基于牛蒡自動播種機的UG仿真

馬俊生，王一羽，季文靜，韋尚頂，黃世堅

(廣西大學(xué) 機械工程學(xué)院，廣西 南寧　530004)

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基于牛蒡自動播種機的UG仿真

馬俊生，王一羽，季文靜，韋尚頂，黃世堅

(廣西大學(xué) 機械工程學(xué)院，廣西 南寧530004)

摘要：針對我國主要人工播種牛蒡存在的問題，在現(xiàn)有牛蒡種植方法的基礎(chǔ)上，研發(fā)一種播種質(zhì)量高、能耗低、可以廣泛應(yīng)用于牛蒡機械化種植的牛蒡自動播種機。為此，介紹了牛蒡播種機的工作原理，并運用三維軟件UG進行運動學(xué)分析，真實再現(xiàn)了牛蒡自動播種機的工作狀況。結(jié)果表明：牛蒡自動播種機能夠滿足實際工作要求。

關(guān)鍵詞：牛蒡；自動播種機；三維軟件；仿真

0引言

我國在 20 世紀 80 年代從日本引進牛蒡，現(xiàn)已在山東、江蘇、安徽、黑龍江等地大面積種植。牛蒡根、莖葉、果實(牛蒡子)均可供藥用。牛蒡子是一種傳統(tǒng)中藥,味辛、苦、寒,歸肺、胃二經(jīng),具疏散風(fēng)熱、宣肺透疹、消腫解毒之功效;用于風(fēng)熱感冒、咳嗽痰多、咽喉腫痛、斑疹不透、風(fēng)疹作癢及癰腫瘡毒等癥。牛蒡葉多作外用,有明顯的消炎、解毒、鎮(zhèn)痛作用。目前，牛蒡根在日本和歐洲作為蔬菜上市。

我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有較為成熟的種植技術(shù)，但在實際生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)機械化程度較低。為此，在現(xiàn)有牛蒡種植方法的基礎(chǔ)之上，提出了一種牛蒡自動播種機，能夠?qū)崿F(xiàn)播種不同長度、不同品種的牛蒡種子，且可自動篩選出一顆種并自動播種，播種成功率達90%以上。因此，牛蒡自動播種機具有極大的推廣價值。

若對牛蒡自動播種機的研究是通過類比或經(jīng)驗得出，則這種傳統(tǒng)方法具有一定的盲目性和局限性。因此，需要采用更為科學(xué)合理的設(shè)計方法，并為牛蒡自動播種機的生產(chǎn)和制造提供更加有效的參數(shù)。本文通過三維軟件UG建立牛蒡自動播種機的三維模型，真實再現(xiàn)了牛蒡自動播種機的工作狀況，并對播種機進行了運動學(xué)分析和三維仿真。此方法可對提高牛蒡自動播種機的壽命、加工精度和降低制造成本提供參考。

1整機結(jié)構(gòu)及工作原理

牛蒡自動播種機主要由鉛蓄電池、電動機、動力傳動部分、行走機構(gòu)、篩種機構(gòu)和播種機構(gòu)等組成，如圖1所示。

1.皮帶輪1　2.皮帶　3.皮帶輪2　4.主動輪　5.分土犁

傳動部分由皮帶輪1、皮帶、皮帶輪2將電動機提供的動力傳遞至傳動軸1。如圖2所示，傳動軸1一方面帶動主動輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)牛蒡自動播種機的行走；另一方面帶動皮帶輪3，通過傳動帶、皮帶輪4、傳動軸2、齒輪組將動力傳遞給傳動軸3；傳動軸3帶動篩種器轉(zhuǎn)動實現(xiàn)篩選牛蒡種子并播種。

2土壤質(zhì)點的運動規(guī)律分析

2.1土壤質(zhì)點速度

分土犁(見圖3)的工作過程是松動土壤，并在土壤中形成一道溝壑，便于牛蒡種子的播種?，F(xiàn)以位于分土犁刀尖處的土壤質(zhì)點A為研究對象，分土犁以前進速度v前進行向前運動，泥土分別以速度v排1、v排2沿分土犁兩側(cè)排出。質(zhì)點速度如圖4所示。

1.皮帶輪4　2.齒輪組　3.傳動軸3　4.傳動帶　5.皮帶輪3

圖3　分土犁的結(jié)構(gòu)圖

圖4　土壤質(zhì)點的速度圖

式中v前—分土犁向前運動速度(m/s)；

v排1、v排2—泥土排除速度(m/s)；

δ—v排1、v排2與水平線的夾角(°)。

2.2土壤質(zhì)點的加速度

土壤質(zhì)點在松土過程中位于勻速向前的分土犁的兩側(cè)，且相對于分土犁兩側(cè)相對滑動，加速度如圖5所示。根據(jù)運動學(xué)知識，絕對加速度等于牽連加速度與相對加速度的矢量和，則

式中aa—絕對加速度；

ae—牽連加速度；

ar—相對加速度。

圖5　土壤質(zhì)點的加速度圖

2.3土壤質(zhì)點的力學(xué)分析

以分土犁葉片上任意質(zhì)點作為研究對象，其受力如圖6所示。

圖6　受力圖

圖6中：G為土壤質(zhì)點的質(zhì)量；N為分土犁上的法向壓力；F為土壤質(zhì)點受到的慣性力。

3牛蒡自動播種機的運動學(xué)分析

3.1牛蒡自動播種機的三維模型

要進行播種機的運動學(xué)分析，需對播種機建立三維模型。牛蒡自動播種機主要由鉛蓄電池、電動機、動力傳動部分、行走機構(gòu)、篩種機構(gòu)和播種機構(gòu)等組成。在三維軟件Inventor中建立播種機的模型如圖7所示。

3.2創(chuàng)建驅(qū)動條件

在牛蒡自動播種機中，只有一個動力源。其傳動軸的動力角加速度為ω1 = 270°/s;驅(qū)動條件如圖8所示。

圖7　牛蒡自動播種機的三維模型

圖8　牛蒡自動播種機的驅(qū)動條

3.3運動仿真的解算方案

經(jīng)UG基于運動學(xué)與動力學(xué)的綜合分析，確定好重力常數(shù)的大小和方向，確定好解算方案，如圖9所示。

3.4分土犁運動仿真的解算結(jié)果

經(jīng)UG運動學(xué)分析，分土犁刀尖位置位移圖如圖10 所示，分土犁刀尖位置的速度圖如圖11所示。

由運行的結(jié)果分析可得：分土犁刀尖位置的運動為勻速直線運動，其速度為896mm/s。

3.5播種器運動仿真的解算結(jié)果

經(jīng)UG運動學(xué)分析，以播種器的某一凹坑作位置跟蹤，其位移圖如圖12 所示； 播種器的角速度如圖13所示。

圖9　牛蒡自動播種機的解算方案

圖10　分土犁刀尖位置的位移圖

圖11　分土犁刀尖位置的速度圖

圖12　播種器的某一凹坑位移圖

圖13　播種器的角速度圖

由運行的結(jié)果分析可得，播種器的運動為勻速轉(zhuǎn)動，其速度是172(°)/s。

4結(jié)論

1)三維仿真軟件UG 真實再現(xiàn)了牛蒡自動播種機的工作工況。

2)牛蒡自動播種機能夠滿足工作要求。

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UG Simulation Based on Burdock Automatic Seeder

Ma Junsheng， Wang Yiyu， Ji Wenjing， Wei Shangding， Huang Shijian

(School of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)

Abstract：In view of our country mainly adopts artificial planting burdock, on the basis of the existing burdock planting methods,developing a planting high quality,low energy,consumption can be widely applied to burdock burdock mechanization planting automatic seeder.This paper introduces the working principle of the burdock seeder and kinematics analysis was carried out on using 3 d software UG,burdock automatic seeder real work condition.The results show that the burdock automatic machine can satisfy the working requirements.

Key words：burdock automatic seeder; three-dimensional software; simulation

文章編號：1003-188X(2016)05-0048-04

中圖分類號：S223.2+6

文獻標識碼：A

作者簡介：馬俊生(1994-)，男(壯族)，南寧人，碩士研究生，(E-mail)460399160@qq.com。

基金項目：廣西大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(141059301)

收稿日期：2015-04-28