旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設 專用，答辯優(yōu)秀 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目： 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 學 院： 機械與自動控制學院 專業(yè)班級： 機械制造及其自動化（ 4）班 姓 名： 劉曉冕 學 號： B09300418 指導教師： 俞高紅 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 浙江理工大學學位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得浙江理工大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） I 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解 浙江理工大學 有權(quán)保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交本論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 浙江理工大學 可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。 (保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書 ) 學位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 導師簽名： 簽字日期： 年 月 日 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 2 摘 要 水稻缽苗移栽是一種利用缽盤育秧的水稻移栽技術，是水稻種植過程中的重要環(huán)節(jié)。水稻的缽盤育秧充分保留了秧苗生長的營養(yǎng)土質(zhì)，植傷輕、返苗快，使作物提早成熟，且增產(chǎn)增收；移栽充分 利用了光熱資源，對水稻秧苗有氣候的補償作用，同時有使作物生育提早的綜合效益，因此水稻的缽苗移栽可以產(chǎn)生非?？捎^的經(jīng)濟效益和社會效益。但 與其他國家和地區(qū)相比，我國水稻種植機械化程度較低，與國內(nèi)水稻生產(chǎn)的其它環(huán)節(jié)相比，機械化程度也是最低的。因此研究一種新的水稻缽苗移載機構(gòu)，對水稻的機械化種植與高產(chǎn)高收具有非 常重要的意義。 本文通過對國內(nèi)外的 水稻 缽苗移栽機構(gòu)進行對比分析，提出了一種高效率的水稻缽苗移栽機構(gòu) 為旋轉(zhuǎn)式 水稻缽苗移栽機構(gòu)。 該水稻缽苗移栽機構(gòu)由驅(qū)動部分與移栽臂兩部分構(gòu)成，其中驅(qū)動部分由非勻速間歇傳動機構(gòu)與非勻速傳動機構(gòu)串聯(lián)組成，移栽臂用于完成機構(gòu)的取秧、推秧。 本文的研究內(nèi)容如下： 1.根據(jù)水稻缽苗移栽的農(nóng)藝特性與工作軌跡的要求，確定了以橢圓不完全非圓齒輪行星輪系為傳動機構(gòu)的設計方案，該旋轉(zhuǎn)式傳動機構(gòu)平穩(wěn)性好、效率高。 2.分析了該水稻缽苗移栽機構(gòu)的工作原理，并對機構(gòu)進行運動學建模與傳動特性分析。 3 通過水稻缽苗移栽機構(gòu)的輔助分析與優(yōu)化軟件，對該機構(gòu)進行參數(shù)優(yōu)化，最后得到一組較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)： a=23.069mm， k=0.994， =291， =6， =29，0=-39， S=152mm. 4.根據(jù)機構(gòu)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在 CAD2008 軟件中對水稻缽苗移栽機構(gòu)進行整體的結(jié)構(gòu)設計與各零部件的二維設計。 5.在 ug8.0 三維實體建模軟件中完成各零部件的建模與機構(gòu)的裝配 。 關鍵詞 ：水稻缽苗移栽；行星系移栽機構(gòu)；橢圓不完全非圓齒輪；參數(shù)優(yōu)化；設計 ； 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 Parameter Optimization and Design of Rotary Rice Bowl Seedling Transplanting Mechanism Abstract Rice bowl seedling transplanting is a transplanting technology with bowl seedling ， which plays an important part in the process of rice cultivation. The nutrient soil is fully reserved with rice seedling through bowl seedling technology ， so it barely hurts seedlings and makes them grow and mature faster， furthermore， it increases rice production；Transplanting takes full advantage of the light and heat resources， which makes climate compensation to rice seedlings and shifts crop fertility to an earlier date， Therefore the rice bowl seedling transplanting can produce substantial economic and social benefits. However， compared with other countries and regions， the mechanization level of rice cultivation in China is relatively low， and the degree of mechanization is also the lowest compared to other domestic rice production processes.Therefore the study of a new rice bowl seedling transplanting mechanism has a very important significance in mechanized cultivation and high-yielding of rice . Through comparative analysis of rice bowl seedling transplanting mechanisms at home and abroad， this paper comes up with a new type of rice bowl seedling transplanting mechanism with which the transplanter can achieve high efficient transplantingrice bowl seedling transplanting mechanism of planetary gear train with ellipse gears and incomplete non-circular gear. The rice bowl seedling transplanting mechanism includes two parts : drive part and transplanting arms ， the drive part consists of non-uniform intermittent transmission and non-uniform transmission mechanism， and the transplanting arms are used for the completion of fetching and pushing seedlings.This transplanting mechanism has applied for inventive patent (application number : 201210344077.1)and utility model pantent (patent number: ZL201220474441.1) is authorized. The main content of this paper is listed as bellow: 1.According to the requirements of the agronomic characteristics and work trajectory of rice bowl seedling transplanting， invent the rice bowl seedling 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 4 transplanting mechanism of planetary gear train with ellipse gears and incomplete non-circular gear， The rotary drive mechanism has a good stability and high efficiency. 2.Analyze the work principle of the rice bowl seedling transplanting mechanism ， build kinematics model and analyze transmission characteristics of this mechanism. 3.Through the software of aided analysis and optimization of rice bowl seedling transplanting mechanism， search a group of structure parameters: a = 23.069mm， k = 0.994， = 291， = 6 ， = 29 ， 0 = -39 ， S = 152mm. 4.According to the optimized structure parameters of the mechanism， design the overall structure and complete two-dimensional drawings of all parts in CAD2008. 5.Establish the three-dimensional model of all parts of this rice bowl seedling transplanting mechanism and complete the assembly in ug8.0。 Keywords: Rice bowl seedling transplanting；transplanting mechanism of planetary gear train； ellipse gears- incomplete non-circular gear；parameter optimization；design 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 6 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 目 錄 摘 要 . 2 Abstract. 2 第一章 緒論 . 7 1.1 本文研究目的與意義 . 7 1.2 水稻缽苗移栽機構(gòu)的發(fā)展概況 . 8 1.2.1 國外發(fā)展概況 . 8 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展概況 . 10 1.3 研究目標與方案實現(xiàn) . 13 1.3.1 研究目標 . 14 1.3.2 實現(xiàn)方案 . 14 1.4 本文的工作安排 . 16 1.5 本章小結(jié) . 19 第二章 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的運動學分析 . 18 2.1 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的工作原理 . 18 2.2 運動學分析符號及相關說明 . 19 2.3 橢圓齒輪不完全非圓齒輪傳動特性分析 . 20 2.3.1 橢圓齒輪不完全非圓齒輪節(jié)曲線模型建立 . 20 2.3.2 傳動比分 析 . 24 2.4 橢圓齒輪傳動特性分析 . 27 2.4.1 橢圓齒輪節(jié)曲線模型建立 . 29 2.4.2 傳動比分析 . 28 2.5 橢圓 -不完全非圓齒輪行星輪系移栽機構(gòu)運動學模型的建立 . 29 2.5.1 位移方程 . 29 2.5.2 速度分析 . 33 2.5.3 加速度分析 . 32 2.6 本章小結(jié) . 32 第三章 旋轉(zhuǎn)式水稻 缽苗移栽機構(gòu)輔助分析與優(yōu)化軟件的運用 . 34 3.1 優(yōu)化軟件的運用思路 . 34 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 8 3.2 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的優(yōu)化軟件界面 . 35 3.3 數(shù)據(jù)處理 . 37 3.4 本章小結(jié) . 38 第四章 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計 . 38 4.1 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設計 . 38 4.2 驅(qū)動部分設計 . 40 4.2.1 非勻速間歇傳動機構(gòu)的設計 . 40 4.2.2 非勻速傳動機構(gòu)的設計 . 41 4.3 移栽臂組成零件的設計 . 41 4.3.1 撥叉的設計 . 42 4.3.2 推秧爪與彈簧片的設計 . 43 4.4 本章小結(jié) . 44 第五章 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的三維建模 . 45 5.1 橢圓齒輪與非圓齒輪的實體建模 . 45 5.1.1 橢圓齒輪的三維建模 . 45 5.1.2 非圓齒輪的三維建模 . 46 5.2 其他零部件的三維建模 . 47 5.3 本章小結(jié) . 47 第六章 總結(jié) . 48 6.1 總結(jié) . 48 參考文獻 . 49 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 第一章 緒論 1.1 本文研究目的與意義 水稻是我國第一大糧食作物，在糧食安全中占有非常重要的地位，在全國范圍內(nèi)將近有 60%的人口以水稻為主食。我國水稻的常年種植面積約占全國谷物種植面積的 30%，占世界水稻種植面積的 20%，面積約為 3000 萬公頃；稻谷每年的總產(chǎn)量近 20000 萬噸，其重量占世界稻谷總產(chǎn)的 35%，占全國糧食總產(chǎn)的 40%.但是在主要糧食作物生產(chǎn)中，水稻的移栽勞動強度較大，水稻種植機械化水平最低 1。 水稻的移栽是種植過程中的重要環(huán)節(jié)，移栽充分 利用了光熱資源，對秧苗有氣候的補償作用，同時有使作物生育提早的綜合效益，因此，水稻移栽產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益非?？捎^。 與其他國家和地區(qū)相比，我國水稻種植機械化程度較低，絕大部分是移栽作業(yè)；與國內(nèi)水稻生產(chǎn) 的 其他工藝流程相比，機械化程度也是最低的（ 收獲機械化 50%以上，種植機械化約 12%） 2。 目前，水稻移栽機械主要有水稻拋秧機、插秧機、缽苗栽植機，相應的移栽技術分別為拋秧、插秧和缽苗栽植。其中，水稻拋秧技術栽植淺、植傷輕、返苗快、分蘗早、分蘗節(jié)位低、淺層根分布廣，提早成熟，且增產(chǎn)增收 3，但是拋秧容易使秧苗倒伏、直立性不好，影響緩苗，進而影響產(chǎn)量；與拋秧技術相比，水稻插秧方式可以保證栽植秧苗有較好直立性，但與拋秧移栽采用缽盤育秧不同，插秧技術采用毯狀秧苗，毯狀苗幾乎不能保留秧苗的成長土質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)，插秧時秧苗斷根多，緩苗期較長，要 10 天左右； 而水稻缽苗栽植技術也采用缽盤育秧，綜合了以上兩種水稻移栽方式的所有優(yōu)點，克服了不利的因素，缽苗栽植直立性好，無緩苗期，增產(chǎn)明顯，成為當今水稻機械化移栽技術的研究重點。 另外，目前超級稻種植都是采用手工移栽，要求每穴種植 1 到 2 株秧苗，用現(xiàn)有的毯狀苗插秧種植方式根本無法滿足此精準移栽要求；用水稻拋秧移栽技術，難以保證移栽秧苗的直立性，影響產(chǎn)量；而用本課題提出的水稻缽苗移栽技術，即可以解決超級稻機械化種植需要每穴 1 到 2 株苗，又可以保證移栽秧苗的直立性要求，有利于超級稻種植的推廣。 水稻缽苗移栽是一種高產(chǎn)的水稻移栽 技術。具有壯苗淺栽、緩苗快、分蘗 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 10 早、分蘗節(jié)位低、有效分蘗多、根系發(fā)達、提早成熟增產(chǎn)增收等優(yōu)點，一直以來深受農(nóng)民歡迎。 水稻缽苗移栽在保證移栽缽苗的直立度后（與水平面夾角不低于 60度），缽苗移栽方式較插秧方式增產(chǎn) 10%-15%，因此增產(chǎn)效果明顯。 日本研究出的水稻缽苗移栽機（又稱水稻缽苗擺栽機）價格昂貴、結(jié)構(gòu)復雜，而且又是采用 半硬塑膠穴盤 ，成本高，育苗要求也高，使想迫切改變手工勞作并提高稻谷產(chǎn)量的廣大農(nóng)村農(nóng)民望而卻步， 黑龍江墾區(qū)五年前 曾引進日本的兩種水稻缽苗擺栽機進行試驗，到現(xiàn)在一直也沒有推廣，不適合中國國情。近 幾年來，我國吉林省有幾家企業(yè)一直在研究水稻缽苗移栽機，并進行了小規(guī)模的應用推廣，基本能夠保證移栽缽苗有較好的直立度。其移栽機構(gòu)采用多桿式移栽機構(gòu)，移栽效率低，單行效率只有 80株 /分鐘左右，由于多桿式機構(gòu)的結(jié)構(gòu)限制，移栽效率很難再提高了。其移栽效率遠遠低于步行式插秧機的插秧效率，更不用說與高速插秧機相比。為了實現(xiàn)我國水稻缽苗移栽技術的發(fā)展與應用，滿足廣大農(nóng)民的對水稻缽苗移栽機械化的需求，研究出一種新型高速水稻缽苗移栽機，具有非常重大的科學意義與經(jīng)濟價值。 具有取苗與移栽苗功能的移栽機構(gòu)，作為水稻缽苗移栽機的核心 工作部件，已經(jīng)成為制約高速水稻缽苗移栽機械發(fā)展的 “ 瓶頸 ” 問題，開展該移栽機構(gòu)理論與創(chuàng)新設計研究已迫在眉捷 4 8。 本課題通過開展水稻缽苗移栽機構(gòu)的工作機理分析，依托課題組多年研究水稻種植機械的研究平臺，對水稻缽苗移栽機構(gòu)進行創(chuàng)新研究與優(yōu)化設計，發(fā)明一種新型的高速水稻缽苗移栽機構(gòu)，并建立相應的設計理論與方法，將促進我國水稻缽苗移栽技術的發(fā)展與應用。該水稻缽苗移 栽 機構(gòu)的研究能夠為高速水稻缽苗移栽機的研究、開發(fā)提供理論基礎和設計參考，將直接指導水稻缽苗有序移栽機構(gòu)的設計 ， 特別是水稻缽苗移栽方式非常適合于超級稻 的機械化種植，有利于促進超級稻種植的推廣，提高我國農(nóng)業(yè)機械的研究水平。因此，開展本課題研究，不僅具有重要的科學意義，也具有重大的實際應用價值。 1.2 水稻缽苗移栽機構(gòu)的發(fā)展概況 自水稻拋秧或擺秧技術的應用以來，國內(nèi)外的很多專家學者開始對有關水稻缽苗移栽機械展開了研究，其中從事這方面研究的主要國家是日本和中國。 1.2.1 國外發(fā)展概況 日本是水稻移栽機械化方面程度最高的國家，在工業(yè)化的完成進程中，日本逐 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 步實現(xiàn)了機械化的水稻種植 9 12。 根據(jù)有關資料顯示，黑龍江省曾分別引進日本井關農(nóng)機公司和實產(chǎn)業(yè)株式會 社生產(chǎn)的水稻缽苗擺栽機，如圖 1.1（ a） 所示，該擺栽機一次 可栽 6 行，采用半硬塑膠缽盤育秧苗 ，缽盤中的每個缽穴是上粗下細的圓錐杯，杯的底部有一小孔 。采用的取苗方 式為 從半硬塑膠缽盤底部將秧苗頂出， 其工作過程示意如圖 1.1（ b） 所示。頂桿對準小孔有兩種形式：一種是頂桿平移，另一種是缽秧盤平移。從結(jié)構(gòu)發(fā)明的角度看，機構(gòu)作用于土缽，土缽是固體，個體差異小，工作可靠，但是機構(gòu)的運動是直線間歇運動。需要一套完成精確移動定位的機構(gòu)，加工精度要求高，機構(gòu)磨損后容易頂偏，造成塑料秧盤損壞，有時缽苗的秧根掛住缽盤，造成秧苗脫離不 成功，這對育秧要求比較高。 通過分秧供秧機構(gòu)，將 頂出的缽苗 水平分送至兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)分插部件，然后由旋轉(zhuǎn)分插部件將水平放置的缽苗轉(zhuǎn)換成垂直的方式入土，完成缽苗的田間擺栽作業(yè)。該擺栽機能夠成行擺栽帶缽秧苗，具有株距準確、均勻性好、作業(yè)質(zhì)量高等優(yōu)點。但擺栽機的結(jié)構(gòu)復雜、成本高、對整地和育秧的質(zhì)量要求較高，同時半硬塑膠穴盤成本也高，從國內(nèi)引進試驗來看，并不適合我國國情。 1.秧盤移動 2.秧盤靜，啟動頂桿 3.頂桿推出缽秧 （ b） 機構(gòu)頂秧過程 圖 1.1 日本的水稻缽苗擺栽機 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 12 如圖 1.2所示為 日本洋馬農(nóng)機株式會社的竹山智洋發(fā)明 的 另 一種缽苗移栽 機 （專利號為： ZL200480007602.4） 13，該移栽機由驅(qū)動裝 置和兩個移栽爪組成。該 移栽機構(gòu)的驅(qū)動裝置由兩套行星輪系機構(gòu)串聯(lián)組成， 其中回 轉(zhuǎn)箱相當于行星架，第一回轉(zhuǎn)箱內(nèi)包含 9 個齒輪（其中有 2 個是扇形齒輪） 和一 套擺動凸輪機構(gòu)，第二回轉(zhuǎn)箱有 5 個齒輪。第二回轉(zhuǎn)箱與第一回轉(zhuǎn)箱中的行星輪固接，由第二回轉(zhuǎn)箱內(nèi)的行星軸輸出運動，通過驅(qū)動移栽爪來實現(xiàn)取 苗和移栽苗動作。 該水稻缽苗移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)很復雜，設計制造成本比較高，而且可靠性不高，所以該水稻缽苗移栽機構(gòu)未能得到實際應用。 圖 1.2 缽苗移栽機構(gòu) 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展概況 我國在 90 年代后期，水稻缽體育秧技術有了較大的發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)大學、吉林大學、江蘇大學、八一農(nóng)墾大學等院校都開始進行缽體育秧技術與移栽技術研究。 我國目前的有序缽苗移栽機構(gòu)有較 多種方式， 現(xiàn)介紹幾種如下： 1)對輥式拔秧機構(gòu) 中國農(nóng)業(yè)大學工學院研制了一種型為 2ZPYH530的水稻缽苗行栽機 ，該行栽機采用對輥式拔秧機構(gòu)，實現(xiàn)水稻穴盤育苗的自動拔秧，機構(gòu)如圖 1.3所示。該機構(gòu)的輸秧拔秧裝置 要由輸秧輥 4、壓秧板 6、上拔秧輥 8和下拔秧輥 9等組成。其工作原理是： 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 1.秧鉗 2.壓縮彈簧 3.壓縮桿 4.秧鉗固定套 5.固定凸輪 6.滾筒 7.開閉凸輪 8、 9.擋鐵 10.秧盤 圖 1.4 機械手式拋秧機構(gòu) 1.機架 2.托盤 3.撥桿 4.輸秧輥 5.秧苗 6.壓盤板 7.支座 8.上拔秧輥 9.下拔秧輥 圖 1.3 對輥式拔秧機構(gòu) 缽苗通過人工放在托板上，然后喂入到輸秧輥 4上，按一定傳動比拔秧輥帶動輸秧輥 4轉(zhuǎn)動，當上下拔秧輥 8、 9的夾秧板對接時，通過夾秧板外緣彈性材料的變形產(chǎn)生夾緊力，夾持上下拔秧輥中間的缽苗并帶動其一起運動，最后使 得缽苗與缽盤脫離；上下拔秧輥轉(zhuǎn)過一定角度后，夾秧扳松開、缽苗落入導苗管，完成拔秧工作。試驗結(jié)果表明，培育秧苗時缽盤的濕度對拔秧力影響較大，而且缽苗在拔秧輥釋放缽苗后沿導苗管滑落入水田中，很難控制移栽秧苗的直立度，秧苗容易倒伏，會影響緩苗作業(yè)，并且效率低。 2)機械手式拋秧機構(gòu) 如圖 1.4所示為八一農(nóng)墾大學設計的機械手式拋秧機構(gòu) 17。其工作原理：秧鉗的固定套 4與滾筒 6為剛性聯(lián)接， 固定套 隨筒回轉(zhuǎn)，滾筒內(nèi)的凸輪 5固定不動，其最大突變點離秧盤最近且對應于取秧位置；當擋鐵 8撞擊開閉凸輪 7，秧鉗閉合夾秧，伸縮 桿 3在彈簧 2的作用下快速縮到凸輪的凹處，將秧苗從秧盤中拔出；秧鉗隨滾筒 6回轉(zhuǎn)過程中，伸縮桿 3的端斜面與凸輪 5的外輪廓接觸并受其作用向外逐漸伸長；當滾筒轉(zhuǎn)過 180時，開閉凸輪 7的撞桿受到擋鐵 9的撞擊，使其轉(zhuǎn)過 90后將秧鉗撐開，在秧鉗回轉(zhuǎn)慣性力及重力作用下，秧苗拋向地面，拋出秧苗后秧鉗一直保持張開狀態(tài)，直到取苗位置時又開始重復上面所 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 14 圖 1.5 空間連桿移栽機構(gòu)簡圖 圖 1.6 七桿移栽機構(gòu)及移栽軌跡 述的動作。該機械手抓取秧苗的準確度和傷秧是該機構(gòu)要解決的關鍵問題。該機構(gòu)在栽植苗時，由秧鉗通過回轉(zhuǎn)慣性力和重力作用將秧苗拋向地面，是一種拋秧移栽作業(yè)方式，因此，秧苗移栽的直立度也 很難保證，將影響緩苗。 3)空間連桿移栽機構(gòu) 在空間連桿機構(gòu)的基礎上，中國農(nóng)業(yè)大學研究開發(fā)了一種水稻缽苗精準栽植機械手機構(gòu) 18，與撥桿式夾鉗配合使用該機構(gòu)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械完全不同，它屬于空間閉式鏈機構(gòu)。圖 1.5 所示為栽植機械手機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，該機構(gòu)由可控變桿長 RRRSR 機構(gòu)和撥桿式夾鉗裝置兩大部分組成。而可控變桿長機構(gòu)是由機架、主動件、連桿、工作桿和擺桿組成，并選取主動件桿 1 為桿長變化桿，且將桿 1 分解為凸輪、滾子從動件和曲柄三部分，源動力通過鏈條鏈輪傳遞動力給與機架運動副連接的曲柄，再由曲柄傳遞動力給滾子從動件，使?jié)L子沿凸輪表面做圓周運動，來實現(xiàn)桿長變化滾子從動件傳遞動力給其它桿件 3、 4，使其作連續(xù)運動，同時使得與桿 2 連接的工作桿 7 和夾鉗一起運動，從而完成夾秧、取秧，移秧、栽秧等一系列動作。此機構(gòu)在設計過程中需要檢測桿之間的干涉問題，能保證各桿工作的連續(xù)性，該移栽機構(gòu)結(jié)構(gòu)太復雜，工作效率低。 4)七桿移栽機構(gòu) 2007 年，吉林省延吉市光華機械廠公開了一種水稻缽苗移栽機構(gòu)(如圖 1.6)。這種移栽機構(gòu)包括有動力傳送齒輪箱 10、移栽四軒機構(gòu)和移栽穩(wěn)定三連桿機構(gòu)。其中移栽四桿機構(gòu)是由上曲柄 7、栽植臂連桿6、栽植臂桿 23、鎖臂搖桿 14 依次鉸接組成，在栽植臂桿上設有夾秧 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 裝置；移栽穩(wěn)定三連桿機構(gòu)是由下曲柄 19、穩(wěn)定連桿 18 和上述的鎖臂搖桿 14依次鉸接組成，移栽四桿機構(gòu)和移栽穩(wěn)定三連桿機構(gòu)共同完成取秧、移秧、栽秧的運動軌跡。該發(fā)明機構(gòu)移栽運行軌跡穩(wěn)定，取秧栽植過程中取秧爪開閉準時準確，基于缽盤育秧，保證了完整的根系，不傷苗，減少了秧苗的緩蘇周期，增產(chǎn)效果顯著。但是多桿機構(gòu)工作配合復雜，要快速提高移栽的速度，將是一個巨大的挑戰(zhàn) 19。該移栽機構(gòu)已有樣機在田間試驗，但是工作效率低，振動大，單行移栽效率只有 80 次 /min 左右，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)本身限制了該機構(gòu)無法再提高移栽效率。 5)五桿移栽機構(gòu) 專利號 為 200820072816.5的發(fā)明中提出 了一種能直接栽插軟塑體缽盤秧苗的缽苗水稻插秧機 20，如圖 1.7（ a） 所示 。該 水稻缽苗插秧機的核心工作部件五桿水稻缽苗移栽機構(gòu)，如圖 1.7（ b） 所示。該機構(gòu)采用雙曲柄 67、 66分別作正、反向轉(zhuǎn)動驅(qū)動，是一個雙自由度機構(gòu)，栽植臂 10 往復直插式控制取秧夾 61 按特定曲線軌跡進行取秧與栽插秧苗作業(yè)，栽植臂 10 內(nèi)有夾緊與釋放苗裝置，包括凸輪 68、撥叉 70、彈簧 63 和控制桿 71，控制桿 71 相對栽植臂10 作往復移動，控制取秧夾 61 張開與閉合。曲柄旋轉(zhuǎn)一周，取秧夾 61 夾取缽苗插秧一次，移栽效率單行為 80 次 /min 左右，該機構(gòu)能實現(xiàn)水稻缽苗有序移栽，但工作效率也較低，振動也大。 (a)缽苗移栽機 （ b）缽苗移栽機構(gòu) 圖 1.7 五 桿水稻缽苗移栽機 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 16 1.3 研究目標與方案實現(xiàn) 通過以上分析可知，國內(nèi)外雖然對水稻缽苗有序移栽技術及移栽機構(gòu)已做了較多的分析與研究，并有部分樣機投入試驗或應用。目前的移栽方式分為二種：拋秧方式和栽植苗方式。拋秧方式很難保證栽植秧苗的直立度，影響緩苗，進而影響水稻產(chǎn)量，到目前為止，一直未能推廣應用；栽植苗方式移栽缽苗能有效地保證栽植秧苗的直立度，無緩苗期，但現(xiàn)有的缽苗移栽機構(gòu)，工作效率太低（只有 80株 /分鐘 /行），機構(gòu)工作時振動大。但是上述的缽苗移栽機構(gòu)所采用的夾取式取苗方式可以為本課題研 究提供參考。 1.3.1 研究目標 近年來，本課題組對水稻缽苗有序移栽的工作機理與機構(gòu)創(chuàng)新進行了詳細研究，本 研究采用的 移栽秧苗為塑料缽盤苗，如圖 1.8 所示，缽盤育苗采用呈陣列式穴口的缽盤，各穴口相互獨立，缽盤為 1429 穴（橫向 14 穴，縱向 29穴）。利用缽盤育秧進行移栽能夠保留秧苗的營養(yǎng)土質(zhì)，且秧苗間相互獨立易機械移栽，并用育秧的塑料缽盤可重復使用。本取秧方式采用兩片取秧爪夾住水稻缽苗的莖桿根部，夾緊莖桿，將缽苗從缽穴中撥出，完成取秧動作，取秧后夾持秧至推秧位置，推秧爪張開，釋放缽苗并推苗入 田 ，完成移栽動作 。 為了實現(xiàn)該水稻缽苗的有序移栽方式，同時考慮機構(gòu)工作效率和平穩(wěn)性。本論文提出了一種旋轉(zhuǎn)式有序移栽機構(gòu) 5，在旋轉(zhuǎn)箱體上 呈 120 布置 三 個移栽臂，提高了工作平穩(wěn)性，旋轉(zhuǎn)一周移栽 三 次，移栽效率高，移栽效率將不低于 200 株 /分鐘 /行，其移栽效率遠遠高于現(xiàn)正在應用的有序移栽機構(gòu)，本論文研究的旋轉(zhuǎn)式有序移栽機構(gòu)是一種高速水稻缽苗移栽機構(gòu)。 1.3.2 實現(xiàn)方案 1）水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計要求 通過了解水稻缽苗移栽的農(nóng)藝要求，提出如圖 1.9 的移栽軌跡，該機構(gòu)的取秧方式為彈簧片夾取式取秧，為了避免取秧時彈簧片與秧苗的 干涉，移栽軌跡在取秧部分為 “ 環(huán)扣狀 ” 。即由兩個彈簧片運行到土缽表面時，彈簧片從缽苗的下方 D 運行到缽苗莖部開始取秧，夾緊秧苗的莖桿根部，在圖中的 E 位置從穴盤中取出帶土缽苗，再沿 FAB 夾持缽苗至圖中的 B 位置，在推秧桿的作用 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 下，彈簧片松開，釋放并推出缽苗，植入水田中，然后彈簧片經(jīng)圖中 C 位置，為重新下次取秧做準備，完成一次移栽周期。 2）機構(gòu)的實現(xiàn)方案 (a) 移栽機構(gòu)簡圖 (b)移栽臂結(jié)構(gòu)簡圖 圖 1.8 水稻缽苗移栽機構(gòu) 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 18 根據(jù)移栽軌跡要求，設計出一種旋轉(zhuǎn)式橢圓不完全非圓齒輪行星輪系水稻缽苗移栽機構(gòu) 21， 在一個旋轉(zhuǎn)箱體上對稱布置了 三 套移栽臂，旋轉(zhuǎn)一周移栽兩次。如圖 1.10(a）所示為旋轉(zhuǎn)式橢圓不完全非圓齒輪行星輪系水稻缽苗移栽機構(gòu)傳動簡圖（圖示為機構(gòu)的初始安裝位置），該機構(gòu)由驅(qū)動部分和移栽臂兩部分組成，驅(qū)動部分是一個非勻速間歇傳動行星輪系機構(gòu) ，由 4 個橢圓齒輪、1 個不完全非圓齒輪、 2 個凹鎖止弧、 1 個凸鎖止弧組成 ，行星架順時針轉(zhuǎn)動作為輸入運動構(gòu)件，行星輪為輸出運動構(gòu)件；移栽臂與行星軸固接，通過凸輪帶動撥叉擺動實現(xiàn)推秧桿往復移動，再帶動兩彈簧片 閉合、張開 實現(xiàn)取秧 、 推秧，移栽臂的設計方案如圖 1.10(b） 所示， 其 中撥叉與凸輪的作用是彈簧片實現(xiàn)移栽過程的關鍵。 1.4 本文的工作安排 1）根據(jù)水稻移栽的農(nóng)藝特點與軌跡要求， 提 出 了 一種新型水稻缽苗移栽機構(gòu)，使 水稻移栽 達到高效率、低振動的工作要求。本文采用的是橢圓齒輪不完全非圓齒輪行星輪系作為傳動部件，設計出一種新的水稻缽苗移栽機構(gòu) 橢圓齒輪不完全非圓齒輪行星輪系水稻缽苗移栽機構(gòu)。 2） 對該水稻移栽機構(gòu)的運動學特性進行分析，包括橢圓齒輪 -不完全非圓齒輪的傳動特性分析、橢圓 -橢圓齒輪的傳動特性分析、中間橢圓齒輪與行星橢圓齒輪的相對角位移、角速度分析、移栽臂秧針尖點的 相對位移、速度和加速度分析。 3）根據(jù)己建立的移栽機構(gòu)運動學模型，開發(fā)水稻缽苗移栽機構(gòu)的輔助分析與優(yōu)化軟件，進行軟件各模塊的功能介紹。 4）利用優(yōu)化軟件進行移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，分析該結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作軌跡的影響，找到一組能滿足移栽軌跡要求的較優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 5）以優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為初始參數(shù)，對 移栽 機構(gòu)進行整體設計。利用VB6.0 導出齒輪的點，在 CAD2008、 CAXA2011 中繪出二維圖，導入到 UG7.0中進行建模生成三維圖 ，再進行整體的裝配。為了減小機構(gòu)的沖擊振動，對機構(gòu)添加了緩沖裝置，并與未加緩沖裝置的 軌跡進行比較。對該移栽機構(gòu)設計出3 套消除齒隙裝置，提高 了 機構(gòu)取苗的成功率。 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 1.5 本章小結(jié) 1）闡述了水稻缽苗移栽機構(gòu)的研究目的與意義； 2）介紹了水稻缽苗移栽機構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展概況； 3）確定了橢圓不完全非圓齒輪行星輪系的水稻缽苗移栽方案； 4）介紹了本文的工作安排。 旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機構(gòu)的設計 20 圖 2.1 橢圓不完全非圓齒輪行星輪系水稻缽苗移栽機構(gòu)傳動簡圖 第二章 旋轉(zhuǎn)式 水稻缽苗移栽機構(gòu)的運動學分析 2.1 旋轉(zhuǎn)式 水稻缽苗移栽機構(gòu)的工作原理 橢圓不完全非圓齒輪行星輪系水稻缽苗移栽機構(gòu) 由兩部分組成 驅(qū)動部分和移栽臂，如圖 2.1 所示為移栽機構(gòu)的傳動簡圖 。驅(qū)動部分是一個非勻速間歇傳動行星輪系機 構(gòu) ， 該機構(gòu) 由 4 個全等的橢圓齒輪（ 1、 2、 4、 5）、 1 個不完全非圓齒輪（ 3）、 1 個凸鎖住?。?8）和 2 個凹鎖住?。?7