步行式插秧机优化设计研究论文

关键词： 俯仰 机构 驱动 系统

步行式插秧机优化设计研究论文（精选4篇）

篇1：步行式插秧机优化设计研究论文

我国是农业大国，水稻的种植在农作物中占据了很大的比重。而水稻的种植就必不可少的应用到了步行式插秧机。由于水稻的需求量的不断提升，水稻的种植面积有了极大的增加。对于水稻种植效率也有了更高的要求。因此，步行式插秧机也需要随着水稻的种植要求而进行改进和完善。步行式插秧机的改进主要是对分插机构进行优化设计，可以根据当前的水稻种植需要而进行相应的设计，有效的提升水稻种植的效率，对农业生产具有重要的意义。

一、步行式插秧机的发展

我国是粮食生产大国，水稻是最主要的农作物之一。但是我国又是人口大国，水稻产量的人均水平与世界平均水平相差很多。随着人口的增长，对于粮食的需求也在增加。因此，提升水稻种植技术，增加水稻产量成为农业生产重要的工作内容。农机化是现代农业发展的新形势，对提高农业生产力具有重要的作用，极大的推动了农业的机械化发展。在现代农业发展机械化的发展模式的带动下，步水稻插秧机开始代替水稻的人工种植，进行大规模的推广和应用。水稻插秧机的种类有很多种，根据我国各区域的水稻种植土地的类型以及种植习惯的不同所应用的插秧机种类也有所不同，应用最为广泛的就是步行式插秧机。由于步行式插秧机分插机构的特点，开发出宽窄行插秧的新型水稻种植技术，对提高水稻产量起到重要的作用。虽然当前还处于理论研究过程当中，将会成为水稻种植技术未来的发展趋势[1]。

二、步行式插秧机分插机构的优化设计

面对日益提高的粮食需求，作为农业生产的重要粮食作物，水稻产量的提高具有很重要的意义。水稻种植的机械化发展，是提升水稻种植效率和提高水稻产量的有效办法。作为水稻种植最重要的农机设备，步行式插秧机分插机构的优化设计，对完善水稻种植技术具有重要的意义。

（一）合理的插秧结构设计

设计出合理的插秧结构，是提升水稻产量的有效种植办法。这就需要对步行式插秧机分插机构进行合理的设计，对多个目标进行参数优化，调整其植臂尖点的运行轨迹。在计算机信息系统当中输入多目标的参数，计算所得出相应的数据是不能作为优化参数的，在某种程度上来说存在着不合理性。因为真正参与到水稻种植当中的步行式插秧机，是由人来操作和控制的。而对于插秧结构的设计来讲，需要人的参与才能得出合理的结论。因此，步行式插秧机分插机构的优化设计需要人和计算机系统的协调配合，发挥各自的优势，弥补步行式插秧机分插机构的优化设计当中存在的不足，获取最优参数，进行合理的设计，形成最佳的水稻插秧结构，最大程度的提升水稻的产量[2]。

（二）参数导引

在进行合理的插秧结构设计的同时，需要引入科学的计算方法，以得出理想的目标值。“参数导引”作为一种启发式算法，可以对步行式插秧机分插机构的各项参数，通过合理的算法，得出优化参数。首先，经过科学的理论分析，得出结论，并作为参考，建立步行式插秧机分插机构运动函数，并结合参数计算，获取函数值，并将其作为计算机目标值。然后，根据理想目标值，通过算法计算得出的目标函数会与其产生偏差，这时可以对目标函数当中的某一个函数进行更改，在进行计算以得出目标值。最后，将该目标值与理想目标值进行对比，计算二者之间的差值，与最大允许的差值进行比对，当低于最大差值时，按照算法进行反复计算，直到达到差值计算要求，满足理想目标值，实现插秧结构的优化[3]。

（三）建立明确的优化目标

首先，在建立明确的步行式插秧机分插机构优化目标之前，要消除秧箱和栽植臂之间的相互影响，将二者安排在相对立的位置上。秧针要安装在栽植臂前端位置之上，秧箱进行横向运动，栽植臂使秧针进行纵向运动，可以达到良好的取秧效果。其次，将建立的数学模型通过计算机软件，能够描绘准确的栽植臂的侧面图，完全呈现出栽植臂先后经过秧门的实际情况，从而判断秧箱和栽植臂之间是否相互影响。最后，在保证不损害秧苗根部的前提下，撕拉壮苗而获取秧块。要积极考虑取秧的实际情况，以建立理想的秧门模型，所获取的获取秧块尽量接近于矩形，才能更好的达到理想秧门模型的建立效果。在保证秧苗不会倒的情况之下，在合适的角度之下进行秧块获取。另外，适当保持行星架构与水面的距离，以有效的减小插秧机前进的阻力。对分插机构齿轮结构进行优化设计，保持齿轮与水面的距离，有效实现步行式插秧机分插机构优化[4]。

三、结论

步行式插秧机的大规模应用，极大的推动了水稻种植生产的进步。为了提高步行式插秧机的工作效率，对步行式插秧机分插机构进行优化设计，以有效提高步行式插秧机的农业生产效率。通过合理的插秧结构设计“，参数导引”启发式算法的计算，建立明确的优化目标，实现有效的步行式插秧机分插机构优化，极大的提升了水稻种植效率，对水稻种植具有积极的意义，对农业的发展具有重要的推动作用。

篇2：步行式插秧机优化设计研究论文

关键词：商业步行街,体验式设计,景观

0 引言

城市商业步行街是城市中重要的开放空间, 是城市商业体系中一种独特的商业形态, 人流量大, 人群活动多样且集中, 其意义在于提供一个安全舒适的边界, 并且具有一定文化品味的购物环境和休闲空间, 不仅具有经济职能, 更是促进社会交往的重要场所, 也是传承历史文脉、展现城市形象的载体。而目前我国的商业步行街更多关注的空间布局、节点处理以及铺装、小品等的审美与功能设计方面, 忽视了人对商业步行街的复杂多样的需求和人的行为与环境的互动关系。西蒙兹在《景观设计学———场地规划与设计手册》中指出的“人们规划的不是场所、不是空间、也不是内容, 人们规划的是体验”[1]。现代的商业步行街景观设计, 应在尊重自然、尊重历史文脉与地域特色原则的基础上, 更加注重使用者的体验, 以及人与景观之间的互动, 营造人性化的、美观的、参与性强的、具有丰富的文化内涵且能够引发使用者认同感和归属感的场所, 从而繁荣经济, 体现景观设计的人文关怀。

1 体验式景观设计

人对于景观的体验来源于人在观赏、参与到景观过程中的生理 ( 视觉、听觉、嗅觉、触觉等) 和心理 ( 感知、理解、想象、回忆等) 的综合反应, 是人们对外界客观事物的主观能动的心理感受。体验式景观设计则是从使用者的角度出发, 通过多样化的要素创造出满足不同人群的多方面需求, 使使用者产生立体的感官享受和丰富的心理体验。根据体验者的体验方式可分为五感体验、行为体验、情感体验、叙事体验[2]。

2 体验式设计在商业步行街景观的应用

受社会发展和体验经济的影响, 人们的消费观念有所改变, 商业步行街成为人们享受生活体验乐趣的场所。体验式商业景观设计不是“项目制造”而应是“场所”的制造[7]。“场所”在某种意义上, 是一个人记忆的一种物体化和空间化, 也可解释为“对一个地方的认同感和归属感”。在商业步行街体验式景观设计中应把握好设计的分寸, 传达信息的同时, 满足使用者心理需求, 调动情绪, 丰富景观空间的文化内涵, 从而强化使用者的体验效果。

2. 1 五感体验

视觉体验方面, 人们通过眼睛收集视觉信息, 会对步行街景观视域范围内的肌理、形态、色彩以及其他人的行为活动产生一定的反应, 因而产生一些生理和生理上的需求。视觉的良好体验要求步行街景观序列连续统一, 空间要有起点、发展、高潮、结尾的空间节奏变化, 以控制人们情绪的起伏变化; 景观元素在统一中寻求变化, 创造视觉兴趣点, 增强景观环境的识别性。色彩方面, 步行街景观设计往往采用对比强烈、富有跳跃感而又具有一定的调和感的色彩, 突出步行街的风格定位, 且应尊重城市的色彩。利用色彩增加空间层次感, 塑造店铺的形象, 烘托步行街的整体艺术氛围, 给游客提供视觉享受。

听觉体验方面, 声音是人体感受外界信息的重要来源, 可以帮助视觉衡量、认知空间, 对视觉体验有一定引导和补足的作用, 也可以调节情绪, 触发某种情感。听觉体验不仅要研究声音要素本身, 还应研究声音要素与景观环境、听者之间的关系, 及与所处的文化背景之间的关系。在消除某些声音的同时更应积极的规划设计听觉体验场所和听的内容, 创造声音景观的意境美。

触觉体验方面, 人们有触摸新奇事物的习惯, 通过触觉感知事物的形状、温度和质感, 从而加深对景观的印象和主观感受, 是最为直接的感官体验。营造可触摸可体验的空间和景观, 则可以促进人与景观的互动, 满足自身需求的同时也会在互动过程中给景观留下一定的印迹, 延长人们的逗留时间。

嗅觉体验方面, 嗅觉对空间环境的感知有特殊的功能, 可以将视觉上的分隔弱化, 使环境具有整体感。嗅觉体验具有识别性, 可以使人超越时空上的界限, 并引发与之相关的记忆。使用者的景观体验具有选择性, 其导向性因素是视觉, 同时受体验倾向、景观质量等因素的影响。人们会通过处理视觉信息选择倾向于个人功能需求和审美需求的景观环境。

2. 2 行为体验

行为是人们心理需求的外在表现。步行街设计应该从使用者对交往、娱乐、休闲等的需求出发, 结合人的行为运动特点和体验感知的方式创造出舒适便利的为人们服务的空间环境。步行街活动空间的组织, 如节点放大处理, 给人们提供充足的交往空间以及更完善的活动支持, 缓解使用者的紧张情绪, 增加步行空间的趣味性和吸引力; 营造景观丰富、舒适惬意的可参与空间; 在商业步行街中增加不同形式的娱乐活动, 吸引人们参与, 促使某些体验环节的发生, 比如喝咖啡、展览、展销、表演以及节日庆典等等。

2. 3 叙事体验

叙事体验一般会根据环境提炼叙事的主题, 通过特定的场景设置等激发、引导人的兴趣, 利用景观语言以直接表现或者隐喻的手法, 传达一定的信息, 如表现某个场景或事件, 将景观片段整合起来的认知, 而不仅仅是对景观的回忆[5]。体验者会结合已有的经验、观念等深化对景观的逻辑推理, 从中解读某种寓意或情感。主题概念来源广泛: 空间意境、历史题材、宗教信仰、时代气息、风土人情、文化艺术、社会关系、自然环境等[8]。

2. 4 情感体验

情感是“在人的认识过程中, 周围环境的刺激物对人发生了具有一定意义的信号作用而引起的比较稳定的态度和体验。”情感体验设计指能够引发体验者直觉、感知、理解、想象等情感层面的景观设计, 是体验设计的核心。景观情感体验设计在于引发情感认同, 即通过景观的营造, 借助园林景观实体来传达审美内容的特定感知信息, 基于体验者经历、记忆等引发置身于其中的体验者的相应的情感。

3 体验式商业步行街景观营造手法

3. 1 整体性设计

步行街景观主题的设定是设计的灵魂所在, 主题既是步行街景观设计的整体定位, 也是一种文化诉求, 在对基地的背景、空间环境、景观特征、地域文化等充分分析整合, 确立景观主题统领景观设计。步行街景观设计既要考虑空间上的整体性, 又要考虑时间上的连续性。空间上应注重景观和城市、建筑的过渡和联系, 整合丰富的街区空间形态, 根据城市肌理进行布局, 组织动线, 同时加强室内外空间的联系, 营造独特的空间氛围。由于使用者对空间及各个景观要素的感知是多种因素叠加的结果, 应将建筑界面和景观要素的尺度、形式、色彩、光影、肌理、质感等作为一个连续的体验来考虑, 营造一个完整的、立体的体验序列, 注重景观的整体感受。时间上, 应着重体现历史文化发展在步行街的纵向积淀, 在传统形式与现代风格之间寻求一种对比和统一[9]。

3. 2 营造可参与的景观

体验式景观设计目标是提供丰富的体验过程。体验者可以通过各种行为方式, 与景观发生直接的或者间接的关系, 实现人与景观的互动。须根据用地性质和使用者的行为倾向, 利用景观元素营造多维度的体验空间, 组织活动, 充分调动人的多种感官的积极参与。合理策划活动内容, 注重室外活动的多样化和可参与性, 配置相应的休闲娱乐设施。并对不同功能进行组织和划分, 使功能区域之间紧凑有序, 动静分明。商业步行街体验式景观设计应以人为导向, 旨在为使用者提供安全、方便、舒适、愉悦的场所, 吸引人们参与, 因此步行街景观设计应以人的生理和心理体验为依据和景观评价的标准。

3. 3 感知自然

综合考虑商业步行街功能与空间特性, 认为应结合生态技术, 增加场地生态要素的体验, 并且科学有效的降低不利因素的影响, 比如乡土植物运用、立体绿化、旱喷和雨水利用、天然能源等等, 尊重场地自然环境特点, 以将对人流交通、环境的影响减到最低, 丰富使用者的感官和精神上的体验和享受, 产生一定的生态效益。

3. 4 个性鲜明

设计应从城市历史、经济、民俗、艺术、自然环境和价值观念中探求城市文化内涵, 延续并提升传统的生活方式和生活理念, 使景观空间环境具有地方性、文化感, 同时满足商业运营的主题, 从而加强商业步行街的可识别性, 打造城市亮点。

3. 5 情感共鸣

通过景观意象表现出特定的时间和空间赋予其的文化特征, 使空间环境具有鲜明的形象和感召力, 引起体验者的共鸣, 由于商业步行街以硬质景观为主, 可以通过具体的景观形象、光影、色彩、声音等进行比拟联想, 借景抒情, 创造趣味性与艺术性的同时, 引导体验者消费[10]。

4 结语

随着物质文明程度的提高和对高品质生活的追求, 体验式设计将成为商业步行街景观设计的指导思想。体验式景观设计是和谐的、可持续发展的景观设计, 商业步行街设计应始终站在体验者的角度去思考和体会, 提高景观的可参与性, 注重调动人的多维感官, 使体验者以个性化的方式融入商业步行街景观中; 合理组织商业步行街体验功能, 在提升物质环境的基础上应注重从非物质的情感方面来提升步行街品质, 应借助当地的历史、民俗、艺术等文化要素表现步行街的文化内涵, 塑造具有场所精神的景观环境形象。

参考文献

[1][美]约翰·O·西蒙兹.景观设计学[M].俞孔坚, 王志芳, 孙鹏, 译.北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[2]刘伟.城市居住区体验式景观建设初探[J].河南科技, 2013 (17) :137, 139.

[3]王红奕.园林建设中的互动性设计研究[D].杭州:浙江大学, 2010.

[4]李珊.体验式景观设计[D].保定:河北农业大学, 2014.

[5]孙伟.体验式设计[J].四川建筑, 2006, 26 (3) :36-40.

[6]李美涟.体验设计[D].长春:吉林大学, 2004.

[7]徐文佳.体验性商业景观设计初探[D].重庆:重庆大学, 2013.

[8]吴限.叙事性景观设计研究[D].重庆:重庆大学, 2013.

[9]李栋.重庆商业步行街外部空间特色研究[D].重庆:重庆大学, 2010.

篇3：步行式插秧机优化设计研究论文

关键词：农业机械；机动插秧机；手扶式；变速箱；关键部件；优化设计

中图分类号：S223.91+2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）12-0011-03

水稻插秧机按动力可分为人力插秧机和机动插秧机，机动插秧机具有更高的作业效率。机动插秧机主要包括工作部分和动力行走部分，其中：工作部分由分插秧机构、移盘机构、送秧机构、秧盘、压苗架、插秧深度传感器、左右水平传感及调平器、滑行器、送秧离合器等组成；动力行走部分由发动机、传动箱、驱动轮、操向装置、牵引架、悬挂装置、液压转向和升降系统等组成。

变速箱是手扶式机动插秧机的核心部件之一，对变速箱进行优化设计，可以降低整机能耗，提高整机可操作性，从而提高整机的工作性能。

1 变速箱动力传递机构

变速箱轴系结构及路上行走挡、前进挡、空挡、倒挡时的动力传递路线如图1—4所示。

2 变速箱参数设计

2.1 变速箱基本参数设计

变速箱的基本参数如表1所示。

2.2 齿轮参数设计

变速箱选用直齿齿轮传动，选用滑动齿轮换挡。齿轮参数如表2所示。

2.3 主传动轴设计

主传动轴上零件布置方案如图5所示。主传动轴上的受力分析如图6所示。

2.4 轴上花键参数设计

为了方便加工，将轴上的花键模数选择一致，取m=1 mm。选择花键压力角为30°，平齿根。轴上内外花键的详细参数如表3所示。

3 结论

通过对手扶式机动插秧机变速箱关键部件进行上述的优化设计，使得整机结构轻盈、机体牢固，提高了作业效率，大幅度降低了劳动强度。

参考文献

[1] 白人朴.关于水稻生产机械化技术路线选择的几个问题[J].中国农机化，2011，22（2）：12-16.

[2] 李传奎，李晓东.水稻生产机械化技术环节分析[J].农业机械，2007（4）：339-357.

[3] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007.

篇4：插秧机分插机构尺寸参数优化设计

关键词：分插机构；插秧机；优化设计；可视化界面

中图分类号：S223.91+2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）04-0040-03

分插机构是插秧机的核心工作部件，其性能的优劣直接影响插秧质量。交错轴斜齿行星轮系分插机构为水稻宽窄行种植的一种核心机构，其工作轨迹为复杂的空间海豚型轨迹，但是其优化方法尚不明确。为了优化宽窄行分插机构的尺寸，本文提出基于宽窄行分插机构的运动轨迹，建立分插机构的尺寸优化模型。

1 分插机构尺寸优化模型

1.1 设计参数

分插机构尺寸优化设计变量为：偏心距e、偏心齿轮半径R、中心距a、偏心齿轮螺旋角β、初始安装角φ0、行星架拐角δ0、栽植臂初始安装角α0和分插机构栽植臂S。模型的设计参数表述为：X=（e，R，a，α0，φ0，δ0，S，β）。

1.2 目标函数

水稻宽窄行栽培技术是指水稻秧苗在单位总行数不变、穴距适当增加、穴数适当减少的条件下，把原来单一等距的行距变成宽窄相间、合理搭配的栽培方式，即宽行距40 cm、窄行距20 cm，如图1所示。

传统水稻插秧的行距为30 cm，为了达到水稻宽窄行种植的目的，设水稻插秧机作业时在纵方向偏移量△S=50 mm，并确定纵方向偏移量为优化目标。同时，栽植臂需要完成摘取秧苗和推送秧苗的过程，其绝对运动时插秧穴口的宽度也影响着秧苗的直立性，因而插秧轨迹的高度差△y、插秧穴口宽度△x同样为优化目标。

1.3 约束条件

1.3.1 取秧点 水稻插秧机在取秧时栽植臂的秧针与水平面的夹角应该在-5～25°之间，栽植臂到达取秧点时如图2所示。

通过插秧轨迹的高度差来最大限度地限制插秧轨迹的高度差，设定上、下限的范围为偏差±10 mm内。

1.3.6 其他约束条件 其他线性约束A，b由Rbmin-Rb≤0及给定的e，R，a界限确定。

1.4 优化计算的实现

将上述约束条件中的非线性约束条件存于fxxystj.m中，利用MATLAB的MAX及MIN函数完成各参数极值的寻找。给定初始值x0=[R e a φ0 δ0 α0 S β]，调用目标函数及非线性约束条件语句为：[x，f]=fmincon （'myfunction'，x0，A，b，[]，[]，[]，[]，'fxxystj'），将上述程序存于yhjieguo.m文件中，以方便后续回调函数中文件的调用。

2 参数化设计界面

2.1 界面设计

利用MATLAB中可视化设计工具GUI完成系统编辑，实现分插机构尺寸优化的可视化设计。尺寸优化界面如图4所示。

运算需输入已知参数值，求得在满足条件范围的偏心齿轮半径等值。运算结束后，输出各参变量的值，显示水稻插秧机分插机构尺寸的最优解。最优化程序编辑完成并存于M文件中，实现优化需调用yhjieguo.m文件。偏心非圆齿齿轮的优化结果界面如图5所示。

2.2 程序设计

首先将运动规律输入到MATLAB中，非线性约束条件fxxystj.m文件中通过f=str2num （get（handles.edit1，'String'））函数获得运动参数值，通过set（handles.edit11，'string'，num2str（alpha））函数来显示优化结果。

3 优化结果

根据约束条件的描述，给定R，e，a，φ0，δ0，S，β的界限：18 mm≤R≤2 mm，3 mm≤e≤5 mm，36 mm≤a≤42 mm，4°≤φ0≤12°，70°≤δ0≤90°，-90°≤α0≤

-100°，170 mm≤S≤180 mm，8°≤β≤20°。确定优化变量初值：x0=[e R a φ0 δ0 α0 S β]=[4 19 38 5 80 -95 180 15]，根据选定的Fmincon函数进行运算，选定高度差为250 mm，绝对运动中插秧穴口宽度为23 mm，秧针在纵方向的位移偏移量为50 mm。优化结果与原数据见表1。

优化后分插机构的纵向运动范围△S=50 mm，通过数据对比可知，优化效果明显，实现了优化目的。应用MATLAB工具进行优化求解，具有简单易行、便于设计师使用的特点，可将设计师从繁重、重复的设计、计算中解放出来，从而提高了产品的设计效率。

参考文献

[1] 吕美巧.我国水稻种植机械化概况及发展方向[J].湖南农机，2010（3）：3-4.

[2] 原思聪.MATLAB语言及机械工程应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 俞高红.旋转式分插机构运动学多目标非劣解群自动寻求[J].农业机械学报，2009（6）：47-51.

Abstract： In the article， it built the model of dimension optimization according to wide and narrow row separating planting mechanism； based on the motion path of wide and narrow row separating planting mechanism， reversed to seek the important dimension parameters of separating planting mechanism； the constraint conditions are a lot and complex， for solving it， it used Fmincon function of MATLAB to solve； and upgraded the optimization design to visual design system， it is easy to effectively extend for the method， and raised the design efficiency.

Key words： separating planting mechanism； transplanter； optimization design； visual interface