Optimal design of an onion planting mechanism based on a denatured Pascal limacon gear

Liu, Yongping (avtor), Wang, Jianli (avtor), Dong, Changbin (avtor)

Mechanized onion planting is crucial for improving efficiency and reducing labor costs. However, traditional elliptical gear-driven planting mechanisms often exhibit issues such as unstable trajectories and excessively high velocities and accelerations. To address this, this paper proposes a parallelogram planting mechanism based on a denatured Pascal limacon gear drive. By analyzing the mechanism’s operating principle and the transmission characteristics of the denatured Pascal limacon gear, a kinematic model was established. The effects of parameters such as gear denaturation coefficient, drive speed, and link dimensions on the planting point trajectory and motion velocity were investigated. Results indicate that the denaturation coefficient, crank length, and initial mounting angle significantly influence the mechanism’s performance. Based on these findings, multi-objective optimization using a genetic algorithm was conducted to meet agronomic requirements. The optimized mechanism achieves a planting depth of 27 mm at a forward speed of 0.3 m/s and a gear angular velocity of 2π rad/s. Horizontal velocities at soil entry and exit approach zero, acceleration changes gradually during the planting phase, and operational stability is significantly enhanced. Compared to the elliptical gear drive configuration, it demonstrates superior overall performance.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: denatured Pascal limacon gear, onion transplanting, non-circular gear, asymmetric transmission, optimization algorithm
• Vrsta gradiva: Članek v reviji
• Tipologija: 1.01 - Izvirni znanstveni članek
• Organizacija: FS - Fakulteta za strojništvo
• Status publikacije: Objavljeno
• Različica publikacije: Objavljena publikacija
• Leto izida: 2026
• Št. strani: Str. 72-83
• Številčenje: Vol. 72, no. 3/4
• PID: 20.500.12556/RUL-182483
• UDK: 621.833: 519.16
• ISSN pri članku: 0039-2480
• DOI: 10.5545/sv-jme.2025.1517
• COBISS.SI-ID: 278033411
• Datum objave v RUL: 13.05.2026

Gradivo je del revije

• Naslov: Strojniški vestnik
• Skrajšan naslov: Stroj. vestn.
• Založnik: Zveza strojnih inženirjev in tehnikov Slovenije [etc.], = Association of Mechanical Engineers and Technicians of Slovenia [etc.
• ISSN: 0039-2480
• COBISS.SI-ID: 762116

Licence

• Licenca: CC BY 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva 4.0 Mednarodna
• Povezava: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.sl
• Opis: To je standardna licenca Creative Commons, ki daje uporabnikom največ možnosti za nadaljnjo uporabo dela, pri čemer morajo navesti avtorja.

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Optimalna zasnova mehanizma za sajenje čebule na osnovi zobnika v obliki deformiranega Pascalovega polža

Izvleček

Mehanizirano sajenje čebule je ključno za izboljšanje učinkovitosti in zmanjšanje stroškov dela. Vendar pa tradicionalni sadilni mehanizmi, gnani z eliptičnimi zobniki, pogosto izkazujejo težave, kot so nestabilne trajektorije ter previsoke hitrosti in pospeški. Za odpravo teh pomanjkljivosti članek predlaga paralelogramski sadilni mehanizem, ki temelji na pogonu z zobnikom v okliki deformiranega Pascalovega polža. Z analizo principa delovanja mehanizma in prenosnih značilnosti zobnika je bil vzpostavljen kinematični model. Preučeni so bili vplivi parametrov, kot so koeficient deformacije zobnika, pogonska hitrost in dimenzije členov, na trajektorijo sadilne točke ter hitrost gibanja. Rezultati kažejo, da koeficient deformacije, dolžina ročice in začetni montažni kot bistveno vplivajo na delovanje mehanizma. Na podlagi teh ugotovitev je bila izvedena večkriterijska optimizacija z uporabo genetskega algoritma, da bi zadostili agronomskim zahtevam. Optimiziran mehanizem doseže globino sajenja 27 mm pri napredovalni hitrosti 0,3 m/s in kotni hitrosti zobnika 2π rad/s. Horizontalni hitrosti ob vstopu in izstopu iz tal se približata vrednosti nič, spremembe pospeška med fazo sajenja so postopne, operativna stabilnost pa je bistveno izboljšana. V primerjavi s konfiguracijo z eliptičnim zobnikom izkazuje boljše celotne zmogljivosti.

• Ključne besede: zobnik v obliki deformiranega Pascalovega polža, presajanje čebule, nekrožni zobnik, asimetrični prenos, optimizacijski algoritem