旋转式水稻钵苗移栽机构的工作机理和参数优化研究

Aiming at the shortcomings that the multi-bar rice pot-seedling transplanting mechanism has low work efficiency and big working vibration, and the problem that the seedling-throwing technique used in planting rice pot-seedling can't control upright degree of seedlings, this project intends to carry out the study of the work principle and type synthesis of the rotary rice pot-seeding transplanting mechanism, to put forward a new type of non-uniform intermittent driving gear mechanism and rotary transplanting mechanism, and to build up the kinematics model and its corresponding design theory and method. Aiming at the complex multi-objective and multi-parameter kinematics optimization problem of the rotary transplanting mechanism, the aided analytical and optimal software based on visual developing platform will be developed independently. By combining the two parameter optimization methods of man-machine interactive optimization and fuzzy optimization, the automatic search of the non-inferior solution will be realized. Dynamics model will be established, dynamics characteristics will be optimized, and the optimal parameters combination will be determined. Through researching the three-dimension parametric deformation design method of the rotary transplanting mechanism, dynamic simulation analysis and virtual test will be implemented. Finally, the test-bed will be built for doing experiment to analysize the seedling-fetching effects of the transplanting mechanism and ascertain the related structure parameters, then through the test the correctness and effectiveness of the above design theory and method will be proved. The successful implementation of this project will lead to the establishment of a research platform of design theory and test of rotary transplanting mechanism systematically. Moreover, it will also provide the theory and experiment foundation for the research and development of rice pot-seedling transplanter independently.

针对目前多杆式水稻钵苗移栽机构工作效率低、工作振动大等缺点，以及抛秧技术栽植水稻钵苗无法控制秧苗直立度等问题，本项目拟开展旋转式水稻钵苗移栽机构的工作机理与构型综合研究，提出一种新型的非匀速间歇传动齿轮机构和旋转式移栽机构，建立运动学模型，并建立移栽机构的设计理论与方法。针对旋转式移栽机构复杂的多目标多参数运动学优化问题，基于可视化开发平台，自主开发辅助分析与优化软件，研究人机交互优化与模糊优化相结合的参数优化方法，实现"非劣解"群的自动寻求。建立机构动力学模型，优化动力学特性，确定机构最佳参数组合。研究旋转式移栽机构三维参数化变形设计方法，进行动态仿真分析与虚拟试验。最后构建试验台，试验分析移栽臂取苗效果并确定相关设计参数，通过试验测试验证上述设计理论与方法的正确性和有效性。本项目的成功实施，将系统地建立旋转式移栽机构的设计理论与试验研究平台，为自主研发水稻钵苗栽植机提供理论与试验基础。

由于目前多杆式水稻钵苗移栽机构存在工作效率低、工作振动大等缺点，抛秧技术栽植水稻钵苗无法控制秧苗直立度，本项目开展了旋转式水稻钵苗移栽机构的工作机理与创新设计研究。分析了水稻钵苗自动移栽轨迹的设计要求，提出了新型非匀速间歇齿轮传动行星轮系机构，研究了其运动特性以及应用该机构的旋转式水稻钵苗移栽机构的结构特点、工作原理及构型综合，发明了五种旋转式移栽机构，建立了移栽机构的运动学模型。针对旋转式移栽机构多目标多参数、模糊性耦合性强的复杂运动学优化问题，提出了人机交互优化方法和参数导引结合模糊理论的优化方法，开发了基于可视化平台的辅助分析与优化软件，解决了移栽机构的尺度综合问题。运用动态静力分析法建立机构动力学模型，编制基于动力学方程组序列求解法的软件，分析了移栽机构的动力学特性，为机构动力学优化提供依据。研究移栽机构三维参数化设计方法，建立了移栽机构虚拟样机，开展机构的动态仿真分析和虚拟试验，验证了理论模型和设计结果的正确性。通过缓冲装置的研究和改进设计优化了移栽机构的动力学性能。研制了高速水稻钵苗移栽试验台，搭建了机构动力学试验台，制造出三种移栽机构物理样机，开展移栽机构高速摄影运动学试验和动力学试验，测试得到移栽机构运动学和动力学特性，同时验证了机构运动学模型、动力学模型以及设计结果的正确性。开展实验室和田间移栽试验与分析，证明机构具有良好的移栽工作性能，以及应用于实际机器的可行性。. 本项目实施过程中，培养硕士研究生6名；发表期刊论文8篇，其中SCI收录1篇、EI收录7篇；授权国家发明专利3件、实用新型专利5件，登记计算机软件著作权9项。本项目的成功实施，系统地建立了旋转式水稻钵苗移栽机构的设计理论与试验研究平台，为自主研发高速水稻钵苗栽植机提供理论与试验基础。