温室农业自动化作业平台传动关节的研究

论文摘要

温室农业自动作业平台是是以单栋净跨6.0m的温室作为使用环境,以土耕蔬菜为工作对象,以温室两边的轧实的土质小径为行进路线,可以实现对温室作物的生长过程中的整地、播种、间苗、灌溉、中耕、施肥、除草和采摘收割的一套适用于温室内耕作的自动化作业体系。自动化作业平台对于提高我国农业机械化水平,降低温室农业生产成本,提高生产效率都具有十分重大的意义。作业平台在农田的纵向需要往复行走,以完成对农作物的各种耕作,而在行进到农田一端时需要横向移动到下一栋的位置进行持续作业。因此如果按照普通的机器的行进方式,作业平台在农田端需要连续的两次转弯才能满足工作要求,而且还容易产生耕作不匀,漏耕等现象,因此设想以一种新式的直角拐弯的方式代替常见的圆弧拐弯的方式。当作业平台行进到农田的一端时,平台车体保持不动,车轮竖直旋转90度,然后横向行进到下一栋的位置,车轮再次竖直旋转90度,即可正常的对下栋农田进行正常的耕作。在这种情况下,平台的传动关节需要至少在大于90度的角度内可以正常的传递运动。因此自动化作业平台的传动关节的研究对平台的应用范围和效果有着极其重要的意义。根据平台的这种工作需求,本文在如下几个方面进行了深入的研究:深入的了解了目前常用的几种联轴器:十字轴式刚性万向节,双联式万向节,凸块式万向节,三销轴式万向节,球叉式万向节,球笼式等速万向节,挠性万向节的运动特点,发现他们的最大的角向位移只有60度,如要满足机构的要求,就需要使用两个万向节并联的方式,会导致结构比较复杂,传动效率比较低。在对现在正在使用联轴器的研究过程中,发现一种处于理论研究阶段的空间RCCR机构在理论上允许的轴偏移角可以在180度范围任意变化,因此在后文中着重对这种机构进行了深入的分析。对空间RCCR机构进行了运动分析,得出了机构的位移,速度和加速度参数。然后详细讨论了机构可能出现的运动情况。根据机构可能出现的运动情况运动详细分析了两传力杆和两传力杆铰点在不同运动情况下的运动特性,得出了机构完整的运动特性。利用示力副法分别对空间相交轴RCCR机构的各个运动副进行力分析,得出机构各副之间的约束反力和约束反力矩,简要分析机构的载荷传递情况。利用三维绘图软件SolidWorks对空间相交轴RCCR机构进行简单的机构模型设计,完成装配,并利用其插件COSMOS Motion对空间相交轴RCCR机构进行运动仿真,得出机构的运动参数和约束反力情况,对比仿真结果和理论计算结果是否一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 温室设施农业发展概况
• 1.2 温室设施农业国内外研究现状
• 1.2.1 温室设施农业国外研究现状
• 1.2.2 温室设施农业国外研究现状
• 1.3 课题的来源
• 1.4 本课题研究目的、意义
• 1.4.1 本课题研究的目的
• 1.4.2 本课题研究的意义
• 1.5 本论文所作的工作
• 2 温室农业自动化作业平台概述
• 2.1 自动化作业平台概述
• 2.2 自动化作业平台导引方式的选择
• 2.3 自动化作业平台作业动作及传动关节作用
• 2.4 现有的传动装置概述
• 2.4.1 十字轴式刚性万向节
• 2.4.2 准等速万向节
• 2.4.3 等速万向节
• 2.4.4 挠性万向节
• 2.5 空间RCCR机构
• 2.6 不同联轴器之间性能比较
• 2.7 本章小结
• 3 空间RCCR机构运动分析
• 3.1 空间RCCR机构概述
• 3.2 运用方向余弦矩阵法对空间RCCR机构进行位置分析
• 3.2.1 坐标系的确定
• 3.2.2 描述空间机构的几个参数
• 3.2.3 方向余弦法的位置分析
• 3.3 平面投影法对空间RCCR机构
• 3.3.1 平面投影法介绍
• 3.3.2 建立基础坐标系
• 3.3.3 利用平面投影法求解
• 3.3.4 机构的运动特性分析
• 3.4 本章小结
• 4 空间RCCR机构力分析
• 4.1 示力幅法概述
• 4.2 用示力幅法对空间RCCR机构进行力分析
• 4.2.1 A点旋转副的约束反力的求解
• 4.2.2 B点圆柱副的约束反力的求解
• 4.2.3 C点旋转副的约束反力的求解
• 4.2.4 机构中其他运动副约束反力的求解
• 4.3 本章小结
• 5 空间RCCR机构运动仿真
• 5.1 用SolidWorks建立三维模型
• 5.1.1 SolidWorks介绍
• 5.1.2 RCCR机构的零件初步设计
• 5.1.3 RCCR机构的装配模型
• 5.2 COSMOS Miotion概述
• 5.3 COSMOS Motion仿真步骤
• 5.4 空间RCCR机构的运动仿真
• 5.4.1 空间RCCR机构仿真模型的建立
• 5.4.2 空间RCCR机构运动仿真
• 5.5 仿真结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果