貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機構機理及試驗研究.pdf

1、液態(tài)肥深施技術是根據(jù)土壤養(yǎng)分及作物田間區(qū)域分布特征，將液態(tài)肥料精準定量地深施于作物根部附近(約100～120mm)的一種農(nóng)業(yè)技術。實踐證明，該技術是一項有效的增產(chǎn)降耗農(nóng)業(yè)技術措施，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。
　　目前國內(nèi)外生產(chǎn)液態(tài)肥料企業(yè)較多，但對液態(tài)肥深施技術及裝備的相關研究較少。東北農(nóng)業(yè)大學王金武教授研發(fā)團隊經(jīng)過多年研究探索，在液肥深施理論及相關機具研發(fā)方面取得了一定進展，

2、先后研制出了三代樣機，基本滿足了施肥要求。樣機的關鍵部件為扎穴機構，其工作性能直接影響施肥質(zhì)量和效率。目前扎穴機構仍存在著單位時間扎穴次數(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，從而導致機構振動明顯、扎穴不穩(wěn)定及穴口寬度不理想等問題。
　　針對上述問題，本研究依據(jù)液態(tài)肥深施農(nóng)藝要求，對貝塞爾節(jié)曲線傳動理論進行了深入研究，設計研制出新型貝塞爾齒輪扎穴機構。研究過程中，通過理論分析、計算機人機交互優(yōu)化仿真

3、、高速攝像技術等方法深入探討了其工作機理，并分析了機構運動學和動力學特性，試驗研究了影響機構作業(yè)性能及穩(wěn)定性的因素，為深施型液態(tài)施肥機具關鍵部件理論與設計研究提供重要依據(jù)。本文研究工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機構設計
　　為確保液態(tài)施肥機在高速作業(yè)過程中有效避免機具振動，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理論的基礎上，結合多種扎穴機構工作方式與特點，引入貝塞爾節(jié)曲線非圓

4、齒輪行星輪系，理論分析其傳動配比、節(jié)曲線凸形檢驗及壓力角等結構參數(shù)，設計了新型旋轉(zhuǎn)式扎穴機構。
　　(2)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機構動力學、運動學建模及仿真分析
　　為檢驗機構設計是否合理，各構件運轉(zhuǎn)過程中有無干涉，以及噴肥針運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構運動學和動力學模型，運用軟件進行仿真分析。具體研究內(nèi)容為，建立各齒輪及噴肥針針尖（角）位移、（角）速度及（角）加速度等運動學模型;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處受力變化規(guī)律，推導出數(shù)學模型;運用Pro/E完成運動學仿真分析，獲得噴肥針針尖點位置、速度及加速度運動特性曲線，驗證理論模型的正確性并為運動學優(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構動力學軟件對動力學模型理論求解
　　為驗證理論模型的準確性，利用動力學方程組序列求解法，進行理論求解。采用VisualBasic6.0語言開發(fā)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪

6、系扎穴機構動力學分析軟件，得到各齒輪輪心及嚙合點的受力隨行星架轉(zhuǎn)角及鏈條受力的變化規(guī)律，為整機的動力學特性分析提供數(shù)據(jù)。
　　(4)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機構三維實體建模和虛擬樣機裝配
　　為完成機構各零件結構設計，運用Pro/E三維軟件進行齒輪實體建模和機構虛擬樣機裝配，并校驗機構運行情況，分析機構有無干涉情況及相應運動規(guī)律，為零件加工制造奠定了基礎。
　　(5)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機構作業(yè)性能試驗研究

7、
　　為檢驗扎穴機構作業(yè)性能及穩(wěn)定性，在土槽中進行了高速攝像臺架試驗和扎穴性能試驗。通過高速攝像臺架試驗，判讀噴肥針針尖運行軌跡及入土和出土姿態(tài)，驗證機構運動學模型和理論分析的準確性;通過多組扎穴性能試驗，探討前進速度及行星架轉(zhuǎn)速對穴口寬度及穴距的交互影響。以施肥要求為約束條件，采用多目標方法對模型進行優(yōu)化，獲得滿足性能指標的最優(yōu)因素組，并對最佳因素組下的性能指標進行相應的試驗驗證。
　　(6)貝塞爾節(jié)曲線齒輪行星輪系扎穴機