插秧机種植机制的设计和仿真分析
插秧机种植机制的设计和仿真分析
(中国镇江III.II0I.III江苏大学江苏省教育部现代农业设备和技术重点实验室
liufaI.0II0@I.IIVI.com)
摘要:I.种新型的插秧机种植机制被设计出来了,它是由行星齿轮,行星架,连杆,槽凸轮和种植手臂组成,通过建立运动学模型,分析并确定了影响植物手臂轨迹的主要参数.在Pro/E中创建III维模型并将其导入到运动学仿真软件ADAMS,分析槽凸轮的偏移角,连杆长度对种植手臂的运动轨迹的影响.通过改变槽凸轮的水平偏移角度,偏移角度范围从0°到II0°,连杆的长度总和从I.III0毫米至I.V0mm,以及连接杆的长度减少I.Vmm至IIVmm来分析种植手臂的轨迹,从而获得结构参数对种植臂轨迹的影响规律.该分析的结果的理论意义旨在综合维度和优化设计.
关键字:插秧机,种植机制,ADAMS,槽凸轮,植物手臂的运动轨迹.
I.引言
育苗和移植能提高农作物单位面积产量,使幼苗发育提前,能承受大风,雨害,低温和其他自然灾害.此外,还节省了种子.在很多地方,种子通常生长在农民搭建的塑料薄膜下,因为它能很有效的提高土壤温度,保持水分,抑制杂草生长.
对于移栽薄膜,机舱式和点播式分插机构就是良好的机制,但是直接用他们投递秧苗的话则并不方便也不安全,而且当机器进行操作和幼苗移植在较大的区域时,他们的工作效率很低,很容易漏掉秧苗.现在,I.个简单而可靠型的分插机构被设计出来了,这种机器很容易而且方便进行操作和调整,而且机器的效率高.另外,在本文中种植臂的轨迹和结构参数之间的关系是由机械仿真软件ADAMS进行分析.
II种植机构的运动学分析
II.I.分插机构的结构和工作原理
I.个插秧机的种植机制,如图I. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
所示,由图示行星齿轮,行星架,连杆,槽凸轮和种植手臂组成.中心齿轮的轮齿数是行星齿轮齿数的两倍,槽凸轮由两部分组成,这两部分之间存在过度角.固定在连接杆II上的种植臂与连接杆III.起移动.
I..中心齿轮II.行星齿轮架III.行星齿轮I.IV.行星齿轮II
V.连杆I.VI.连杆IIVII.滚子VIII.槽凸轮IX.种植手臂
图I.分插机构的结构图
II.II插秧机的插秧机构的运动学方程
种植机构的初始位置如图I.所示,由笛卡尔直角坐标系命名建立xOI.y坐标系,如图I.所示.行星齿轮的中心OII的坐标方程是:
连杆的端点A的坐标方程为:
种植臂的端点B的坐标方程为:
种植臂的端点D的坐标方程为:
行星齿轮的中心OII的速度方程是:
连杆I.的端点A的速度方程是:
种植臂的端点B的速度方程为:
种植臂的端点D的速度方程为:
α0-行星架和水平线之间的初始角
β0-连杆I.和水平线之间的初始角
γ-连杆II和水平线之间的角度
θ-∠CBD
lI.-行星架的长度
lII升-连杆I.的长度
lIII升-连杆III的长度
ω-行星架的角速度
III种植机构的虚拟样机模型
在Pro/E中建立并装配种植机构的III维模型,然后将其上传至机械仿真软件ADAMS中.而种植机构的虚拟样机模型则在机械仿真软件ADAMS中建立,如图II.
图II种植机构的虚拟样机模型
IV运动学仿真
IV.I.不同结构参数下的种植机制的模拟
种植臂的轨迹形状是影响插秧机功能的主要因素.槽凸轮的水平偏移角,连接杆的总长度以及连接杆长度的减少是影响种植臂轨迹的主要因素,可通过插秧机的种植机构运动学方程来分析.因此,我们用槽凸轮的水平偏移角,连杆长度的总和与连接杆长度减少不同结构参数建立种植机制的虚拟样机模型.图III,图IV和图V所示种植臂的轨迹是由不同的虚拟样机模型仿真得到,其结构参数值如表I.所示.
表I.结构参数
A(槽凸轮的水平偏移角)B(连杆总长度)C(连杆减少的长度)
I.0°0mmI.II0mm
IIV°I.0mmI.III0mm
IIII.0°II0mmI.IV0mm
IVI.V°III0mmI.V0mm
VII0°IV0mmI.VI0mm
图III.图IV和图V是不同的结构参数下的种植臂的轨迹.
图III以不同槽凸轮水平偏移角度的种植臂的轨迹
图IV以不同减连杆长度的种植手臂的轨迹
图V不同的连接杆长度总和下的种植手臂的轨迹
IV.II在不同结构参数下的种植机制的仿真结果分析
种植臂的轨迹的形状是由种植臂的轨迹宽度,高度和偏转角确定的.因此,我们在本文中选择的种植臂轨迹的宽度.高度和偏转角均按评价标准确定.种植臂的轨迹是通过种植机构的虚拟样机模型在不同的结构参数下模拟得到.如表II所示.
a_种植臂的轨迹的宽度,影响种植距离.
b_种植臂的轨迹的高度,影响种植深度.
c_种植臂的轨迹的偏转角,它是水平方向和连接轨迹上最低点和最高点的线的夹角.影响抓苗的稳定性.
表II仿真结果分析
结构参数结果图指标值
宽度(a)长度(b *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
)偏角(δ)
AI.BIIICIII图IIIIXIIIIIVIIVI0°
AIIBIIICIIIIXVIIIIVIIII.0.VI°
AIIIBIIICIIIIXVIIIIIXIIIII°
AIVBIIICIIIIXVIIIII.VIV.IV°
AVBIIICIIIIXVIIIIIIIIIVVII.IX°
AI.BI.CIII图IVIIVIIII.VIV.V°
AI.BIICIIIIVIXIII00I..IX°
AI.BIIICIIIIXVIIIIIXIIIII°
AI.BIVCIIII.IIIVIIIIIIIIVIIX°
AI.BVCIIII.VIIIIIIIIIIIIVII.II°
AI.BIIICI.图VIXIVIIVVIIV.V°
AI.BIIICIIIXIIIIIVIIIVIV.VIII°
AI.BIIICIIIIXVIIIIIXIIIII°
AI.BIIICIVIXIIIIIIIII0IV.IV°
AI.BIIICVIXIVIIIVI0V.VI°
如表II所示,图III显示I.组有关IXVII毫米的宽度的曲线,高度范围从IIVIIVI毫米到IIIIIIV毫米,偏角范围从0°到VII.IX°.图IV显示了I.组宽度范围从IIVmm到I.VIIIIII毫米的曲线,高度范围从IIIXII毫米到IIIIIIVI毫米,偏角角度从I..IX°至I.VI°.图显示I.组有关IXIV毫米,高度范围从IIVVI毫米到IIIVI0毫米的宽度,偏角为III°?V.VI°的曲线.
V结论
(I.)种植臂的轨迹的宽度取决于连杆长度的减少.随着连杆长度增长的减少,种植臂的轨迹的宽度变得越来越宽.
(II)种植臂的轨迹的高度取决于连接杆的长度的总和,连杆长度的减少和槽凸轮的水平偏移角度.随着连杆长度的总和以及连杆长度减少.槽凸轮的水平偏移角度的增加,种植手臂的轨迹的高度越来越大.
种植臂的轨迹的偏转角度取决于槽凸轮的水平偏移角和连杆长度的减少.随着槽凸轮的水平偏移角度与连接杆长度增长的减少,种植臂的轨迹宽度的偏转角变得越来越宽.
(中国镇江III.II0I.III江苏大学江苏省教育部现代农业设备和技术重点实验室
liufaI.0II0@I.IIVI.com
摘要:I.种新型的插秧机种植机制被设计出来了,它是由行星齿轮,行星架,连杆,槽凸轮和种植手臂组成,通过建立运动学模型,分析并确定了影响植物手臂轨迹的主要参数.在Pro/E中创建III维模型并将其导入到运动学仿真软件ADAMS,分析槽凸轮的偏移角,连杆长度对种植手臂的运动轨迹的影响.通过改变槽凸轮的水平偏移角度,偏移角度范围从0°到II0°,连杆的长度总和从I.III0毫米至I.V0mm,以及连接杆的长度减少I.Vmm至IIVmm来分析种植手臂的轨迹,从而获得结构参数对种植臂轨迹的影响规律.该分析的结果的理论意义旨在综合维度和优化设计.
关键字:插秧机,种植机制,ADAMS,槽凸轮,植物手臂的运动轨迹.
I.引言
育苗和移植能提高农作物单位面积产量,使幼苗发育提前,能承受大风,雨害,低温和其他自然灾害.此外,还节省了种子.在很多地方,种子通常生长在农民搭建的塑料薄膜下,因为它能很有效的提高土壤温度,保持水分,抑制杂草生长.
对于移栽薄膜,机舱式和点播式分插机构就是良好的机制,但是直接用他们投递秧苗的话则并不方便也不安全,而且当机器进行操作和幼苗移植在较大的区域时,他们的工作效率很低,很容易漏掉秧苗.现在,I.个简单而可靠型的分插机构被设计出来了,这种机器很容易而且方便进行操作和调整,而且机器的效率高.另外,在本文中种植臂的轨迹和结构参数之间的关系是由机械仿真软件ADAMS进行分析.
II种植机构的运动学分析
II.I.分插机构的结构和工作原理
I.个插秧机的种植机制,如图I. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
所示,由图示行星齿轮,行星架,连杆,槽凸轮和种植手臂组成.中心齿轮的轮齿数是行星齿轮齿数的两倍,槽凸轮由两部分组成,这两部分之间存在过度角.固定在连接杆II上的种植臂与连接杆III.起移动.
I..中心齿轮II.行星齿轮架III.行星齿轮I.IV.行星齿轮II
V.连杆I.VI.连杆IIVII.滚子VIII.槽凸轮IX.种植手臂
图I.分插机构的结构图
II.II插秧机的插秧机构的运动学方程
种植机构的初始位置如图I.所示,由笛卡尔直角坐标系命名建立xOI.y坐标系,如图I.所示.行星齿轮的中心OII的坐标方程是:
连杆的端点A的坐标方程为:
种植臂的端点B的坐标方程为:
种植臂的端点D的坐标方程为:
行星齿轮的中心OII的速度方程是:
连杆I.的端点A的速度方程是:
种植臂的端点B的速度方程为:
种植臂的端点D的速度方程为:
α0-行星架和水平线之间的初始角
β0-连杆I.和水平线之间的初始角
γ-连杆II和水平线之间的角度
θ-∠CBD
lI.-行星架的长度
lII升-连杆I.的长度
lIII升-连杆III的长度
ω-行星架的角速度
III种植机构的虚拟样机模型
在Pro/E中建立并装配种植机构的III维模型,然后将其上传至机械仿真软件ADAMS中.而种植机构的虚拟样机模型则在机械仿真软件ADAMS中建立,如图II.
图II种植机构的虚拟样机模型
IV运动学仿真
IV.I.不同结构参数下的种植机制的模拟
种植臂的轨迹形状是影响插秧机功能的主要因素.槽凸轮的水平偏移角,连接杆的总长度以及连接杆长度的减少是影响种植臂轨迹的主要因素,可通过插秧机的种植机构运动学方程来分析.因此,我们用槽凸轮的水平偏移角,连杆长度的总和与连接杆长度减少不同结构参数建立种植机制的虚拟样机模型.图III,图IV和图V所示种植臂的轨迹是由不同的虚拟样机模型仿真得到,其结构参数值如表I.所示.
表I.结构参数
A(槽凸轮的水平偏移角)B(连杆总长度)C(连杆减少的长度)
I.0°0mmI.II0mm
IIV°I.0mmI.III0mm
IIII.0°II0mmI.IV0mm
IVI.V°III0mmI.V0mm
VII0°IV0mmI.VI0mm
图III.图IV和图V是不同的结构参数下的种植臂的轨迹.
图III以不同槽凸轮水平偏移角度的种植臂的轨迹
图IV以不同减连杆长度的种植手臂的轨迹
图V不同的连接杆长度总和下的种植手臂的轨迹
IV.II在不同结构参数下的种植机制的仿真结果分析
种植臂的轨迹的形状是由种植臂的轨迹宽度,高度和偏转角确定的.因此,我们在本文中选择的种植臂轨迹的宽度.高度和偏转角均按评价标准确定.种植臂的轨迹是通过种植机构的虚拟样机模型在不同的结构参数下模拟得到.如表II所示.
a_种植臂的轨迹的宽度,影响种植距离.
b_种植臂的轨迹的高度,影响种植深度.
c_种植臂的轨迹的偏转角,它是水平方向和连接轨迹上最低点和最高点的线的夹角.影响抓苗的稳定性.
表II仿真结果分析
结构参数结果图指标值
宽度(a)长度(b *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
)偏角(δ)
AI.BIIICIII图IIIIXIIIIIVIIVI0°
AIIBIIICIIIIXVIIIIVIIII.0.VI°
AIIIBIIICIIIIXVIIIIIXIIIII°
AIVBIIICIIIIXVIIIII.VIV.IV°
AVBIIICIIIIXVIIIIIIIIIVVII.IX°
AI.BI.CIII图IVIIVIIII.VIV.V°
AI.BIICIIIIVIXIII00I..IX°
AI.BIIICIIIIXVIIIIIXIIIII°
AI.BIVCIIII.IIIVIIIIIIIIVIIX°
AI.BVCIIII.VIIIIIIIIIIIIVII.II°
AI.BIIICI.图VIXIVIIVVIIV.V°
AI.BIIICIIIXIIIIIVIIIVIV.VIII°
AI.BIIICIIIIXVIIIIIXIIIII°
AI.BIIICIVIXIIIIIIIII0IV.IV°
AI.BIIICVIXIVIIIVI0V.VI°
如表II所示,图III显示I.组有关IXVII毫米的宽度的曲线,高度范围从IIVIIVI毫米到IIIIIIV毫米,偏角范围从0°到VII.IX°.图IV显示了I.组宽度范围从IIVmm到I.VIIIIII毫米的曲线,高度范围从IIIXII毫米到IIIIIIVI毫米,偏角角度从I..IX°至I.VI°.图显示I.组有关IXIV毫米,高度范围从IIVVI毫米到IIIVI0毫米的宽度,偏角为III°?V.VI°的曲线.
V结论
(I.)种植臂的轨迹的宽度取决于连杆长度的减少.随着连杆长度增长的减少,种植臂的轨迹的宽度变得越来越宽.
(II)种植臂的轨迹的高度取决于连接杆的长度的总和,连杆长度的减少和槽凸轮的水平偏移角度.随着连杆长度的总和以及连杆长度减少.槽凸轮的水平偏移角度的增加,种植手臂的轨迹的高度越来越大.
种植臂的轨迹的偏转角度取决于槽凸轮的水平偏移角和连杆长度的减少.随着槽凸轮的水平偏移角度与连接杆长度增长的减少,种植臂的轨迹宽度的偏转角变得越来越宽.
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