[发明专利]一种高速水稻钵苗插秧机移箱机构多学科优化设计方法

说明书

技术领域：

本发明属于农业机械设计领域，涉及一种结构全局优化设计方法，主要涉及一种高速水稻钵苗插秧机移箱机构多学科优化设计方法。

背景技术：

高速水稻钵苗插秧机移箱机构是一种多目标、强耦合、非线性、模糊性问题。通过螺旋轴与转子和滑套之间的相互配合，将螺旋轴的旋转运动转化成轴向的左右往复运动，涉及的学科、变量、目标繁多，传统的优化设计方法难以满足总体设计的要求，多个学科或全系统的一体化设计优化的需求越来越迫切。随着多学科优化方法以及功能强大的计算机软件集成平台ISIGHT的发展，特别是在船舶、航天飞行器、汽车、电子设计领域的优秀表现，农业机械工程设计领域也开始逐渐借鉴这种全局高效的优化方法。为有效提高计算效率、节省各个学科精确分析时的计算开销，寻求系统的最优方案，采用多学科设计优化方法对移箱机构进行设计优化十分有必要。多学科设计优化方法将移箱机构各变量、目标有效地组织起来，实现学科之间的关联、通讯和解耦，可以在降低质量的前提下提高移箱机构平稳性和精准性能。

发明内容：

本发明目的就是为了为了解决高速水稻钵苗插秧机移箱机构传统优化方法难以找到全局最优解、设计周期长、产品设计成本高的缺点，提供一种高速水稻钵苗插秧机移箱机构多学科优化设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高速水稻钵苗插秧机移箱机构多学科优化设计方法，其特征在于：

利用ISIGHT多学科优化设计平台，根据试验设计方法，采用最优拉丁超立方设计进行灵敏度分析，得出设计参数与各学科优化目标的相关性以及对应的目标输出响应，选择相关性高的设计参数作为设计变量，选用空间局部Kr iging插值法，将得出设计变量与各学科目标输出响应，构建近似代理模型来逼近实验数据，采用协同优化方法，集成SolidWorks、ANSYS Workbench、Adams软件模块，实现数据循环交换，完成钵苗移箱机构的建模、仿真和优化的智能高效运算，得到最佳设计变量。

所述的一种高速水稻钵苗插秧机移箱机构多学科优化设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1：结合水稻钵苗横向送秧距离为钵苗宽度的要求，利用SolidWorks软件进行移箱机构基本参数化结构设计，设计包括螺旋轴、转子、滑套，其中螺旋轴包括双螺旋线和过渡曲线；

步骤2：利用步骤1中构建的移箱机构结构，针对高速水稻钵苗栽插过程平稳性、精准性以及轻量化需求，基于多学科分解理论对移箱机构进行系统分解，将系统分解为运动学、动力学、静力学三个学科，分别利用ANSYS Workbench、Adams软件进行特性分析；

步骤3：结合协同优化理论，确定各学科的优化变量、约束、目标，各学科优化变量X_m＝{x_m1，x_m2，x_m3，x_m4，x_m5...x_mn}，设计目标为一致性约束R_m取最小值，设计变量需要满足的相应约束方程g_m(x_m1，x_m2，x_m3，x_m4，x_m5...x_mn)≤0，其中，σ为约束限制；m＝1，2，3；n为学科优化变量数；子学科数学模型为：

Fins Z_m＝[X₁，X₂、X₃...X_n]^T

min R_m＝(X_m1-X_sysm1^*)2+(X_m2-X_sysm2^*)²+(X_m3-X_sysm2^*)²+...+(X_mn-X_sysmn^*)²

s.t g₁＝σ₁-[σ]≤0

g₂＝σ₂-[σ]≤0

…

g_n＝σ_n-[σ]≤0