开题报告-水稻插秧机械结构设计.docx

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响插秧机插秧机构工作性能的因素很多,涉及运动学、动力学、结构力学等学科[1-2]。单一学科的设计方法难以协调不同学科之间的设计和优化。多学科设计优化(MDO)方法充分考虑了多学科及其耦合关系,利用学科间的理论协调来优化系统的整体性能。它已广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域[3-6]。协同优化可以消除MDO中的大量系统分析,并且所有学科都可以并行分析和优化[7-10]。近似模型在不降低精度的情况下,有效地降低了计算复杂度,提高了分析和优化的效率(11-12)。因此,本文将基于近似模型的协同设计方法应用于行星椭圆齿轮插秧机构的多学科优化设计,建立多学科模型。主题级优化器采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的混合算法进行优化。利用ISIGH软件建立集成优化平台,对移栽机构进行多学科优化设计近似求解。设计参数与产品整体性能的最佳组合是最优的。移栽机构的结构和工作原理行星椭圆齿轮插秧机构由两个插秧臂和一个大齿轮组成。(图1)它有五个相等的椭圆齿轮。它的旋转中心在椭圆齿轮的一个焦点上。五个椭圆齿轮最初安装在同一位置,以确保正常运行。中心齿轮是与动力输入轴固定的太阳轮a。齿轮箱两端的两个齿轮是与种植臂固定的行星齿轮。太阳齿轮和行星齿轮之间的齿轮是中间齿轮,称为过渡齿轮[131]。在移栽机构运行期间,太阳轮是固定的,动力输入轴驱动齿轮箱绕太阳轮旋转。同时,种植臂沿齿轮箱绕太阳轮旋转,同时伴随星轮旋转完成复合运动。由于椭圆齿轮的存在,行星齿轮和种植臂的转动周期性地发生变化。此外,苗木针尖的运动轨迹变成一条非圆(类似椭圆)的闭合曲线,分为静态轨迹和动态轨迹。静态轨迹是秧苗针尖在移栽机停止和移栽机构工作时的轨迹曲线,动态轨迹是秧苗针尖的轨迹曲线。8凸轮;;;;;:a0为插针针尖的初始位置角;j0是齿轮箱的初始位置角;S为插针臂旋转中心到播种机的距离;l是相邻两个旋转齿轮之间的距离中心。,分为多体动力学和结构力学性能两个方面9多体动力学分析移栽机构的动力学方程可表示为:Fs=f1(z,k,a0,j0,S)+(z,k,a0,j0,S)10其中Fs为机架上支架的振动峰力,f1和f2为X和Y方向的峰力将分析与实际工作情况相结合,以最小化苗木针尖动态轨迹的凹陷长度d和支架在机架Fs上的振动峰力为多体动力学优化目标。优化参数为:椭圆齿轮齿数z,椭圆齿轮长短轴比k,插秧臂a0和齿轮箱的初始安装角j0,针尖到行星轮轴的距离S,相邻椭圆齿轮的旋转中心距I,动力输入轴的角速度O,插秧机的前进速度w。同时,约束参数为针尖轨迹高度H、摘苗角度b0、推苗角度b1、摘苗和推苗角度之差d。10结构力学性能分析移栽机构的结构设计涉及杆件的刚度和偏差、固有频率和阻尼特性。在满足变形和强度要求的前提下,本研究仅考虑静态因素、应力分布和杆件偏差,使端部变形最小。结构力学性能的优化目标是降低移栽机构的质量。优化参数为椭圆齿轮的齿数z;椭圆齿轮的长短轴比k;动力输入轴的角速度w;变速箱壳体的长度l0、宽度b0和厚度t0。约束参数为轴的横截面角yB、挠度qB和屈服强度s。,建立了基于协同优化的椭圆行星齿轮分插机构的数学模型。,其中系统级变量在各个学科中相互对应。因此,样本点的数量N应由每个学科中的变量数量m来确定。运动学、动力学和结构力学的变量数分别为6、5和6,样点数为学科变量数的10倍,即分别为60、50和60。在此基础上,建立了系统级变量与学科优化目标之间的克立格模型,采用拉丁超立方体优化设计生成样本点,构建了系统设计变量与三个学科优化目标之间的近似模型。对三种近似模型的精度进行了评估,以确保它们满足工程要求。近似模型的精度评价标准是确定性系数R2、平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和最大绝对误差MAX。给出了克立格模型的误差分析结果,如表1所示表112