含间隙弹射式移栽机构非线性动力学及试验研究

To solve the problem of mechanization and promotion of super-rice and improve the performance of transplanter. The nonlinear dynamics of the ejection transplanter with clearance will be studied in this project. Based on the kinematic properties of the mechanism, including the ideal trajectory, the posture and the velocity of the mechanism, a theoretical transplanter model will be established, and both the innovation elements and the configuration synthesis of the projectile transplanter with clearance will be studied. We will also study on the quantitative analysis of motion complexity of mechanism with clearance. Based on the kinematic pair model with clearance, we will analyze the nonlinear dynamic behavior of the transplanter. The dynamic characteristics and structure optimization method of the ejection transplanter with clearance will also be studied. Through establishing a test platform for the mechanism and testing the related parameters, the mechanism parameters affecting the vibration and dynamic behavior of the mechanism will be explored and analyzed, so that the theoretical model can be modified. For the first time, this project applies the theory and method of numerical calculation of the kinematic pair model with clearance to design a transplanter. As a result, the study on nonlinear dynamics and experiment of transplanting mechanism with gap will build theoretical basis and design basis for the performance design of rice-pot seedling planting machinery in the future.

为解决超级稻机械化种植和推广问题，改善移栽机工作性能。本项目拟开展含间隙弹射式移栽机构非线性动力学及试验研究；根据移栽机理想轨迹，姿态和速度等运动特性要求，建立移栽机构理论模型，研究含间隙弹射式移栽机构的创新要素与构型综合，对间隙机构运动复杂度进行定量分析；在建立间隙运动副模型的基础上，研究含间隙移栽机构非线性动力学行为，研究含间隙弹射式移栽机构动力学特性和结构优化方法，建立间隙运动副及整机试验平台，测试相关参数，探索并分析影响机构振动和动力学行为的机构参数，修正理论模型。本项目将间隙运动副动力学数值计算相关理论和方法首次应用在移栽机构的设计上，含间隙弹射式移栽机构非线性动力学及试验研究，尤其是机构间隙运动副动力学非线性研究，可以为今后水稻钵苗种植机械的性能设计及动力学研究提供理论基础和设计依据。

本项目建立了含间隙旋转副、移动副和圆柱副三维模型，对接触模式进行分类，给出3种含间隙运动副三维模型及其法向力和切向力的计算方法，在此基础上做接触模式的判断和接触力的计算，采用数值计算的方法求解副元素之间的切向摩擦力和法向接触力，并编写用户子程序；通过信息熵的原理研究含间隙机构非线性特性。建立了值域法，区间法及权重法三个评价指标，从功率谱、奇异谱、小波能谱的角度定量分析了含间隙机构动力学非线性特性。从几何尺寸、外部激励等角度定量分析了参数对机构动态特性的影响规律。给出了一种参数导引的启发式的含间隙弹射式移栽机构参数设计方法，通过含间隙弹射式移栽机构的参数设计案例，阐释了参数导引的启发式方法的应用过程。针对含间隙弹射式移栽机构多目标，非线性的参数优化难题，给出了含间隙机构目标函数的选取方法。并将目标数字化，开发含间隙移栽机构参数设计软件。分析了不同权重时机构的运动特性，得到了满足特定工作轨迹目标和要求的含间隙弹射式移栽机构设计参数的确定。制备一种能用于移栽机齿轮和轴承的的轻质，高强，高韧，纳米复合材料。并对新材料做了机械性能测试。分析了干摩擦条件下，不同弹性模量及摩擦系数对接触力的影响轨迹，和旋转轴线中心轨迹影响规律。相关研究方法为高机械性能的轻量化运动副的制备与性能分析提供参考依据。设计了两种不同类型的试验台。给出实验台的设计思路及工作机理。开展了副元素接触力及振动试验。验证了不同间隙大小，不同转速以及不同初始安装位置对机构动态特性的影响，分析了实验现象的本质问题，并用信息熵理论对实验结果进行定量分析。本项目已经发表论文7篇，其中SCI收录论文5篇(其中top期刊4篇)，发表EI期刊收录论文2篇,已授权国家发明专利5件，另外，已录用EI刊源论文1篇。已进入实审阶段国家发明专利2件；培养硕士研究生2名，青年教师3名。