三臂回转式水稻钵苗移栽机构轻量化设计

三臂回转式水稻钵苗非圆齿轮行星轮系移栽机构能够有效提高水稻钵苗移栽效率，但同时移栽机构质量增加会导致机构能耗、用材和成本增加，因此有必要对三臂回转式移栽机构进行轻量化设计。本文分析了三臂回转式移栽机构1个运动循环各工作过程的受力情况，基于各构件受力分析建立了机构动力学模型，应用基于MatLab自主开发的移栽机构动力学分析软件计算得到各构件的受力变化曲线，获得实际工况下移栽机构有限元静力学分析施加的载荷；建立了移栽机构各非圆齿轮的有限元模型，对其进行静力学分析和模态分析，进而开展非圆齿轮结构拓扑优化减轻其质量，并对轻量化设计后的非圆齿轮进行强度校核与模态分析。轻量化后的太阳轮、第1中间轮、第2中间轮和行星轮满足强度要求且固有频率较高，质量分别减小了31.0%、18.8%、33.6%和15.5%。搭建移栽机构动力学试验台，开展轻量化设计前后移栽机构样机的动力学试验，测试得到机构转速为60 r/min时的支座反力变化曲线，结果为：轻量化后x、y方向支座反力的最大幅值分别从397.8、171.4 N减小为370.2、162.5 N,降低了6.9%和5.2%;其方差则分别从5 783.1、974.9 N2减小为4 817.8、835.6 N2,降低了16.7%和14.3%。研究表明，移栽机构轻量化设计效果明显，动力学性能有所改善，具有较好的可行性。