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基于虚拟样机技术的漏播补偿系统设计与试验研究

作　者: 徐昌玉
导　师: 夏俊芳
学　校: 华中农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 虚拟样机补偿器 ADAMS 优化
分类号: S233.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

精密播种是一项技术性强、标准高的田间作业，又是一项效益上显著、生产上实用的农业机械化新技术，是近年来农业部大力推广“节本增效工程技术”的主要内容之一。但是由于排种器在制造工艺上误差、机器行驶时滑移、地面的起伏状况、输种管堵塞、排种器卡死等造成的漏播现象较严重，所以有必要研制一种漏播补偿系统，在漏播故障发生时及时补种，以保证农作物的产量。虚拟样机作为产品设计的一种现代设计方法，是对传统技术的一次革命。通过虚拟样机技术，工程师可以运用机械系统仿真试验，在设计阶段发现产品设计中的潜在问题，并快速进行修改，减少了对物理样机的依赖，从而缩短了设计周期和降低了设计成本。本课题在对当前的设计方法分析的基础上，选择基于ADAMS软件的虚拟样机技术对补种系统进行性能设计和参数优化，采用虚拟样机仿真分析与物理样机试验相结合的方法，探索虚拟样机技术在播种机械产品设计中的应用和实现。本课题以2BJD-4单组式半精密大豆播种机配套排种器为研究对象，在对种子的物料特性分析、漏播补偿机理研究、种子运动理论分析等的基础上，基于ADAMS动态仿真分析软件，建立了补偿系统装置的虚拟样机模型，寻找出了适合补种装置的结构形式和影响性能的相关结构参数，进行了种子运动轨迹曲线动态模拟，运行了仿真最优化分析，确定了影响补种质量的三大因素，即：弹簧的刚度系数k、电磁铁吸力F、型孔斜角度θ，并在给定的条件下确定补种装置的最优参数值分别为1.5102 N／mm，49.849N，-26.52°。根据最优虚拟样机模型试制出了物理样机模型，设计了精密播种试验台架，运用虚拟仪器技术进行了漏播补偿控制程序设计，并设计、搭建了漏播补偿控制电路，组成一套漏播／补偿试验系统。在室内试验台架上对漏播／补偿系统进行试验研究，试验结果表明：该补种器的补种率为83.2％，可以将总播种率从90.4％提高到98.4％；补种器的补种率随着机体前进速度增加而下降；补种器的补种率随着主排种器的排种率提高而提高。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
    1.2.1 精密播种机漏播检测与补偿系统的研究现状  10
    1.2.2 虚拟样机技术在农业工程上的应用  10-11
  1.3 研究的内容和方法  11-12
  1.4 虚拟样机技术论述  12-15
    1.4.1 虚拟样机技术的基本概念  12
    1.4.2 ADAMS软件介绍  12-13
    1.4.3 ADAMS软件在产品研制的五个阶段  13-15
第二章漏播补偿工作机理及种子运动分析  15-25
  2.1 漏播成因及补种方式  15
  2.2 补种机构总体方案设计  15-17
  2.3 大豆种子物料特性  17-18
  2.4 补种过程中种子的运动分析  18-23
    2.4.1 种子在型孔中的运动分析  18-20
    2.4.2 种子在排种管中的运动分析  20-23
  2.5 型孔对种子的充种率及损伤的影响分析  23-25
第三章基于ADAMS的补偿机构虚拟设计  25-42
  3.1 补偿机构虚拟样机模型建立  25-28
  3.2 测试模型及样机仿真分析输出  28-31
    3.2.1 测试模型  28-29
    3.2.2 测量的产生与输出  29-30
    3.2.3 创建位移传感器控制仿真  30-31
  3.3 种子的运动轨迹仿真分析  31-32
  3.4 虚拟试验与影响因素分析  32-36
    3.4.1 虚拟试验  32-33
    3.4.2 补种器各参数对排种性能的影响分析  33-36
  3.5 参数化机构的仿真分析  36-39
    3.5.1 试验设计(DOE)  36-37
    3.5.2 设计变量及优化目标的确定  37-38
    3.5.3 约束条件的确定  38
    3.5.4 参数仿真优化的结果  38-39
  3.6 机构优选参数的试验验证  39-40
    3.6.1 试验条件  39
    3.6.2 试验及结果  39-40
  3.7 参数自动设计模块的建立  40
  3.8 多粒种子系统的机电一体化仿真  40-42
第四章排种检测／补偿系统和控制电路设计  42-47
  4.1 排种检测／补偿系统工作原理  42-43
  4.2 检测／补偿系统程序的设计  43-44
  4.3 控制电路设计  44-47
    4.3.1 控制电路原理设计  44-45
    4.3.2 控制电路元器件选用  45-47
第五章试验台架设计及试验研究  47-55
  5.1 试验台架与补偿机构的设计  47-49
  5.2 精密排种器主要性能指标的确定  49-50
  5.3 试验方案设计  50-51
  5.4 漏播补偿试验及结果分析  51-55
第六章结论与讨论  55-57
  6.1 结论  55
  6.2 讨论  55-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
附录  61-68
  附录一大豆种子尺寸测量数据  61-62
  附录二虚拟样机的设计研究(Design Study)数据  62-64
  附录三虚拟样机的试验设计(DOE)数据  64-67
  附录四台架漏播／补偿试验数据  67-68
  附录五攻读硕士期间发表的论文  68

基于虚拟样机技术的漏播补偿系统设计与试验研究

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