水稻插秧机核心工作部件的动力学分析与改进研究

论文摘要

水稻插秧是我国农业精耕细作的优良传统,传统的“弯腰曲背手插秧”工作条件差、劳动强度大、作业效率低,用机械插秧来代替人工插秧实现水稻插秧机械化,是实现水稻生产机械化的重要组成部分。水稻插秧机的主要核心工作部件包括分插机构、移箱机构等,这些核心工作部件性能的优劣直接决定插秧机整体性能。而现在国内外的研究很少涉及插秧机核心工作部件的减磨损和减冲击的研究,本文以分插机构推秧装置和移箱机构作为主要研究对象,通过机构的动力学分析和改进研究,达到减小磨损和冲击的研究目的。首次提出用尼龙材料加工推秧装置的凸轮、拨叉和移箱机构的双螺旋轴,显著减小关键零件的生产成本和自身质量。本论文主要研究内容如下:1)在充分了解国内外研究现状的基础上,提出水稻插秧机核心工作部件减磨损和减冲击的研究目的。2)首先详细阐述水稻插秧机核心工作部件分插机构推秧装置和移箱机构的工作原理和结构设计。3)建立分插机构推秧装置和移箱机构的运动学和动力学模型。4)根据建立的数学模型,确定推秧装置和移箱机构的优化参数和优化目标,基于VB6.0软件开发用于机构分析和优化的软件。通过优化确定最优参数和曲线,达到机构的减磨损和减冲击的研究要求。5)在优化结果的基础上,利用UG三维建模软件建立分插机构推秧装置和移箱机构的三维模型,并且在ADAMS仿真软件中对推秧装置和移箱机构进行虚拟样机试验,验证数学模型建立的正确性,同时观察机构减磨损和减冲击研究的效果。6)利用有限元软件软件对高速插秧机移箱机构双螺旋轴进行模态分析,材料包括45钢和尼龙;对分插机构推秧装置进行柔性动力学仿真分析与强度分析,同时验证尼龙材料拨叉的工作性能。7)针对前面的理论研究,利用实验验证理论研究的正确性。利用尼龙材料替代传统钢材加工移箱机构双螺旋轴、推秧装置凸轮和拨叉,通过耐磨损试验验证尼龙材料的适应性,最终发现耐磨尼龙66满足工作要求;利用振动试验证实当凸轮和拨叉的材料为尼龙时,分插机构的支座垂直振动力要小得多;通过扭矩试验发现推秧装置凸轮改进后其阻力矩减小一半。试验结果表明机构的减磨损和减冲击的研究获得了很好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 水稻插秧机核心工作部件的研究现状
• 1.1.1 分插机构的研究现状
• 1.1.2 移箱机构的研究现状
• 1.2 水稻插秧机核心工作部件减磨损和减冲击的研究现状
• 1.3 尼龙材料在水稻插秧机上的应用现状
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 插秧机核心工作部件的工作原理及结构设计
• 2.1 分插机构推秧装置的工作原理
• 2.1.1 步行插秧机分插机构推秧装置
• 2.1.2 乘坐式插秧机分插机构推秧装置
• 2.2 移箱机构的工作原理
• 2.3 分插机构和移箱机构的联系
• 2.4 小结
• 第三章 推秧装置和移箱机构的运动学和动力学建模
• 3.1 推秧装置数学模型的建立
• 3.2 高速插秧机移箱机构数学模型的建立
• 3.3 本章小结
• 第四章 推秧装置和移箱机构的优化与改进
• 4.1 优化软件概述
• 4.1.1 软件开发的背景及意义
• 4.1.2 软件的应用环境
• 4.2 推秧装置优化程序
• 4.2.1 推秧装置优化参数的确定
• 4.2.2 步行插秧机推秧装置的优化
• 4.2.3 步行插秧机推秧装置的改进
• 4.2.4 高速插秧机推秧装置的优化
• 4.2.5 高速插秧机推秧装置的改进
• 4.3 高速插秧机移箱机构优化与改进
• 4.3.1 移箱机构优化参数的确定与计算
• 4.3.2 移箱机构的优化程序
• 4.3.3 移箱机构的优化结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 三维模型的建立和虚拟样机试验
• 5.1 推秧装置的三维建模
• 5.1.1 推秧装置关键零件的三维建模
• 5.1.2 推秧装置的虚拟装配
• 5.1.3 装配干涉检查
• 5.1.4 拨叉改进设计
• 5.2 高速插秧机移箱机构的三维建模
• 5.2.1 双螺旋轴的三维建模
• 5.2.2 移箱机构其它关键部件的三维建模
• 5.2.3 移箱机构的虚拟装配
• 5.3 推秧装置的虚拟样机试验
• 5.3.1 推秧装置模型导入
• 5.3.2 施加约束、驱动、载荷及验证自由度
• 5.3.3 推秧装置仿真结果
• 5.4 高速插秧机移箱机构的虚拟样机试验
• 5.4.1 对移箱机构施加约束、驱动和载荷
• 5.4.2 移箱机构的运动学仿真结果
• 5.4.3 移箱机构的动力学仿真结果
• 5.5 分插机构和移箱机构整体三维建模和虚拟样机试验
• 5.5.1 分插机构和移箱机构的三维建模
• 5.5.2 分插机构和移箱机构的虚拟样机试验
• 5.6 本章小结
• 第六章 移箱机构和推秧装置的有限元分析
• 6.1 高速插秧机移箱机构的模态分析
• 6.1.1 有限元法模态分析基本理论
• 6.1.2 双螺旋轴的模态分析
• 6.2 步行插秧机推秧装置柔性动力学仿真分析与强度分析
• 6.2.1 柔性体构件的建立
• 6.2.2 ANSYS 生成拨叉模态中性文件
• 6.2.3 ADAMS 生成载荷文件
• 6.2.4 拨叉的强度分析
• 6.3 高速插秧机推秧装置柔性动力学仿真分析与强度分析
• 6.3.1 推秧装置柔性动力学仿真分析
• 6.3.2 高速插秧机推秧装置拨叉的强度分析和结构改进
• 6.4 本章小结
• 第七章 尼龙材料的应用研究和比较试验
• 7.1 尼龙材料的应用
• 7.2 耐磨性试验
• 7.2.1 试验设备
• 7.2.2 试验方法
• 7.2.3 试验结果及结论
• 7.3 振动试验
• 7.3.1 试验设备
• 7.3.2 试验方法
• 7.3.3 试验结果及结论
• 7.4 扭矩试验
• 7.4.1 试验设备
• 7.4.2 试验方法
• 7.4.3 试验结果及结论
• 7.5 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间获得的研究成果