貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)機(jī)理及試驗(yàn)研究.pdf

1、液態(tài)肥深施技術(shù)是根據(jù)土壤養(yǎng)分及作物田間區(qū)域分布特征，將液態(tài)肥料精準(zhǔn)定量地深施于作物根部附近(約100～120mm)的一種農(nóng)業(yè)技術(shù)。實(shí)踐證明，該技術(shù)是一項(xiàng)有效的增產(chǎn)降耗農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，有減少化肥用量、提高化肥利用率、節(jié)約作業(yè)成本、增加作物產(chǎn)量及減輕環(huán)境污染等作用。
　　目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)液態(tài)肥料企業(yè)較多，但對(duì)液態(tài)肥深施技術(shù)及裝備的相關(guān)研究較少。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)王金武教授研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究探索，在液肥深施理論及相關(guān)機(jī)具研發(fā)方面取得了一定進(jìn)展，

2、先后研制出了三代樣機(jī)，基本滿足了施肥要求。樣機(jī)的關(guān)鍵部件為扎穴機(jī)構(gòu)，其工作性能直接影響施肥質(zhì)量和效率。目前扎穴機(jī)構(gòu)仍存在著單位時(shí)間扎穴次數(shù)受限的問題，工作效率較低。若增加扎穴次數(shù)，噴肥針受到的土壤沖擊力變大，從而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)振動(dòng)明顯、扎穴不穩(wěn)定及穴口寬度不理想等問題。
　　針對(duì)上述問題，本研究依據(jù)液態(tài)肥深施農(nóng)藝要求，對(duì)貝塞爾節(jié)曲線傳動(dòng)理論進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)研制出新型貝塞爾齒輪扎穴機(jī)構(gòu)。研究過程中，通過理論分析、計(jì)算機(jī)人機(jī)交互優(yōu)化仿真

3、、高速攝像技術(shù)等方法深入探討了其工作機(jī)理，并分析了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，試驗(yàn)研究了影響機(jī)構(gòu)作業(yè)性能及穩(wěn)定性的因素，為深施型液態(tài)施肥機(jī)具關(guān)鍵部件理論與設(shè)計(jì)研究提供重要依據(jù)。本文研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　為確保液態(tài)施肥機(jī)在高速作業(yè)過程中有效避免機(jī)具振動(dòng)，從而獲得理想的穴口寬度和穴距，在深入探討液肥深施技術(shù)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合多種扎穴機(jī)構(gòu)工作方式與特點(diǎn)，引入貝塞爾節(jié)曲線非圓

4、齒輪行星輪系，理論分析其傳動(dòng)配比、節(jié)曲線凸形檢驗(yàn)及壓力角等結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)了新型旋轉(zhuǎn)式扎穴機(jī)構(gòu)。
　　(2)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及仿真分析
　　為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，各構(gòu)件運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有無干涉，以及噴肥針運(yùn)行軌跡是否滿足施肥要求，建立了貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真分析。具體研究?jī)?nèi)容為，建立各齒輪及噴肥針針尖（角）位移、（角）速度及（角）加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)模型;探

5、求行星輪系中太陽輪、中間輪、行星輪、行星架軸心及嚙合點(diǎn)處受力變化規(guī)律，推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型;運(yùn)用Pro/E完成運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，獲得噴肥針針尖點(diǎn)位置、速度及加速度運(yùn)動(dòng)特性曲線，驗(yàn)證理論模型的正確性并為運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化編程提供依據(jù)。
　　(3)編寫貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)動(dòng)力學(xué)模型理論求解
　　為驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性，利用動(dòng)力學(xué)方程組序列求解法，進(jìn)行理論求解。采用VisualBasic6.0語言開發(fā)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪

6、系扎穴機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析軟件，得到各齒輪輪心及嚙合點(diǎn)的受力隨行星架轉(zhuǎn)角及鏈條受力的變化規(guī)律，為整機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性分析提供數(shù)據(jù)。
　　(4)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)三維實(shí)體建模和虛擬樣機(jī)裝配
　　為完成機(jī)構(gòu)各零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用Pro/E三維軟件進(jìn)行齒輪實(shí)體建模和機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)裝配，并校驗(yàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況，分析機(jī)構(gòu)有無干涉情況及相應(yīng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為零件加工制造奠定了基礎(chǔ)。
　　(5)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)構(gòu)作業(yè)性能試驗(yàn)研究

7、
　　為檢驗(yàn)扎穴機(jī)構(gòu)作業(yè)性能及穩(wěn)定性，在土槽中進(jìn)行了高速攝像臺(tái)架試驗(yàn)和扎穴性能試驗(yàn)。通過高速攝像臺(tái)架試驗(yàn)，判讀噴肥針針尖運(yùn)行軌跡及入土和出土姿態(tài)，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和理論分析的準(zhǔn)確性;通過多組扎穴性能試驗(yàn)，探討前進(jìn)速度及行星架轉(zhuǎn)速對(duì)穴口寬度及穴距的交互影響。以施肥要求為約束條件，采用多目標(biāo)方法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，獲得滿足性能指標(biāo)的最優(yōu)因素組，并對(duì)最佳因素組下的性能指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(6)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機(jī)