基于ADAMS的聯(lián)合收割機(jī)切割機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

王孫 楊洋 王志剛 張華培

摘要：為了解聯(lián)合收割機(jī)切割機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，需對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。聯(lián)合收割機(jī)切割機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿一搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。首先利用三維設(shè)計(jì)軟件Creo，實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)合收割機(jī)切割機(jī)構(gòu)模型的建立。然后采用CAE分析軟件ADAMS對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，得出切割機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件曲線(xiàn)軌跡，為后期切割機(jī)構(gòu)的改進(jìn)提供必要的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ADAMS；切割機(jī)構(gòu)；曲柄搖桿一搖桿滑塊機(jī)構(gòu)

Simulation of cutting mechanism based on ADAMS

WANG Sun YANG Yang WANG Zhigang ZHANG Huapei

（610039 School of Mechanical Engineering & automation， Xinhua University，Sichuan，Chengdu）

Abstract： Motion trajectories for the understanding of combine harvester cutting mechanism，need carries on the kinematics simulation analysis. The driving mechanism of combine harvester cutting mechanism is a crank and rocker rocker slider mechanism .First， using three-dimensional design software Creo， to achieve the establishment of cutting mechanism model of thecombine harvester ， Then using CAE analysis software ADAMS on the cutting mechanism of the kinematics simulation analysis， obtains the cutting mechanismmotion curve track， also provides the theory support for the later improvementcutting mechanism.

Key words： ADAMS；The cutting mechanism；Crank rocker 一rocker slider mechanism

引言

隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策的不斷實(shí)施，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械市場(chǎng)迎來(lái)了發(fā)展的春天，特別是農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)領(lǐng)域。目前大部分切割器在作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性較差，影響了切割質(zhì)量，需設(shè)計(jì)出符合實(shí)際作業(yè)需要的切割裝置是收割機(jī)研制較關(guān)鍵的一步。收割機(jī)械切割裝置有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種，往復(fù)式利用動(dòng)刀片相對(duì)于護(hù)刃器上的定刀片做往復(fù)的剪切直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，將禾株切斷[1]。本機(jī)構(gòu)采用往復(fù)式，其割刀割幅較寬，并且工作效率高，可獲得較好的切割質(zhì)量，割茬平齊，且不會(huì)產(chǎn)生割碎作物的現(xiàn)象[2]。

1.切割機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和切割原理

聯(lián)合收割機(jī)的切割裝置主要有切割器和割刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。本機(jī)構(gòu)切割器采用標(biāo)準(zhǔn)II型切割器。

聯(lián)合收割機(jī)的割刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿一搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，它由曲柄、連桿、搖桿和滑塊組成，該連桿機(jī)構(gòu)亦為空間機(jī)構(gòu)，將水平傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為搖桿繞與該軸呈空間異面垂直軸線(xiàn)的往復(fù)擺動(dòng)[3]。曲柄和連桿通過(guò)一圓柱副相連，連桿和搖桿也通過(guò)圓柱副相連，搖桿設(shè)計(jì)成扇形增加整個(gè)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，可以增加該機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，亦可使滑塊在槽內(nèi)驅(qū)動(dòng)割刀趨于直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其在Creo中的模型如圖1。

1—曲柄；2—連桿；3—搖桿；4—滑塊；5—水平傳動(dòng)軸；

該機(jī)構(gòu)切割原理如圖2-圖3。此機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由水平傳動(dòng)軸提供，其通過(guò)一對(duì)錐齒輪驅(qū)使曲柄以O(shè)為圓心， LOA為半徑圓周轉(zhuǎn)動(dòng)；曲柄OA的回轉(zhuǎn)使連桿AB能夠在一定的空間范圍內(nèi)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)；從而帶動(dòng)搖桿BD繞C點(diǎn)一定范圍的擺動(dòng)，搖桿固定在機(jī)架于C點(diǎn)，搖桿BD的擺動(dòng)驅(qū)使安裝在D點(diǎn)上的滑塊的往復(fù)移動(dòng)，搖桿BD設(shè)計(jì)成扇形可使滑塊趨于直線(xiàn)往復(fù)移動(dòng)，滑塊放置于動(dòng)割刀的槽內(nèi)，將動(dòng)力傳遞給動(dòng)割刀，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)割刀的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)刀片和定刀片的往復(fù)式直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的作用下，完成切割作業(yè)。其空間機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2。

2.切割機(jī)構(gòu)的建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析

2.1 切割機(jī)構(gòu)的建模

對(duì)割刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，首先要建立三維模型，割刀機(jī)構(gòu)的三維模型主要在軟件Creo中建立。將建好后將模型在CROE中另存為X_T格式。在ADAMS軟件中調(diào)用導(dǎo)入X_T文件，給每一個(gè)構(gòu)件添加運(yùn)動(dòng)副，然后給曲柄添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。

在ADAMS中仿真分析有效，需對(duì)導(dǎo)入的三維模型定義材料質(zhì)量等屬性，在添加運(yùn)動(dòng)副約束時(shí)避免過(guò)約束和欠約束并且在滑塊和方框槽間定義運(yùn)動(dòng)之間接觸的摩擦系數(shù)等[2]，在ADAMS添加好約束與驅(qū)動(dòng)的三維模型如圖3所示。

2.2 切割裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析

根據(jù)割刀的實(shí)際情況，設(shè)定曲柄的角速度為30r/min時(shí)，由于滑塊與搖桿相連，通過(guò)仿真搖桿即可，仿真后通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)設(shè)置得到該機(jī)構(gòu)搖桿運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線(xiàn)軌跡如以下圖4-圖6。

從上圖顯示的運(yùn)動(dòng)軌跡看出，當(dāng)曲柄OA做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)連桿驅(qū)使扇形搖桿BCD做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。同時(shí)可以看到此機(jī)構(gòu)運(yùn)行較平穩(wěn)，具有良好的穩(wěn)定性，符合設(shè)計(jì)的需要。

3.結(jié)束語(yǔ)

本論文利用ADAMS軟件對(duì)收割機(jī)的切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)，提高整個(gè)設(shè)計(jì)效率，結(jié)論可看到該機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007，11（2）：98-125.

[2]陳樹(shù)人.基于ADAMS秧草收割機(jī)往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[M].農(nóng)業(yè)裝配技術(shù)，2010.

[3]孫書(shū)民.半喂入式小型收割機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與樣機(jī)研制[D].成都：西南交通大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：

王孫（1990—），男，漢族，江蘇東臺(tái)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論。