加工精度要求高，机构磨损后容易顶偏，造成塑料秧盘损坏，有时钵苗的秧根挂住钵盘，造成秧苗脱离不成功，这对育秧要求比较高。顶出的钵苗，通过分秧供秧机构将秧苗水平分送到两侧的旋转分插部件，由旋转分插部件将水平放置的秧苗转换成垂直方式入土，完成秧苗的田间摆栽作业。具有可成行摆栽带钵秧苗，株距准确，均匀性好，作业质量高等优点。但摆栽机具结构复杂，成本高，对整地和育秧质量要求均较高，同时半硬塑胶穴盘成本也高，从国内引进试验来看，并不适合我国国情。再如日本洋马农机株式会社的竹山智洋发明了另一种钵苗移栽机（专利号为：ZL200480007602.4）,由驱动装置和两个栽植爪组成，如图1.2示。该移栽机构的驱动装置由两套行星轮系机构串联而成，回转箱相当于行星架，第一回转箱内有9个齿轮（其中2个是扇形齿轮）和一套摆动凸轮机构，第二回转箱与第一回转箱中的行星轮固接，内有5个齿轮，由第二套行星轮的行星轴输出运动驱动栽植爪实现取苗和栽植苗动作，该移栽轨迹较为复杂，如图2所示。该钵苗移栽机构的结构很复杂，可靠性不高，它的设计制造成本相对也比较高，所以该钵苗移栽机构未能得到实际应用。1.2.2 国内发展概况我国在90年代后期,水稻钵体育秧技术有了较大的发展,中国农业大学、吉林大学、江苏大学、八一农垦大学等院校都开始进行钵体育秧技术与移栽技术研究。我国目前的有序钵苗移栽机构有较多种方式，现介绍几种如下：(1) 对辊式拔秧机构1.机架 2.托盘 3.拨杆 4.输秧辊 5.秧苗6.压盘板 7.支座 8.上拔秧辊 9.下拔秧辊图1.3对辊式拔秧机构由中国农业大学工学院研制的2ZPYH530型水稻钵苗行栽机，采用对辊式拔秧机构(如图1.3)，实现了水稻穴盘育苗的自动拔秧。2ZPYH530型水稻钵苗行栽机输秧拔秧装置主要由输秧辊4、压秧板6、上拔秧辊8和下拔秧辊9等组成。其工作原理是：钵盘苗通过人工放在托板上并喂入到输秧辊4上，拔秧辊按一定传动比带动输秧辊4转动，当上下拔秧辊（8、9）的夹秧板对接时，靠夹秧板外缘弹性材料变形产生的夹紧力，将位于上下拔秧辊中间的钵苗夹持并带动其一起运动，最后使得钵苗与钵盘脱离；当上下拔秧辊转过一定角度后夹秧扳松开，钵苗落入导苗管，完成拔秧工作。但试验结果表明，秧苗营养钵湿度对拔秧力影响较大，作业效率低，拔秧辊释放钵苗后，钵苗沿导苗管滑落入水田中。该钵苗行栽机栽植苗方式是采用导苗管式，秧苗容易倒伏，很难控制栽植秧苗的直立度，将影响缓苗。(2)机械手式抛秧机构黑龙江八一农垦大学设计的机械手式抛秧机构如图1.4所示。其工作原理为：秧钳的固定套4与滚筒6刚性联接，随筒回转。滚筒内是固定不动的凸轮5，它的最大突变点离秧盘最近，并对应于取秧位置。当挡铁8撞击开闭凸轮7使秧钳闭合夹秧时，伸缩杆3在弹簧2的作用下迅速缩到凸轮的凹处，将秧苗的钵体从秧盘孔中拔出并离开盘面。秧钳在随滚筒6回转过程中，伸缩杆3的端斜面与凸轮5的外轮廓接触并受其作用向外逐渐伸长。当转过180时，开闭凸轮7的撞杆受挡铁9的撞击，使其转过90将秧钳撑开，秧苗在秧1.秧钳 2.压缩弹簧 3.压缩杆 4.秧钳固定套 5.固定凸轮 6.滚筒 7.开闭凸轮8.取秧挡铁 10秧盘图1.4 机械手式抛秧机构钳回转惯性力及重力作用下抛向地面。秧钳抛出秧苗后一直保持张开状态，直至取苗位置后又开始重复上面所述的动作。该机械手抓取秧苗的准确度和伤秧是该机构要解决的关键问题。该机构在栽植苗时，由秧钳通过回转惯性力和重力作用将秧苗抛向地面，是一种抛秧移栽作业方式，因此，秧苗移栽的直立度也很难保证，将影响缓苗。图1.5 空间连杆移栽机构简图(3)在空间连杆机构的基础上，中国农业大学研究开发了一种水稻钵苗精准栽植机械手机构，与拨杆式夹钳配合使用该机构与传统的农业机械完全不同，它属于空间闭式链机构。图1.5所示为栽植机械手机构的结构示意图，该机构由可控变杆长RRRSR机构和拨杆式夹钳装置两大部分组成。而可控变杆长机构是由机架、主动件、连杆、工作杆和摆杆组成，并选取主动件杆1为杆长变化杆，且将杆1分解为凸轮、滚子从动件和曲柄三部分，源动力通过链条链轮传递动力给与机架运动副连接的曲柄，再由曲柄传递动力给滚子从动件，使滚子沿凸轮表面做圆周运动，来实现杆长变化滚子从动件传递动力给其它杆件3、4，使其作连续运动，同时使得与杆2连接的工作杆7和夹钳一起运动，从而完成夹秧、取秧，移秧、栽秧等一系列动作。此机构在设计过程中需要检测杆之间的干涉问题，能保证各杆工作的连续性，该移栽机构结构太复杂，工作效率低。 (4)2007年，吉林省延吉市光华机械厂公开了一种水稻钵苗移栽机构(如图1.6)。这种移栽机构包括有动力传送齿轮箱10、移栽四轩机构和移栽稳定三连杆机构。其中移栽四杆机构是由上曲柄7、栽植臂连杆6、栽植臂杆23、锁臂摇杆14依次铰接组成，在栽植臂杆上设有夹秧装置；移栽稳定三连杆机构是由下曲柄19、稳定连杆18和上述的锁臂摇杆14依次铰接组成，移栽四杆机构和移栽稳定三连杆机构共同完成取秧、移秧、栽秧的运动图1.6 七杆移栽机构及移栽轨迹轨迹。该发明机构移栽运行轨迹稳定，取秧栽植过程中取秧爪开闭准时准确，基于钵盘育秧，保证了完整的根系，不伤苗，减少了秧苗的缓苏周期，增产效果显著。但是多杆机构工作配合复杂，要快速提高移栽的速度，将是一个巨大的挑战。该移栽机构已有样机在田间试验，但是工作效率低，振动大，单行移栽效率只有80次/min左右，机构的结构本身限制了该机构无法再提高移栽效率。(5) 专利号为200820072816.5的发明中提出了一种能直接栽插软塑体钵盘秧苗的钵苗水稻插秧机，如图1.7（a）所示。该水稻钵苗插秧机的核心工作部件五杆水稻钵苗移栽机构，如图1.7（b）所示。该机构采用双曲柄67、66分别作正、反向转动驱动，是一个双自由度机构，栽植臂10往复直插式控制取秧夹61按特定曲线轨迹进行取秧与栽插秧苗作业，栽植臂10内有夹紧与释放苗装置，包括凸轮68、拨叉70、弹簧63和控制杆71，控制杆71相对栽植臂10作往复移动，控制取秧夹61张开与闭合。曲柄旋转一周，取秧夹61夹取钵苗插秧一次，移栽效率单行为80次/min左右，该机构能实现水稻钵苗有序移栽，但工作效率也较低，振动也大。 (a)五杆水稻钵苗移栽机 （b）五杆水稻钵苗移栽机构图1.72 研究的目的与实现方案通过以上分析可知，国内外虽然对水稻钵苗有序移栽技术及移栽机构已做了较多的分析与研究，并有部分样机投入试验或应用。目前的移栽方式分为二种：抛秧方式和栽植苗方式。抛秧方式很难保证栽植秧苗的直立度，影响缓苗，进而影响水稻产量,到目前为止,一直未能推广应用；栽植苗方式移栽钵苗能有效地保证栽植秧苗的直立度，无缓苗期，但现有的钵苗移栽机构，工作效率太低（只有80株/分钟/行），机构工作时振动大。但是上述的钵苗移栽机构所采用的夹取式取苗方式可以为本课题研究提供参考。2.1 研究目标1.静轨迹 2.钵苗 3.钵盘图1.8 水稻钵苗移栽轨迹要求近年来，本课题组对水稻钵苗有序移栽的工作机理与机构创新进行了详细研究，机械移栽秧苗为塑料钵盘苗，塑料钵盘可重复使用。本取苗方式采用两片取苗爪夹住水稻钵苗的茎杆根部，夹紧茎杆，将钵苗从钵穴中拨出，完成取苗动作，取苗后夹持苗至推秧位置，取苗爪张开，释放钵苗并推苗入土，完成栽植苗动作。为了实现该钵苗的有序移栽方式，同时考虑机构工作效率和平稳性。本论文提出了一种旋转式有序移栽机构，在旋转箱体上对称布置两个移栽臂，提高了工作平稳性，旋转一周移栽三次，移栽效率高，移栽效率将不低于300株/分钟/行，其移栽效率远远高于现正在应用的有序移栽机构，本论文研究的旋转式有序移栽机构是一种高速水稻钵苗移栽机构。2.2 方案实现1.水稻钵苗移栽机构的设计要求通过了解水稻钵苗移栽的农艺要求，提出如图1.8的移栽轨迹，该机构的取秧方式为弹簧片夹取式取秧，为了避免取秧时弹簧片与秧苗的干涉，移栽轨迹在取秧部分为“环扣状”。即由两个弹簧片运行到土钵表面时，弹簧片从钵苗的下方D运行到钵苗茎部开始取秧，夹紧秧苗的茎杆根部，在图中的E位置从穴盘中取出带土钵苗，再沿FAB夹持钵苗至图中的B位置，在推秧杆的作用下，弹簧片松开，释放并推出钵苗，植入水田中，然后弹簧片经图中C位置，为重新下次取秧做准备，完成一次移栽周期。2.机构的实现方案根据移栽轨迹要求，设计出一种旋转式椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构，在一个旋转箱体上对称布置了三套移栽臂，旋转一周移栽三次。如图1.9所示为
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