Design and experimental research on the sweet potato seedling transplanting mechanism of the planetary gear train with deformed elliptical gear transmission

Aiming at the lack of suitable machines for sweet potato seedling transplanting in China,and according to the agronomic requirements for the horizontal insertion method of sweet potato seedling,a new sweet potato seedling transplanting mechanism of planetary gear train was proposed based on the non-uniform transmission of deformed elliptical gear.The working principle of the transplanting mechanism was analyzed,and the kinematics modeling and analysis of the mechanism were carried out.The study established the numerical objectives of the transplanting mechanism and applied the theory of membership function to establish a mathematical model for the parameter-guided optimization design of the transplanting mechanism.The parameter-guided optimization design software was developed to obtain a set of optimal mechanism parameters that satisfied the motion trajectory of sweet potato transplanting and the posture of the transplanting arm.Based on the optimized parameters,the structure of the transplanting mechanism was designed,and a virtual prototype of the mechanism was created,whereby a virtual motion simulation of the transplanting mechanism was conducted to verify the correctness of the kinematics model and design of the mechanism.The high-speed photographic kinematics test of the mechanism prototype and sweet potato seedling transplanting tests were conducted to test the mechanism’s kinematic characteristics and transplanting performance.The test results show that the test trajectory of the mechanism and test posture of the transplanting arm are almost consistent with the theoretical and simulation trajectory,meeting the agronomic requirements of the horizontal insertion method of sweet potato seedling;And when the rotary speed of the mechanism are 20 r/min and 30 r/min,the average success ratios of sweet potato seedlings transplanting are 90%and 82%,respectively,which prove the application feasibility of the mechanism in the practical machines.

轻量化三七移栽机车架有限元分析及拓扑优化设计

三七是我国种植规模最大,开发利用较多的大宗药材之一,而云南省作为我国三七主要的产区,由于地形和农艺要求的影响,传统农业机具难以进入移栽区域进行作业,导致目前三七移栽仍采用传统人工作业方式,为此,研制一款三七移栽机对于促进三七产业化发展尤为重要。车架作为移栽机车身重要的承载结构,对整车性能的优劣有着至关重要的影响。为此,针对移栽机车架进行结构分析,旨在提升车架结构及整车的性能,为车架结构设计提供理论依据。利用SolidWorks软件建立车架三维模型,并导入ANSYS软件中进行静态有限元分析,通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值的相对误差范围后,对不同工况下车架动载性能进行分析以及前8阶模态振动变形分析,基于分析结果可知车架具有良好强度性能,但座椅位置存在较大变形,结构的刚度不足的问题。采用拓扑优化对车架进行优化设计,在保证车架应力分布合理的情况下减少车架变形情况通过改变斜撑支架结构布置实现减小变形的目的。根据优化设计结果,使车架总质量增加8.739%,变形量减小88.268%,最大应力减小11.693%。改进后的车架最大应力有所降低,并且车架变形有何明显改善,研究表明通过有限元法以及拓扑优化技术对于指导移栽机车架的结构设计具有较好的适用性。

手提式多种水果套袋机

为解决人工套袋质量参差不齐、套袋过程繁琐、效率低以及现有水果套袋装置局限性较大、仅能使用单一规格的果袋对特定水果进行套袋等问题,设计了一款能适用于多种水果套袋的手提式多种水果套袋机。本文针对上述问题,对水果套袋装置进行了模块化设计、结构设计、SOLIDWORKS三维建模以及ADAMS运动学仿真分析,完成了手提式多种水果套袋机的设计,不仅能够对多种水果进行套袋,还能够对不同尺寸规格的果袋进行套袋。

整排夹茎式穴盘苗取投苗系统设计与试验

针对现有穴盘苗取投苗系统结构复杂、对根系损伤大的问题,综合夹茎式和整排取苗的特点,设计一种整排夹茎式取投苗系统。该系统通过移盘机构实现穴盘苗的进给,采用往复机构和夹苗机构实现取苗、投苗作业,使用柔性链输苗机构实现分苗和送苗作业。对取苗过程进行静力学分析,同时对投苗过程进行运动学分析,确定取投苗机构结构参数。以取苗成功率、投苗成功率和茎叶损伤率为试验指标进行取投苗试验。试验表明:在番茄钵苗苗龄为45 d、基质含水率为63.47%、取投苗频率为90株/min时,平均取苗成功率为96.1%,平均投苗成功率为94.3%,平均伤苗率为3.9%。研究结果可为全自动化取投苗装置研究提供参考。

胫骨内置截骨机的设计及运动学分析

开发应用以髌骨关节面定位、在扩髓腔进行椭圆环齿截骨的胫骨内置截骨机,可有效减少截骨手术失误及切口感染,使骨折线光滑规则并简化骨外固定器结构,但胫骨髓腔狭小的服役条件导致机械式胫骨内置截骨机的机构设计与机构组合难度很大。在功能分析阶段提炼出设计难点问题,为避免创新设计的盲目性,基于发明问题的解决理论TRIZ构建了圆形环齿进给机构、进退刀机构、出收刀机构设计的矛盾冲突矩阵,在一般解中寻求出周期性作用、动态化、多用性等特定解并相应制定了具体解决方案,有效化解了矛盾冲突、提升了设计质量和效率。为考查实现椭圆进行环切的可行性,建立了立铣刀的运动方程,利用ADAMS进行了轨迹仿真,在MATLAB中进行了仿真结果分析和评价,结果表明各组合机构的运动合成可行、立铣刀轨迹误差可控。

移栽机的吊杯运动分析与设计准则

分析了吊杯式移栽机吊杯的运动轨迹 ,证实了特征系数λ>1是吊杯式栽植器设计的基本依据和正常工作的必要条件 ,得到了拖拉机前进速度、吊杯数量、吊杯转速及栽植株距之间的相互关系 。

悬杯式蔬菜移栽机的运动分析与性能试验

为了更好地保证钵苗的移栽效果,该文阐述了悬杯式蔬菜移栽机的工作过程,并对其进行了运动分析,确定了钵苗在落苗过程中的速度方程。根据理论结果合理设计地轮、栽植轮、栽苗器等关键部件的结构,并加工出样机,在实验室土槽中以茄子苗为例对样机的主要性能指标进行了试验测试。试验结果表明,该移栽机机栽植质量可靠,株距合格率93.02%、直立度合格率97.79%、栽植深度变异系数0.78%、伤苗率2.19%,能满足实际生产的需要。该理论模型为悬杯式移栽机的后续设计研究提供了参考依据。

挠盘式栽植器的运动分析与设计准则

根据挠盘式栽植器的工作原理,分析了挠盘式栽植器挠盘的运动轨迹,提出了挠盘夹持点运动特征参数iλ≥1是挠盘式栽植器设计的基本依据和正常工作的必要条件;探讨了苗体在输送带和挠盘之间的传递条件,得出了夹持角β<90°是合适的投苗区间;推算出了拖拉机前进速度、输送带秧槽间距、输送带速度和栽植株距之间的关系表达式。

前插式直齿双控制分插机构设计与运动分析

阐述了水稻高速插秧机前插式直齿双控制分插机构设计方法和工作原理,建立了机构的运动学分析模型,使用ADAMS软件对该机构的运动进行了优化和仿真,获得了分插机构的运动轨迹和运动特性曲线。结果表明该机构能够实现插秧时秧爪所需的主要运动学目标。

人-机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计与分析

对人-机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计进行研究,根据下肢的生物骨骼模型和下假肢膝关节设计技术,建立与人体下肢运动功能接近的刚体骨骼模型。分析人-机关节运动属性差异和人-机连接位姿偏差对人-机运动相容性的影响,基于人-机闭链的自由度分析和在人-机连接环节中增置连接关节,提出一种人-机运动相容的下肢外骨骼机构构型,并对无连接位姿偏差和有联接位姿偏差的骨骼-机构联体模型进行了ADAMS运动仿真分析。结果表明,在人-机连接环节中增置连接关节后,可以避免因人-机关节运动属性差异和人-机连接位姿偏差导致的人-机运动干涉现象,实现外骨骼机构运动与人体下肢运动的完全相容。

挠性夹盘式移栽机移栽过程中钵苗运动分析

挠性夹盘式移栽机工作过程中,钵苗在绕夹盘轴心转动的同时,随牵引动力沿水平方向匀速运动,由此可知,钵苗的运动是沿水平方向运动和圆周运动的合成。为此,分析了挠性夹盘式移栽机钵苗运动轨迹及其翻转运动规律;求证了翻转运动方程;探讨了合理的钵苗投苗区间,证实了特征系数λ>1是挠性夹盘式栽植器设计及保证移栽质量的基本依据和正常工作的必要条件。其目的是为挠性夹盘式移栽机移栽部件(夹盘角度)的设计及钵苗运动分析提供理论依据。

窄行距插秧机分插机构运动学分析及优化设计

针对杂交水稻制种母本秧苗移栽行距和作业性能要求,综合曲柄摇杆式分插机构优点,设计了一种插秧行距为177 mm的曲柄摇杆式分插机构。分析了分插机构的运动性能,建立了其运动轨迹的参数方程,并以秧针实际运动轨迹与预定运动轨迹偏差最小为目标,建立以机构工作特性和农艺要求为约束的优化模型,求得机构最优工作参数,再利用ADAMS软件对优化后的分插机构进行仿真验证。结果表明,优化后的分插机构完全满足杂交水稻母本插秧要求。

移栽机自动升降底盘设计与试验研究

针对旱地移栽机插深一致的需要,设计了一种基于双四杆机构的移栽机自动升降仿形底盘,包括底盘机架、导向轮、驱动轮、仿形机构、升降机构和液压控制回路等。对双四杆底盘升降机构进行理论分析,建立了底盘升降高度与液压缸伸缩量之间的数学模型。用Solid Works建立了该移栽机升降底盘的虚拟样机模型,并将虚拟样机模型导入ADAMS中,基于ADAMS/Hydraulics建立了移栽机自动升降底盘的机液联合仿真模型,进行机液联合仿真分析,得到了底盘高度、液压缸受力等相关参数变化。仿真结果验证了理论分析了的正确性,表明所设计的底盘升降机构和液压回路能够满足工作需求。以自制的2ZXW-2型穴盘苗自动移栽机为试验对象,以底盘和垄面间距稳定性及钵苗栽植深度均匀性作为评价指标,对样机仿形作业性能进行试验研究。试验结果表明:作业中底盘和垄面的间距能够基本保持稳定,钵苗栽植深度合格率为98%,栽植深度变异系数0.036,自动升降仿形底盘满足设计要求,很好地保证了钵苗栽植深度的均匀性。

半自动拧取式菠萝采摘收集机的设计与分析

为解决菠萝采摘作业中劳动力需求量大、人手易受伤以及成本高等问题,设计了一种半自动拧取式菠萝采摘收集机。首先,基于系统设计原理,综合利用凸轮、连杆、链轮链条等机构,完成了半自动拧取式菠萝采摘收集机的结构设计。然后,运用SolidWorks软件对半自动拧取式菠萝采摘收集机进行三维建模,对其剪式升降机构、爪臂平移机构、采摘机械爪和收集系统进行了参数设计与校核;运用SolidWorks软件中的Motion模块、Simulation模块以及MATLAB软件,对剪式升降机构、凸轮主轴和收集槽进行了运动学分析和静力学分析。最后,通过采摘收集试验来验证半自动拧取式菠萝采摘收集机的可行性。结果表明,该半自动拧取式菠萝采摘收集机的平均采摘收集效率可达17.99 s/株,不同采摘规模下采摘收集效率方差最大为0.070(s/株)2,说明该采摘收集机具有良好的工作稳定性。半自动拧取式菠萝采摘收集机操作简单,携带轻便,能有效满足小规模种植户的灵活采摘需求,具有较广阔的应用前景。

高速电脑绣花机结构优化设计

针对国产链目毛巾绣电脑绣花机主轴电动机转速超过1 000 r/min时容易出现振动噪声过大、断线率增加,甚至机械结构卡死等现象,对现有国产机器的机械结构进行分析,对其针杆的运动学特性进行研究,分析导致故障产生的原因。根据这些原因对绣花机的机械结构进行优化设计,并通过优化凸轮机构轮廓曲线提高了针杆机构运动的柔顺性。在ADAMS环境中对机构优化前后的动力学特性进行仿真,仿真结果表明,优化后针杆机构最大受力减小约50%。最后对绣花机高速刺绣时的振动性能进行测试,实验结果表明,优化后绣花机振动幅度远小于允许范围,机器性能得到了明显改善。

基于CATIA的平面盘形凸轮从动件运动规律反求研究

研究了从CATIA数字模型中获取平面盘形凸轮轮廓曲线上离散点坐标的方法,并以这些离散点坐标为依据,提出了反求机构从动件的运动规律的方法。利用CATIA提供的VBA功能,结合其自带的V5AutomationAPI函数开发了反求从动件运动规律的算法及程序,并对反求所得结果与理论结果进行了误差分析。研究表明该方法是有效的和适用的。

高速剪切机浮动送料机构的运动学分析

提出了满足送料机构平动要求的平行四边形浮动送料机构,对浮动送料机构进行了结构设计,利用矩阵理论对其进行了运动学分析,建立了从动件的位置参数矩阵,从而利用现有的标准计算机程序进行求解,对机构进行了优化设计。

移栽机主梁的有限元分析与优化设计——基于Ansys Workbench

目前,针对移栽机的研究设计多为理论设计,其缺点是整机质量偏重,对拖拉机牵引力要求高,同时机具购置费和燃油费等均较高,这些阻碍了移栽机在农村的推广应用,必须合理优化其结构尺寸以达到减少整机质量的目的。为此,以移栽机主梁为例论述了基于有限元软件Ansys Workbench的优化步骤和方法,建立了吊杯式移栽机主梁的有限元模型,确定了移栽机在被拖拉机牵引托起的情况下主梁所受载荷和约束等边界条件。根据国家标准和理论计算,初步确定主梁选用材料为Q235、宽度B=100mm、厚度t=5mm的方钢,并应用Ansys Workbench软件的Static Structure模块对其进行了结构静力学分析计算,得出了此条件下主梁的等效应变和等效应力分布云图。然后,在Ansys Workbench下,应用多目标优化设计的方法对主梁的结构尺寸进行优化,确定了优化后主梁的结构尺寸,达到减少整机的质量和降低拖拉机牵引力的目的;同时,应用有限元优化设计的方法不仅降低了移栽机的生产和使用成本,也满足了节能生产的要求,更利于移栽机的推广使用。

一种金相研磨机的结构设计及运动学分析

为了解决金相试件手工研磨效率不高、机器研磨辅助环节多的问题,设计出一种无需镶嵌的多功能自动金相研磨机。针对常用金相试件尺寸规格及待研磨表面特征,确定了研磨技术要求,详细设计了运动方案及预紧调节部件、夹持头等关键零/部件;然后基于Adams软件构建出运动学仿真模型,分析了3种不同驱动电机转速下研磨机夹持头行程、速度以及加速度的变化规律,并进行了运动参数优化;最后对研磨效果进行了应用验证。结果表明,随着研磨机驱动电机转速增加,试样研磨效率随之提高,但过高的转速会产生系统冲击振荡;对研磨机驱动电机运动参数优化后,研磨机夹持头峰值加速度降低到1.1 m/s^(2),系统运行平稳性较好;验证试件研磨端面的表面粗糙度Ra最大约为0.44μm,仅为MPD-1A型商用研磨机的59.4%,经腐蚀后试样金相组织特征清晰可见,观测效果优良。

2YB-1型智能烟苗移栽机机械手运动分析与仿真

对基于人机协作思想设计的智能型烟苗移栽机械手进行运动学分析,通过建立数学模型,进行正运动学和逆运动学求解,并对运动学正解和反解进行验证;利用雅克比矩阵,建立机械手各关节速度与取苗器速度的瞬间对应关系;以烟苗机械手的设计结构为出发点,建立烟苗机械手的样机模型,并在ADAMS下进行运动学仿真。仿真结果表明,烟苗机械手的运动学方程解是完全正确的。