论文部分内容阅读
水稻是世界上最主要的粮食作物，发展水稻机械化抛秧栽植技术是提高我国水稻种植机械化水平的重要途径之一。采用塑盘钵体秧苗、实现自动喂秧和“有序化”抛栽是水稻抛秧机发展的主要趋势。
机械手式水稻抛秧机是一种能够自动从育秧穴盘中拔起秧苗并有序定植于田间的新型抛秧机，它将通用机器人原理应用于农业机械中，结合工厂化穴盘育秧农艺和水稻抛栽农艺，通过仿人工抛秧的全过程，实现水稻秧苗的自动有序抛栽。
本研究是广东省自然科学基金博士科研启动项目——工厂化育秧水稻秧苗有序移栽机械手及其相关技术的研究(项目编号：04300478)的部分内容，首次把虚拟样机技术应用到机械手式水稻抛秧机的研究中。论文研究的主要内容是利用大型三维特征建模软件Pro/E和机械系统运动学和动力学仿真分析软件ADAMS对机械手式水稻抛秧机进行联合仿真与分析。通过建立起整机以及关键部件的虚拟样机模型，对关键部件进行运动仿真和分析，得到其工作过程中相关参数的曲线和数据，并由此进行分析，实现机构的优化设计。
总结了国内外水稻抛秧机的研究现状以及虚拟样机技术在我国农业机械设计上的应用现状；阐述了虚拟样机技术的概念和特点，在此基础上提出了一种当前普遍适用于农业机械设计的虚拟样机技术的概念。
在原有的设计基础上，利用大型三维造型软件Pro/E对各部件进行结构上的优化设计并建立起虚拟样机模型，以使设计更符合实际生产的要求。把送秧机构的送秧板长度设计为1.5倍的秧盘长度，即约900mm，使其在符合工作要求的前提下令机构更加紧凑；重新设计分秧滑道的曲线形状，适当地缩小滑道上部过渡段的圆弧角，加大滑道的内径，使秧苗更易于通过；两组分秧滑道处于同一工作面，如果垂直放置会发生干涉现象，因此把两组分秧滑道的放置位置设计为倾斜放置，以垂直于机身运动方向的工作面为镜像平面分别偏移-大小相等方向相反的角度，使两滑道具有对称独立性，秧苗在各自滑道中下落互不干涉，设计后两组分秧滑道的夹角为4°。
利用ADAMS对拔抛秧机械手的运动进行仿真。通过分析其工作过程中的速度、加速度情况，解决在一个工作周期1.4秒内，机械手各个分解动作的时间分配问题。最后得到其较优化的时间分配方案为：秧夹从秧盘侧面移入时间为0.4秒；秧夹闭合夹秧时间为0.2秒；秧夹提升拔起秧苗时间0.2为秒；反向移出秧盘时间为0.4秒；秧夹下降到分秧滑道(秧夹开启)时间为0.2秒。对秧苗在滑道中的通过性进行运动仿真。结果表明秧苗在滑道中的通过性良好，能够在一个抛秧周期内实现秧苗的滑落；秧苗在通过圆弧段的时候其速度和加速度变化较大，而接触力由于秧苗的质量很小，可以忽略不计；通过虚拟仿真与滑道垂直放置时秧苗通过性相比较，结果表明滑道倾斜放置对秧苗通过性影响不大；利用虚拟仿真模拟了机器行走时秧苗在田间的分布位置，结果表明机器运动对从分滑道①和②中滑落的秧苗在田间的定植位置影响较大，而秧苗在田间的分布总体上呈均匀状态。
根据所建立的虚拟样机模型，加工了一组滑道的物理样机，进行秧苗通过滑道的实物试验。主要通过高速摄影技术获得不同营养土含水率的秧苗在滑道中的通过时间以及运动轨迹，和运动仿真分析结果进行比较，结果表明试验和虚拟仿真的结果是吻合的。