3585 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動特性仿真

3585 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動特性仿真,往復(fù),割刀,曲柄,連桿機(jī)構(gòu),運動,特性,仿真 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動特性仿真設(shè)計說明書學(xué)生姓名 xxxxxx 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 12-1 指導(dǎo)教師 xxxxxx 日 期 2012.05 xxxxxx 大學(xué)教務(wù)處制目 錄1 緒論 ................................................................................................................................................ 1 1.1 切割器的要求 ........................................................................................................................ 1 1.2 影響切割質(zhì)量的因素 ............................................................................................................ 1 2 切割器的參數(shù)選取和計算 ........................................................................................................2 2.1 切割器的種類 ....................................................................................................................... 2 2.2 動刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù) .................................................................................................................2 2.3 曲柄轉(zhuǎn)速的確定 ..................................................................................................................... 32.4 收割機(jī)的進(jìn)距計算 ................................................................................................................ 42.5 切割器功率計算 .....................................................................................................................4 2.6 驅(qū)動曲柄所需的轉(zhuǎn)矩 ............................................................................................................4 3 切割圖的繪制與分析 .................................................................................................................5 3.1 切割圖的繪制步驟 ................................................................................................................ 5 3.2 切割圖分析 .............................................................................................................................5 4 曲柄柄連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真 ...............................................................................................5 4.1 技術(shù)路線 ............................................................................................................................... 6 4.2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu)簡圖 .............................................................................................................6 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的建模與裝配 ................................................................................... 7 4.4 干涉檢驗 .................................................................................................................................8 4.5 基于 ADAMS 的往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真 ..............................................................95 機(jī)構(gòu)優(yōu)化 .........................................................................................................................................95.1 動刀組位置分析 ....................................................................................................................105.2 機(jī)構(gòu)的修改 ...........................................................................................................................11 5.3 修改后的機(jī)構(gòu)零件建模 ........................................................................................................125.4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)重新裝配 .......................................................................................................12 6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析 ......................................................................................................14 7 結(jié)論 ...............................................................................................................................................15 小結(jié) ...................................................................................................................................................16 致 謝 ..................................................................................................................................................17參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................................18 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 1 -1 緒論大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要條件，只有實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，才能真正提高農(nóng)民收入，人民的生活水平才能得以改善。切割器是各種收割機(jī)械的重要工作部件。目前，各種收割機(jī)械普遍采用的切割器有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。往復(fù)式割刀副較寬，并且工作效率高，可獲得較好的采摘質(zhì)量，割茬平齊，且不會產(chǎn)生割碎作物的現(xiàn)象。其缺點是工作慣性力大，割臺震動和噪音都很大，廣泛應(yīng)用于谷物收獲。回轉(zhuǎn)式切割器用于收獲牧草、青飼料、粗稈作物等，少數(shù)谷物也使用這種切割器。回轉(zhuǎn)式切割器的切割速度高，慣性力容易平衡，震動較小，割刀的結(jié)構(gòu)比較簡單。但受回轉(zhuǎn)直徑的限制，不能用于寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費很高。當(dāng)前，收獲機(jī)上使用的切割器以往復(fù)式最多，而且制造技術(shù)趨于完善，只是在局部有所改進(jìn)，但其慣性力不平衡仍是主要問題。國內(nèi)收割機(jī)起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國及加拿大等國家進(jìn)口為主。很多連接或支撐部件沒有經(jīng)過詳細(xì)的計算，二十根據(jù)發(fā)達(dá)國家已造好的收割機(jī)的尺寸設(shè)計制造的，使得收割機(jī)體積龐大，質(zhì)量偏大。大型收割機(jī)是非常復(fù)雜的機(jī)械裝備，大型收割機(jī)的使用對土地的平整和規(guī)模有更高的要求，華北平原，三江平原等重要的小麥，水稻產(chǎn)區(qū)很早就使用聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。相對大型收割機(jī)，小型收割機(jī)的設(shè)計更隨意，現(xiàn)在國內(nèi)很多院校都開始嘗試針對設(shè)計制造小型收割機(jī)。這些院校設(shè)計適合本地土地環(huán)境和生產(chǎn)力的小型收割機(jī)，這種收割機(jī)價格低，維修簡單，使用方便，適合各種地形，保養(yǎng)要求低，適合小農(nóng)戶規(guī)模的生產(chǎn)。往復(fù)式割刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其作用是將源動力的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為割刀所需的直線往復(fù)式運動。目前，國內(nèi)的收割機(jī)采用的往復(fù)式機(jī)構(gòu)種類眾多。大致上可以歸納為曲柄連桿機(jī)構(gòu)和擺環(huán)機(jī)構(gòu)兩類。傳統(tǒng)的往復(fù)式手工費器大都采用單邊驅(qū)動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機(jī)將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙邊驅(qū)動，兩段刃桿的運動方向總是相反，可部分抵消慣性力。由于南方水田深泥腳，水稻收獲是切割器易被泥土卡住，因此久保田收割機(jī)將刀桿加寬，在其底部挖了排泥孔，割刀在運動時可將進(jìn)入切割器間隙的泥土及時排出。此外，這種機(jī)型還加裝了割刀自動潤滑系統(tǒng)，可將潤滑油自動滴到刀桿上，隨動刀的運動而進(jìn)入摩擦間隙，以免手工加油發(fā)生危險。1.1 切割器的要求切割器是收獲機(jī)械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷，切割器應(yīng)該滿足一下要求：1）切割質(zhì)量好：割茬整齊，不漏割，不重割，不堵刀，切割損失?。?）切割省力，功率消耗少，振動小；3）通用性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。切割器按照其運動方式可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種，經(jīng)過多年的研究，其技術(shù)已較為成熟，基本可以滿足上述需要，但也存在許多問題。1.2 影響切割質(zhì)量的因素切割質(zhì)量與切割器的特性、莖稈的物理性能、切割器與莖稈的相對位置以及切割的速度和方向都有密切的關(guān)系。1）切割器的機(jī)構(gòu)刀片的斷面一般呈楔形，楔角的頂部就是刃口，刃口越薄切割阻力就越小，但如果刃口過于單薄，強(qiáng)度不夠，很快磨損或折斷，影響其使用壽命。往復(fù)式切割器使用梯形刀片，其形狀參數(shù)對夾持莖稈并輕快切割具有決定性作用。2）作物莖稈有纖維素構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)上講是非均勻體，不同方向上機(jī)械性能并不相同，有關(guān)專家對橫切、斜切和削切做了對比，證明割刀偏斜 或削切較橫切切割阻力和功耗都降低很多。?45莖稈的剛度對切割也有重要影響，剛度小的莖稈受很小外力就會彎斜，割刀必須具有一定的切割速度，或給予莖稈一定的支撐，才能保證順利切割。3）切割速度一般來講，隨切割速度的增加，切割阻力會有所降低，但二者并非線性關(guān)系，而且切割速度增加時空轉(zhuǎn)功率也會上升，割臺震動加劇，所以稻麥往復(fù)式切割器割刀平均速度一般不超過2m/s。往復(fù)式切割器的特點往復(fù)式切割器的割刀作直線運動，割刀的平均切割速度較低，切割性能好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，廣泛應(yīng)用在谷物收割機(jī)上。它的缺點是工作時慣性力大，割臺振動和噪聲都很大，一次切塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 2 -割存在重割和漏割區(qū)域，故割茬不夠整齊。傳統(tǒng)的往復(fù)式切割器大都采用單邊驅(qū)動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機(jī)將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙邊驅(qū)動，兩段刀桿的運動方向總是相反，可部分抵消慣性力。2 切割器的參數(shù)選取和計算2.1 切割器的種類根據(jù)割刀行程，動刀片間距和定刀片間距三者的不同組合關(guān)系，分成下列三種類型的切割器。2.1.1 單刀距行程型割刀器其尺寸關(guān)系 如圖 2-1 a） mts2.760?這種形式也叫標(biāo)準(zhǔn)型切割器。其特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較好，對粗細(xì)莖稈的適應(yīng)性較好。但切割莖稈時傾斜度大，割茬變化較大。2.1.2 低割型切割器其尺寸關(guān)系為： 如圖 2-1 b）ts4.150切割器割刀行程和動刀片間距相等，是護(hù)刃齒間距的兩倍。切割谷物時，莖稈橫向傾斜量小，割茬較低，對收割大豆和收割牧草較為有利，但對粗稈作物的適應(yīng)性較差。低割型切割器由于切割時割刀速度利用段較低，在莖稈青澀和雜草較多時，切割質(zhì)量較差，割茬不齊并有堵刀現(xiàn)象。2.1.3 雙刀距行程型切割器其尺寸關(guān)系 如圖 2-1 c）02ts?雙刀距行程特點為：割刀往復(fù)式運動的頻率低，曲柄轉(zhuǎn)速較慢，因而工作時慣性力力較小。對抗振性較差的小型收割機(jī)具有特殊意義，適用于小型收割機(jī)。綜上所述，通過三種割刀器的對比看出，就收獲牧草量來說，以低割型較好。a) b)c)塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 3 -圖 2-1 割刀示意圖2.2 動刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)動刀是切割器的主要工作零件，對刀片的要求為材料硬度高，耐磨，具有一定的彈性。因此動刀采用光刃結(jié)構(gòu)，光刃切割省力，割茬整齊，但易磨鈍，工作中需要經(jīng)常磨刀。動刀片是一種易損零件，為了保證具有較好的耐磨性和一定的沖擊韌性，刀片一般有 T9 碳素工具鋼制成，刃部需淬火和回火。動刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)有：切割角 α（即刃線的傾角） 、刃部高度 h、刀片的寬度 c 和 d。切割角ɑ 是動刀片的主要參數(shù)，它的大小對切割性能有著重要的影響。既影響切割阻力的大小，又決定能否鉗住莖稈保證可靠地切割。試驗表明，切割角增大，切割阻力減?。寒?dāng) ɑ 由 增至 時，?154切割阻力減小一半。阻力減小的原因在于切割角增加時刀片相對于牧草莖稈的滑切速度 增大。1V（２－１）?sin1V?式中， 為刀片的運動速度，如圖所示。V注：c 為刀片后寬；d 為刀片前寬；h 為刀片刃部高度；A 為刀刃的起始點； 為切割角；V 為刀?片的運動速度圖 2-2 刀片參數(shù)但切割角 過大時將引起莖稈切割時沿刃線向外滑動。甚至鉗不住莖稈，不能保證可靠切割。為?此，必須以鉗住牧草莖稈為前提，盡量選擇較大的切割角 。?切割瞬時，鉗住牧草莖稈的條件為：兩刃作用于莖稈的合力 、 必須在同一條直線上。因為1R21tan?NF?22，?式中， 是動刀片對牧草莖稈的摩擦角，如圖 2-3 所示。 21?圖 2-3 切割原理示意圖得鉗住牧草莖稈的條件為： 。21????經(jīng)測定，光刀動刀片配合時，對牧草莖稈的摩擦角之和為 ~ 。則取動刀片的???521?4塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 4 -切割角 的參數(shù)關(guān)系為 ，因此動刀寬度 ， ，動刀刃部高度??tan2dch??mc35?d6。mh30?2.3 曲柄轉(zhuǎn)速的確定在切割過程中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過中間零件撥叉撥動切割器動刀組相對頂?shù)浇M做往復(fù)式運動對牧草進(jìn)行切割。由于曲柄每轉(zhuǎn)一圈割刀完成 2 個割刀行程（ ）s所以（２－２）3062nvp??式中： ——曲柄的轉(zhuǎn)速nmin/r——割刀行程 ss4.15對于切割平均速度是選用值，谷物干、脆取 1~2 ，牧草青、濕、取大一些，但速sm/度又不宜過大，這里取 2.5 。/可得： in/92r?為了方便計算 in/50r?2.4 收割機(jī)的進(jìn)距計算進(jìn)距：割刀運動一個行程時，機(jī)器前進(jìn)的距離進(jìn)距也是影響切割器切割性能的重要因素，進(jìn)距太小重割區(qū)太大，浪費功率；進(jìn)距太大漏割區(qū)增大。（２－３）nvtvHmm3026?式中： ——機(jī)器前進(jìn)的速度 mvs/——曲柄的轉(zhuǎn)速 ninr2.5 切割器功率計算根據(jù)能量守恒定律可知，往復(fù)式切割器消耗的功率等于曲柄輸入的功率。往復(fù)式切割器的切割功率包括切割牧草的功率和空轉(zhuǎn)時的摩擦功率兩部分。2.5.1 切割功率的計算切割功率和機(jī)器前進(jìn)的速度、收割器的割副以及收割牧草單位面積所消耗的功率有密切關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗公式有（２－４）10LBvNmp??式中 ： ——收割機(jī)的前進(jìn)速度 ；mv svm/6.——收割機(jī)的割副 ；BB24——切割牧草單位面積所消耗的功率 ;0L對于牧草 ~ ，這里取2?/30kw20/3kwL?所以可得Np16.2.5.2 摩擦空轉(zhuǎn)功率的確定摩擦空轉(zhuǎn)功率 目前還沒有確定的計算公式，摩擦空轉(zhuǎn)功率與割刀的安裝狀態(tài)有很大關(guān)系，mN經(jīng)大量試驗確定，每米割副的空轉(zhuǎn)功率隨曲柄的轉(zhuǎn)速不同在 0.59~1.1 之間變化，為更好的mk/保證此次設(shè)計的質(zhì)量取 1.0 。kw/則有 wm2.401.??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 5 -2.5.3 切割器消耗的總功率綜合以上分析可得切割器消耗的總功率： kwNmp 4016.2016.????2.6 驅(qū)動曲柄所需的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動曲柄所需的轉(zhuǎn)矩：（２－４）?NnT95式中： 為曲柄的轉(zhuǎn)角速度?sradn/2602?????所以 NmT85.413 切割圖的繪制與分析切割圖是根據(jù)刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)以及割刀行程，還有收割機(jī)進(jìn)距確定的一個可以直接反映切割器切割性能的圖表。3.1 切割圖的繪制步驟1）先在圖上畫出兩個相鄰定刀片的中心線和刃線的軌跡（即縱向平行線） 。2）按給定的參數(shù)（ 及 n）計算割刀進(jìn)距 H，并畫出動刀片原始和走過兩個行程后的位置。mv3）以動刀片原始位置的刃部 A 點為基準(zhǔn)，用作圖法畫出該點的軌跡線。①以 A 點為始點，以曲柄 r 為半徑作半圓，在圓弧上分成 n 等分：1，2，3，……n，并作出標(biāo)記。②在動刀片的進(jìn)距線上分成同等的 n 等分：1，2，……n，并作出標(biāo)記。③在圓弧的各等分點，畫縱向平行線；在進(jìn)距線的等分點，畫橫向平行線。找出同樣標(biāo)記的縱、橫線的交點并連成曲線。即為動刀片的軌跡線。4)按 A 點的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點畫出其軌跡線，即得動刀片刃部在兩個行程中對地面的掃描圖形—切割圖。3.2 切割圖分析1）一次切割區(qū)：大多數(shù)莖桿沿割刀運動方向傾斜，茬較低。2）重割區(qū)：刃線兩次通過，茬殘再遭重割，浪費功率。3）漏割區(qū)：刃線不通過此區(qū)，其禾桿被推向下一行程的一次切割區(qū)，縱向傾斜，割茬較高，切割力集中，阻力較大。4）進(jìn)距 H↑，切割圖形↑，空白區(qū)增加，重割區(qū)減少，動刀刃高↑，漏割區(qū)↓，重割區(qū)↑塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 6 -圖 3-1 切割圖4 曲柄柄連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真4.1 技術(shù)路線4.2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu)簡圖往復(fù)式曲柄連桿機(jī)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，如圖所示，曲柄轉(zhuǎn)動帶動拉桿運動，拉桿與中間連桿的交接處作往復(fù)直線運動，中間連桿的另一端使得撥叉作繞固定軸轉(zhuǎn)動，從而帶動滑塊做平面運動，最終帶動動刀組作往復(fù)式直線運動。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 7 -自由度： ，可以得到確定運動。1027323???????HLPnF圖 4-1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡圖4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的建模與裝配4.3.1 零件的建模根據(jù)原理要求和結(jié)構(gòu)簡圖，對機(jī)構(gòu)中零件進(jìn)行建模。首先，曲柄是通過偏心輪形式表現(xiàn)出來的如圖 4-2（e）所示；其次，執(zhí)行部件是雙滑塊，其中一滑塊固定在動刀組上，帶動動刀做往復(fù)直線運動，另一滑塊相對撥叉做平動運動；然后，導(dǎo)向桿如圖 4-2（c）的作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運動，而且連接水平面方向與豎直方向上的運動。零件還有拉桿如圖 4-2（d）連接曲柄和導(dǎo)向桿，固定支座限定導(dǎo)向桿只能在一個方向上做往復(fù)式直線運動，中間連桿如圖 4-2（f ）連接導(dǎo)向桿和撥叉將導(dǎo)向桿的運動傳遞給撥叉，使得撥叉繞定軸擺動。（a）撥叉 (b) 動刀組撥桿及滑塊塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 8 -(c)導(dǎo)向桿 (d)拉桿(e)偏心輪 (f)中間連桿圖 4-2 零件模型圖4.3.2 機(jī)構(gòu)的裝配圖 4-3 曲柄連桿裝配塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 9 -4.4 干涉檢驗干涉檢驗是在 solidworks 環(huán)境下進(jìn)行的，主要是對曲柄連桿機(jī)構(gòu)在運動過程中是各零部件之間是否存在運動沖突進(jìn)行檢驗。選擇干涉檢驗，將沖突檢驗設(shè)置為在全局范圍內(nèi)檢驗，在運動過程中發(fā)生干涉時，顯示發(fā)生干涉零件透明，最后根據(jù)干涉區(qū)域的大小對發(fā)生干涉的零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改。由于檢驗得到發(fā)生干涉的零件如圖 4-4 所示，可以看出在運動過程中中間連桿機(jī)構(gòu)和撥叉發(fā)生干涉，根據(jù)干涉區(qū)域的大小對中間連桿進(jìn)行尺寸上的修改，在修改后再進(jìn)行干涉檢驗，如此反反復(fù)復(fù)，直到無干涉為止。圖 4-4 干涉檢驗4.5 基于 ADAMS 的往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真4.5.1 為模型添加約束往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的三維模型是在 solidworks 中建立的，如圖所示。建好模型后將其保存為*parasolid 格式，再打開 ADAMS 后選擇 import a file 打開 ADAMS 彈出文件輸入框，選擇 import a file，file type 選擇 parasolid，然后瀏覽到由 solidworks 生成的*parasolid 文件，再給輸入文件一個字母名稱，完成文件的導(dǎo)入。在 ADAMS 中導(dǎo)入的三維軟件模型是沒有質(zhì)量等信息的，我們需要對導(dǎo)入的模型定義材料，如果不添加信息仿真會失效。在添加運動副約束時避免過約束和欠約束尤其是過約束或者約束錯誤。首先，將偏心輪固定座與 ground 鎖定，并在其與偏心輪之間添加鉸鏈約束，同樣各個連桿之間添加轉(zhuǎn)動副；其次，將導(dǎo)向筒與 ground 鎖定，并與導(dǎo)向桿構(gòu)成移動副；最后要注意的是，動刀撥動桿與動刀組導(dǎo)軌只能構(gòu)成平面移動副而不能定義為滑塊移動副，否則為過約束。如圖 4-5 所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 10 -圖 4-5 添加連接方式4.5.2 機(jī)構(gòu)的運動仿真首先，為曲柄連桿機(jī)構(gòu)添加馬達(dá) motion，動力輸入軸即運動軸為偏心輪軸，ADAMS 中motion 添加在 joint 中，這里添加在 joint_1 即偏心輪與底座的轉(zhuǎn)動約束中。馬達(dá)的參數(shù)為 speed，由于偏心輪的轉(zhuǎn)速為 500 轉(zhuǎn)/ 分，而馬達(dá)速度的單位為 D/S 即每秒轉(zhuǎn)多少度，所以馬達(dá)的速度等于3000D/S；其次，點擊 simulation 定義分析類型為 default，軟件會根據(jù)運動副和自由度的關(guān)系自動選擇分析類型，另外設(shè)置 end time 20，steps 500；最后，點擊開始仿真。如圖 4-6 所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 11 -圖 4-6 運動仿真設(shè)置圖5.1 動刀組位置分析5.1.1 運動仿真完畢后即可生成測量結(jié)果曲線。啟動 ADAMS/PostProcessor，設(shè)置視圖布置設(shè)置三個視窗，激活左邊的屏幕視窗，將鼠標(biāo)置于視窗上，用鼠標(biāo)右鍵打開彈出式菜單。選擇 Load Animation 命令，調(diào)入 ADAMS/VIEW 的仿真計算結(jié)果，可以再屏幕上看見已調(diào)入的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，如圖 5-1 所示。圖 5-1 測試仿真結(jié)果激活右上方的屏幕視窗，該視窗名為 Plot_2。在控制區(qū)，選擇；然后依次選擇Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Position，Component=Z；選擇 Add Curve 按鈕，繪制動刀撥動桿的位移曲線圖。圖 5-2 動刀組位移曲線5.1.2 結(jié)果分析1）從位移曲線來看它也不是簡諧運動，切割性能不是很好；2）割刀行程沒達(dá)到所要求的 152.4mm；3）經(jīng)過多次調(diào)整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求；4）機(jī)構(gòu)較復(fù)雜傳動效率降低，并且移動副摩擦大。5.2 機(jī)構(gòu)的修改割刀行程無法滿足設(shè)計要求，可能是因為中間連桿與撥叉存在相對轉(zhuǎn)動，不能很好的傳遞運動，撥叉不能實現(xiàn)較大角度的擺動，針對以上情況，現(xiàn)對機(jī)構(gòu)做一下改動，結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。按修改后的結(jié)構(gòu)簡圖對個別零件重新建模，最后再重新裝配，機(jī)構(gòu)簡圖如圖 5-3 所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 12 -圖 5-3 結(jié)構(gòu)簡圖5.3 修改后的機(jī)構(gòu)零件建模a）導(dǎo)向桿 b）中間連桿 圖 5-4 修改后的零件塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 13 -5.4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)重新裝配圖 5-5 裝配圖在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，影響割刀行程的主要因數(shù)是曲柄的偏心距和動刀組撥桿與導(dǎo)向桿的相對位置?，F(xiàn)使偏心距不變，通過調(diào)整動刀組撥桿與導(dǎo)向桿的相對位置，測試相應(yīng)的割刀行程。如表5-1 所示。表 5-1 尺寸關(guān)系 (mm) 曲柄偏心距 撥動桿與刀桿的垂直距離 割刀的行程50 230.546 8050 246.304 9450 246.587 10650 240.632 10650 252.433 12650 260.124 14450 265.477 42950 260.827 14550 261.912 14950 262.986 153確定好曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各桿件間的相對位置，將裝配圖另存為*parasolid 格式并導(dǎo)入ADAMS，并添加連接關(guān)系，進(jìn)行仿真，結(jié)果測試。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 14 -圖 5-6 修改后的曲柄連桿機(jī)構(gòu)添加約束圖 5-7 測試結(jié)果圖 5-8 動刀組運動位移由曲線形狀可以得知，動刀組運動為簡諧運動，切割器具有很好的切割性能。另外，圖形中波峰與波谷之差顯然大于設(shè)計要求 152.4mm，滿足割副要求。激活右下方的屏幕視窗，該視窗名為 Plot_3。在控制區(qū)，選擇 Sourc=Object；然后依次選擇Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Velocity ，Component=Z ；選擇 Add Curves 按鈕，繪制動刀組撥動桿的速度曲線。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 15 -圖 5-9 動刀組速度曲線在控制區(qū)，選擇 Object=ON；然后依次選擇：Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Vcceleration 和 Component=Z。選擇 One Curve Per Plot 項，設(shè)置在新的一頁繪制曲線；選擇 Add Curve 按鈕，產(chǎn)生新的一頁并繪制動刀組撥動桿加速度曲線。圖 5-10 動刀組加速度曲線由以上各曲線圖可以看出，割刀的位移、速度、加速度都是時間 t 的函數(shù)，各時刻的參數(shù)大小都可以從表格中直接讀取，并且對表格處理得出：最大位移為 179 ，最大速度為m250，最大加速度為 60000 。sm/ 2/sm6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析圖 6-1 結(jié)構(gòu)簡圖A 點的坐標(biāo) tEOAx??cos?yinsi0zB 點的坐標(biāo) ??coscoABtBxAB???0?zyC 點的坐標(biāo) CtECxB?coscs0Bzy塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 16 -D 點的坐標(biāo) ???? sincoscssinCDBAtECDx ?????0CDy?zD 點的速度 ?sin????vDzDD 點的加速度 ??cosi2????C7 結(jié)論將單個的零部件設(shè)計和分析技術(shù)結(jié)合在一起，在計算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體尸體模型，針對該產(chǎn)品在實際投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的新技術(shù)；是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計、制造過程中存在弊端的新技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)可使產(chǎn)品設(shè)計人員在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬產(chǎn)品整體的運動及受力情況，快速分析多種設(shè)計方案，進(jìn)行對物理樣機(jī)來說難以進(jìn)行或根本無法進(jìn)行的試驗，知道獲得最優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計方案。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用貫穿在產(chǎn)品整個設(shè)計過程中，可以再概念設(shè)計和方案論證中，設(shè)計人員可以把自己的經(jīng)驗與想象結(jié)合在計算機(jī)的虛擬樣機(jī)中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，進(jìn)而縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。利用 solidworks 對收割器曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模裝配和 ADAMS 運動仿真，可以實時觀測各機(jī)構(gòu)運動過程，觀察機(jī)構(gòu)運動是否產(chǎn)生干涉。通過生成曲線與數(shù)據(jù)檢測被測對象的運動規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運動分析能夠準(zhǔn)確確定并優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運動，大大減少了設(shè)計的工作量和縮短了設(shè)計周期，提高了分析機(jī)構(gòu)運動的效率與質(zhì)量，同時也為往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的研究提供了理論上的支持。小 結(jié)通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)虛擬樣機(jī)技術(shù)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親手動手做，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到很多問題，最后在老師的幫助下，終于得到解決。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荊斬棘，而不是知難而退。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 17 -致 謝值此設(shè)計結(jié)束之際，在此我對幫助我和關(guān)心我的老師、朋友、同學(xué)和家人表示真摯的感謝。首先我要特別地感謝我的指導(dǎo)教師周嶺教授。周老師面對繁重的科研與教學(xué)任務(wù)，仍然擠出寶貴的時間，咨詢我設(shè)計情況，督促我設(shè)計進(jìn)度以及指導(dǎo)我解決在設(shè)計過程中所與到的很多問題。我還要感謝我的同鄉(xiāng)魏流鋒同學(xué)。由于我之前對 ADAMS 軟件從未接觸過，做仿真這一類的設(shè)計，我感到有些力不從心。多虧魏流鋒在軟件上對我的指導(dǎo)和幫助，由此表示真誠的感謝。另外，還要感謝其他室友以及好友，對我設(shè)計和生活上的關(guān)心和幫助。最后，感謝我的家人對我學(xué)習(xí)自始自終的支持和關(guān)心。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 18 -參考文獻(xiàn)[1] 陳樹人，盧強(qiáng)，李繼偉，朱維忠，曹德明．基于 ADAMS 秧草收割機(jī)往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的運動學(xué)仿真[J]. 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)， 2010.6:53-55．[2] 王振強(qiáng)，趙春花，劉偉.手扶牧草收割機(jī)往復(fù)式切割器主要參數(shù)試驗分析 [J]．山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011．9：1001-1004．[3] 陳曉峰．窄節(jié)距低割往復(fù)式切割器的研究[J]. 中國農(nóng)機(jī) ,2006．2：68-70．[4] 王攀峰，尚士友,，劉海亮，楊文輝，王小軍．9GSCC-1.4H 水草收割機(jī)切割裝置改進(jìn)設(shè)計[J]．農(nóng)機(jī)化研究,2010.9:69-72.[5] 李青林，戴青玲．基于 ADAMS 油菜聯(lián)合收獲機(jī)割刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)的仿真[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009．3：56-58．[6] 熊永森，王金雙，徐中偉.．小型往復(fù)式果園割草機(jī)設(shè)計 [J].農(nóng)機(jī)化研究，2007．6：68-69．[7] 徐秀英，張維強(qiáng)，楊和梅，齊曉丹．小型牧草收獲機(jī)雙動切割裝置設(shè)計與運動分析[J]. 農(nóng)業(yè)工塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 19 -程學(xué)報，2011.7：159-161．[8] 鄭建榮.ADAMS 虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高 [M].第 1 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.5．[9] 李增剛.ADAMS 入門詳解與實例 [M].第 1 版．北京：國防工業(yè)出版社，2009.8．[10]吳艷英,吳錦行.基于 UG 平臺的往復(fù)式切割器的運動仿真分析[J]．安徽農(nóng)學(xué)通報，2011．14：250-251．1,往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動特性仿真,姓名：高紅波 指導(dǎo)教師：周嶺,設(shè)計流程,,目 錄,切割器的參數(shù),2,模型的建立,運動仿真,測試結(jié)果,3,切割器參數(shù)的確定,,割刀行程 刀片參數(shù) 曲柄轉(zhuǎn)速 收割機(jī)距 切割功率,媒 介 計 劃,,,24,模型的建立,運動仿真,測試結(jié)果,動刀組位移曲線,從位移曲線來看它也不是簡諧運動，切割性能不是很好； 割刀行程沒達(dá)到所要求的152.4mm； 經(jīng)過多次調(diào)整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求；,機(jī)構(gòu)改進(jìn)與調(diào)試,運動仿真與結(jié)果分析,多謝觀看 請各位老師批評指正,5, 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動特性仿真設(shè)計說明書學(xué)生姓名 xxxxxx 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 12-1 指導(dǎo)教師 xxxxxx 日 期 2012.05 xxxxxx 大學(xué)教務(wù)處制目 錄1 緒論 ................................................................................................................................................ 1 1.1 切割器的要求 ........................................................................................................................ 1 1.2 影響切割質(zhì)量的因素 ............................................................................................................ 1 2 切割器的參數(shù)選取和計算 ........................................................................................................2 2.1 切割器的種類 ....................................................................................................................... 2 2.2 動刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù) .................................................................................................................2 2.3 曲柄轉(zhuǎn)速的確定 ..................................................................................................................... 32.4 收割機(jī)的進(jìn)距計算 ................................................................................................................ 42.5 切割器功率計算 .....................................................................................................................4 2.6 驅(qū)動曲柄所需的轉(zhuǎn)矩 ............................................................................................................4 3 切割圖的繪制與分析 .................................................................................................................5 3.1 切割圖的繪制步驟 ................................................................................................................ 5 3.2 切割圖分析 .............................................................................................................................5 4 曲柄柄連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真 ...............................................................................................5 4.1 技術(shù)路線 ............................................................................................................................... 6 4.2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu)簡圖 .............................................................................................................6 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的建模與裝配 ................................................................................... 7 4.4 干涉檢驗 .................................................................................................................................8 4.5 基于 ADAMS 的往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真 ..............................................................95 機(jī)構(gòu)優(yōu)化 .........................................................................................................................................95.1 動刀組位置分析 ....................................................................................................................105.2 機(jī)構(gòu)的修改 ...........................................................................................................................11 5.3 修改后的機(jī)構(gòu)零件建模 ........................................................................................................125.4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)重新裝配 .......................................................................................................12 6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析 ......................................................................................................14 7 結(jié)論 ...............................................................................................................................................15 小結(jié) ...................................................................................................................................................16 致 謝 ..................................................................................................................................................17參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................................18 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 1 -1 緒論大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要條件，只有實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，才能真正提高農(nóng)民收入，人民的生活水平才能得以改善。切割器是各種收割機(jī)械的重要工作部件。目前，各種收割機(jī)械普遍采用的切割器有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。往復(fù)式割刀副較寬，并且工作效率高，可獲得較好的采摘質(zhì)量，割茬平齊，且不會產(chǎn)生割碎作物的現(xiàn)象。其缺點是工作慣性力大，割臺震動和噪音都很大，廣泛應(yīng)用于谷物收獲?；剞D(zhuǎn)式切割器用于收獲牧草、青飼料、粗稈作物等，少數(shù)谷物也使用這種切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器的切割速度高，慣性力容易平衡，震動較小，割刀的結(jié)構(gòu)比較簡單。但受回轉(zhuǎn)直徑的限制，不能用于寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費很高。當(dāng)前，收獲機(jī)上使用的切割器以往復(fù)式最多，而且制造技術(shù)趨于完善，只是在局部有所改進(jìn)，但其慣性力不平衡仍是主要問題。國內(nèi)收割機(jī)起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國及加拿大等國家進(jìn)口為主。很多連接或支撐部件沒有經(jīng)過詳細(xì)的計算，二十根據(jù)發(fā)達(dá)國家已造好的收割機(jī)的尺寸設(shè)計制造的，使得收割機(jī)體積龐大，質(zhì)量偏大。大型收割機(jī)是非常復(fù)雜的機(jī)械裝備，大型收割機(jī)的使用對土地的平整和規(guī)模有更高的要求，華北平原，三江平原等重要的小麥，水稻產(chǎn)區(qū)很早就使用聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。相對大型收割機(jī)，小型收割機(jī)的設(shè)計更隨意，現(xiàn)在國內(nèi)很多院校都開始嘗試針對設(shè)計制造小型收割機(jī)。這些院校設(shè)計適合本地土地環(huán)境和生產(chǎn)力的小型收割機(jī)，這種收割機(jī)價格低，維修簡單，使用方便，適合各種地形，保養(yǎng)要求低，適合小農(nóng)戶規(guī)模的生產(chǎn)。往復(fù)式割刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其作用是將源動力的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為割刀所需的直線往復(fù)式運動。目前，國內(nèi)的收割機(jī)采用的往復(fù)式機(jī)構(gòu)種類眾多。大致上可以歸納為曲柄連桿機(jī)構(gòu)和擺環(huán)機(jī)構(gòu)兩類。傳統(tǒng)的往復(fù)式手工費器大都采用單邊驅(qū)動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機(jī)將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙邊驅(qū)動，兩段刃桿的運動方向總是相反，可部分抵消慣性力。由于南方水田深泥腳，水稻收獲是切割器易被泥土卡住，因此久保田收割機(jī)將刀桿加寬，在其底部挖了排泥孔，割刀在運動時可將進(jìn)入切割器間隙的泥土及時排出。此外，這種機(jī)型還加裝了割刀自動潤滑系統(tǒng)，可將潤滑油自動滴到刀桿上，隨動刀的運動而進(jìn)入摩擦間隙，以免手工加油發(fā)生危險。1.1 切割器的要求切割器是收獲機(jī)械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷，切割器應(yīng)該滿足一下要求：1）切割質(zhì)量好：割茬整齊，不漏割，不重割，不堵刀，切割損失小；2）切割省力，功率消耗少，振動小；3）通用性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。切割器按照其運動方式可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種，經(jīng)過多年的研究，其技術(shù)已較為成熟，基本可以滿足上述需要，但也存在許多問題。1.2 影響切割質(zhì)量的因素切割質(zhì)量與切割器的特性、莖稈的物理性能、切割器與莖稈的相對位置以及切割的速度和方向都有密切的關(guān)系。1）切割器的機(jī)構(gòu)刀片的斷面一般呈楔形，楔角的頂部就是刃口，刃口越薄切割阻力就越小，但如果刃口過于單薄，強(qiáng)度不夠，很快磨損或折斷，影響其使用壽命。往復(fù)式切割器使用梯形刀片，其形狀參數(shù)對夾持莖稈并輕快切割具有決定性作用。2）作物莖稈有纖維素構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)上講是非均勻體，不同方向上機(jī)械性能并不相同，有關(guān)專家對橫切、斜切和削切做了對比，證明割刀偏斜 或削切較橫切切割阻力和功耗都降低很多。?45莖稈的剛度對切割也有重要影響，剛度小的莖稈受很小外力就會彎斜，割刀必須具有一定的切割速度，或給予莖稈一定的支撐，才能保證順利切割。3）切割速度一般來講，隨切割速度的增加，切割阻力會有所降低，但二者并非線性關(guān)系，而且切割速度增加時空轉(zhuǎn)功率也會上升，割臺震動加劇，所以稻麥往復(fù)式切割器割刀平均速度一般不超過2m/s。往復(fù)式切割器的特點往復(fù)式切割器的割刀作直線運動，割刀的平均切割速度較低，切割性能好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，廣泛應(yīng)用在谷物收割機(jī)上。它的缺點是工作時慣性力大，割臺振動和噪聲都很大，一次切塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 2 -割存在重割和漏割區(qū)域，故割茬不夠整齊。傳統(tǒng)的往復(fù)式切割器大都采用單邊驅(qū)動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機(jī)將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙邊驅(qū)動，兩段刀桿的運動方向總是相反，可部分抵消慣性力。2 切割器的參數(shù)選取和計算2.1 切割器的種類根據(jù)割刀行程，動刀片間距和定刀片間距三者的不同組合關(guān)系，分成下列三種類型的切割器。2.1.1 單刀距行程型割刀器其尺寸關(guān)系 如圖 2-1 a） mts2.760?這種形式也叫標(biāo)準(zhǔn)型切割器。其特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較好，對粗細(xì)莖稈的適應(yīng)性較好。但切割莖稈時傾斜度大，割茬變化較大。2.1.2 低割型切割器其尺寸關(guān)系為： 如圖 2-1 b）ts4.150切割器割刀行程和動刀片間距相等，是護(hù)刃齒間距的兩倍。切割谷物時，莖稈橫向傾斜量小，割茬較低，對收割大豆和收割牧草較為有利，但對粗稈作物的適應(yīng)性較差。低割型切割器由于切割時割刀速度利用段較低，在莖稈青澀和雜草較多時，切割質(zhì)量較差，割茬不齊并有堵刀現(xiàn)象。2.1.3 雙刀距行程型切割器其尺寸關(guān)系 如圖 2-1 c）02ts?雙刀距行程特點為：割刀往復(fù)式運動的頻率低，曲柄轉(zhuǎn)速較慢，因而工作時慣性力力較小。對抗振性較差的小型收割機(jī)具有特殊意義，適用于小型收割機(jī)。綜上所述，通過三種割刀器的對比看出，就收獲牧草量來說，以低割型較好。a) b)c)塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 3 -圖 2-1 割刀示意圖2.2 動刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)動刀是切割器的主要工作零件，對刀片的要求為材料硬度高，耐磨，具有一定的彈性。因此動刀采用光刃結(jié)構(gòu)，光刃切割省力，割茬整齊，但易磨鈍，工作中需要經(jīng)常磨刀。動刀片是一種易損零件，為了保證具有較好的耐磨性和一定的沖擊韌性，刀片一般有 T9 碳素工具鋼制成，刃部需淬火和回火。動刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)有：切割角 α（即刃線的傾角） 、刃部高度 h、刀片的寬度 c 和 d。切割角ɑ 是動刀片的主要參數(shù)，它的大小對切割性能有著重要的影響。既影響切割阻力的大小，又決定能否鉗住莖稈保證可靠地切割。試驗表明，切割角增大，切割阻力減?。寒?dāng) ɑ 由 增至 時，?154切割阻力減小一半。阻力減小的原因在于切割角增加時刀片相對于牧草莖稈的滑切速度 增大。1V（２－１）?sin1V?式中， 為刀片的運動速度，如圖所示。V注：c 為刀片后寬；d 為刀片前寬；h 為刀片刃部高度；A 為刀刃的起始點； 為切割角；V 為刀?片的運動速度圖 2-2 刀片參數(shù)但切割角 過大時將引起莖稈切割時沿刃線向外滑動。甚至鉗不住莖稈，不能保證可靠切割。為?此，必須以鉗住牧草莖稈為前提，盡量選擇較大的切割角 。?切割瞬時，鉗住牧草莖稈的條件為：兩刃作用于莖稈的合力 、 必須在同一條直線上。因為1R21tan?NF?22，?式中， 是動刀片對牧草莖稈的摩擦角，如圖 2-3 所示。 21?圖 2-3 切割原理示意圖得鉗住牧草莖稈的條件為： 。21????經(jīng)測定，光刀動刀片配合時，對牧草莖稈的摩擦角之和為 ~ 。則取動刀片的???521?4塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 4 -切割角 的參數(shù)關(guān)系為 ，因此動刀寬度 ， ，動刀刃部高度??tan2dch??mc35?d6。mh30?2.3 曲柄轉(zhuǎn)速的確定在切割過程中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過中間零件撥叉撥動切割器動刀組相對頂?shù)浇M做往復(fù)式運動對牧草進(jìn)行切割。由于曲柄每轉(zhuǎn)一圈割刀完成 2 個割刀行程（ ）s所以（２－２）3062nvp??式中： ——曲柄的轉(zhuǎn)速nmin/r——割刀行程 ss4.15對于切割平均速度是選用值，谷物干、脆取 1~2 ，牧草青、濕、取大一些，但速sm/度又不宜過大，這里取 2.5 。/可得： in/92r?為了方便計算 in/50r?2.4 收割機(jī)的進(jìn)距計算進(jìn)距：割刀運動一個行程時，機(jī)器前進(jìn)的距離進(jìn)距也是影響切割器切割性能的重要因素，進(jìn)距太小重割區(qū)太大，浪費功率；進(jìn)距太大漏割區(qū)增大。（２－３）nvtvHmm3026?式中： ——機(jī)器前進(jìn)的速度 mvs/——曲柄的轉(zhuǎn)速 ninr2.5 切割器功率計算根據(jù)能量守恒定律可知，往復(fù)式切割器消耗的功率等于曲柄輸入的功率。往復(fù)式切割器的切割功率包括切割牧草的功率和空轉(zhuǎn)時的摩擦功率兩部分。2.5.1 切割功率的計算切割功率和機(jī)器前進(jìn)的速度、收割器的割副以及收割牧草單位面積所消耗的功率有密切關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗公式有（２－４）10LBvNmp??式中 ： ——收割機(jī)的前進(jìn)速度 ；mv svm/6.——收割機(jī)的割副 ；BB24——切割牧草單位面積所消耗的功率 ;0L對于牧草 ~ ，這里取2?/30kw20/3kwL?所以可得Np16.2.5.2 摩擦空轉(zhuǎn)功率的確定摩擦空轉(zhuǎn)功率 目前還沒有確定的計算公式，摩擦空轉(zhuǎn)功率與割刀的安裝狀態(tài)有很大關(guān)系，mN經(jīng)大量試驗確定，每米割副的空轉(zhuǎn)功率隨曲柄的轉(zhuǎn)速不同在 0.59~1.1 之間變化，為更好的mk/保證此次設(shè)計的質(zhì)量取 1.0 。kw/則有 wm2.401.??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 5 -2.5.3 切割器消耗的總功率綜合以上分析可得切割器消耗的總功率： kwNmp 4016.2016.????2.6 驅(qū)動曲柄所需的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動曲柄所需的轉(zhuǎn)矩：（２－４）?NnT95式中： 為曲柄的轉(zhuǎn)角速度?sradn/2602?????所以 NmT85.413 切割圖的繪制與分析切割圖是根據(jù)刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)以及割刀行程，還有收割機(jī)進(jìn)距確定的一個可以直接反映切割器切割性能的圖表。3.1 切割圖的繪制步驟1）先在圖上畫出兩個相鄰定刀片的中心線和刃線的軌跡（即縱向平行線） 。2）按給定的參數(shù)（ 及 n）計算割刀進(jìn)距 H，并畫出動刀片原始和走過兩個行程后的位置。mv3）以動刀片原始位置的刃部 A 點為基準(zhǔn)，用作圖法畫出該點的軌跡線。①以 A 點為始點，以曲柄 r 為半徑作半圓，在圓弧上分成 n 等分：1，2，3，……n，并作出標(biāo)記。②在動刀片的進(jìn)距線上分成同等的 n 等分：1，2，……n，并作出標(biāo)記。③在圓弧的各等分點，畫縱向平行線；在進(jìn)距線的等分點，畫橫向平行線。找出同樣標(biāo)記的縱、橫線的交點并連成曲線。即為動刀片的軌跡線。4)按 A 點的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點畫出其軌跡線，即得動刀片刃部在兩個行程中對地面的掃描圖形—切割圖。3.2 切割圖分析1）一次切割區(qū)：大多數(shù)莖桿沿割刀運動方向傾斜，茬較低。2）重割區(qū)：刃線兩次通過，茬殘再遭重割，浪費功率。3）漏割區(qū)：刃線不通過此區(qū)，其禾桿被推向下一行程的一次切割區(qū)，縱向傾斜，割茬較高，切割力集中，阻力較大。4）進(jìn)距 H↑，切割圖形↑，空白區(qū)增加，重割區(qū)減少，動刀刃高↑，漏割區(qū)↓，重割區(qū)↑塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 6 -圖 3-1 切割圖4 曲柄柄連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真4.1 技術(shù)路線4.2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu)簡圖往復(fù)式曲柄連桿機(jī)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，如圖所示，曲柄轉(zhuǎn)動帶動拉桿運動，拉桿與中間連桿的交接處作往復(fù)直線運動，中間連桿的另一端使得撥叉作繞固定軸轉(zhuǎn)動，從而帶動滑塊做平面運動，最終帶動動刀組作往復(fù)式直線運動。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 7 -自由度： ，可以得到確定運動。1027323???????HLPnF圖 4-1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡圖4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的建模與裝配4.3.1 零件的建模根據(jù)原理要求和結(jié)構(gòu)簡圖，對機(jī)構(gòu)中零件進(jìn)行建模。首先，曲柄是通過偏心輪形式表現(xiàn)出來的如圖 4-2（e）所示；其次，執(zhí)行部件是雙滑塊，其中一滑塊固定在動刀組上，帶動動刀做往復(fù)直線運動，另一滑塊相對撥叉做平動運動；然后，導(dǎo)向桿如圖 4-2（c）的作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運動，而且連接水平面方向與豎直方向上的運動。零件還有拉桿如圖 4-2（d）連接曲柄和導(dǎo)向桿，固定支座限定導(dǎo)向桿只能在一個方向上做往復(fù)式直線運動，中間連桿如圖 4-2（f ）連接導(dǎo)向桿和撥叉將導(dǎo)向桿的運動傳遞給撥叉，使得撥叉繞定軸擺動。（a）撥叉 (b) 動刀組撥桿及滑塊塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 8 -(c)導(dǎo)向桿 (d)拉桿(e)偏心輪 (f)中間連桿圖 4-2 零件模型圖4.3.2 機(jī)構(gòu)的裝配圖 4-3 曲柄連桿裝配塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 9 -4.4 干涉檢驗干涉檢驗是在 solidworks 環(huán)境下進(jìn)行的，主要是對曲柄連桿機(jī)構(gòu)在運動過程中是各零部件之間是否存在運動沖突進(jìn)行檢驗。選擇干涉檢驗，將沖突檢驗設(shè)置為在全局范圍內(nèi)檢驗，在運動過程中發(fā)生干涉時，顯示發(fā)生干涉零件透明，最后根據(jù)干涉區(qū)域的大小對發(fā)生干涉的零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改。由于檢驗得到發(fā)生干涉的零件如圖 4-4 所示，可以看出在運動過程中中間連桿機(jī)構(gòu)和撥叉發(fā)生干涉，根據(jù)干涉區(qū)域的大小對中間連桿進(jìn)行尺寸上的修改，在修改后再進(jìn)行干涉檢驗，如此反反復(fù)復(fù)，直到無干涉為止。圖 4-4 干涉檢驗4.5 基于 ADAMS 的往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真4.5.1 為模型添加約束往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的三維模型是在 solidworks 中建立的，如圖所示。建好模型后將其保存為*parasolid 格式，再打開 ADAMS 后選擇 import a file 打開 ADAMS 彈出文件輸入框，選擇 import a file，file type 選擇 parasolid，然后瀏覽到由 solidworks 生成的*parasolid 文件，再給輸入文件一個字母名稱，完成文件的導(dǎo)入。在 ADAMS 中導(dǎo)入的三維軟件模型是沒有質(zhì)量等信息的，我們需要對導(dǎo)入的模型定義材料，如果不添加信息仿真會失效。在添加運動副約束時避免過約束和欠約束尤其是過約束或者約束錯誤。首先，將偏心輪固定座與 ground 鎖定，并在其與偏心輪之間添加鉸鏈約束，同樣各個連桿之間添加轉(zhuǎn)動副；其次，將導(dǎo)向筒與 ground 鎖定，并與導(dǎo)向桿構(gòu)成移動副；最后要注意的是，動刀撥動桿與動刀組導(dǎo)軌只能構(gòu)成平面移動副而不能定義為滑塊移動副，否則為過約束。如圖 4-5 所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 10 -圖 4-5 添加連接方式4.5.2 機(jī)構(gòu)的運動仿真首先，為曲柄連桿機(jī)構(gòu)添加馬達(dá) motion，動力輸入軸即運動軸為偏心輪軸，ADAMS 中motion 添加在 joint 中，這里添加在 joint_1 即偏心輪與底座的轉(zhuǎn)動約束中。馬達(dá)的參數(shù)為 speed，由于偏心輪的轉(zhuǎn)速為 500 轉(zhuǎn)/ 分，而馬達(dá)速度的單位為 D/S 即每秒轉(zhuǎn)多少度，所以馬達(dá)的速度等于3000D/S；其次，點擊 simulation 定義分析類型為 default，軟件會根據(jù)運動副和自由度的關(guān)系自動選擇分析類型，另外設(shè)置 end time 20，steps 500；最后，點擊開始仿真。如圖 4-6 所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 11 -圖 4-6 運動仿真設(shè)置圖5.1 動刀組位置分析5.1.1 運動仿真完畢后即可生成測量結(jié)果曲線。啟動 ADAMS/PostProcessor，設(shè)置視圖布置設(shè)置三個視窗，激活左邊的屏幕視窗，將鼠標(biāo)置于視窗上，用鼠標(biāo)右鍵打開彈出式菜單。選擇 Load Animation 命令，調(diào)入 ADAMS/VIEW 的仿真計算結(jié)果，可以再屏幕上看見已調(diào)入的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，如圖 5-1 所示。圖 5-1 測試仿真結(jié)果激活右上方的屏幕視窗，該視窗名為 Plot_2。在控制區(qū)，選擇；然后依次選擇Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Position，Component=Z；選擇 Add Curve 按鈕，繪制動刀撥動桿的位移曲線圖。圖 5-2 動刀組位移曲線5.1.2 結(jié)果分析1）從位移曲線來看它也不是簡諧運動，切割性能不是很好；2）割刀行程沒達(dá)到所要求的 152.4mm；3）經(jīng)過多次調(diào)整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求；4）機(jī)構(gòu)較復(fù)雜傳動效率降低，并且移動副摩擦大。5.2 機(jī)構(gòu)的修改割刀行程無法滿足設(shè)計要求，可能是因為中間連桿與撥叉存在相對轉(zhuǎn)動，不能很好的傳遞運動，撥叉不能實現(xiàn)較大角度的擺動，針對以上情況，現(xiàn)對機(jī)構(gòu)做一下改動，結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。按修改后的結(jié)構(gòu)簡圖對個別零件重新建模，最后再重新裝配，機(jī)構(gòu)簡圖如圖 5-3 所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 12 -圖 5-3 結(jié)構(gòu)簡圖5.3 修改后的機(jī)構(gòu)零件建模a）導(dǎo)向桿 b）中間連桿 圖 5-4 修改后的零件塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 13 -5.4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)重新裝配圖 5-5 裝配圖在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，影響割刀行程的主要因數(shù)是曲柄的偏心距和動刀組撥桿與導(dǎo)向桿的相對位置?，F(xiàn)使偏心距不變，通過調(diào)整動刀組撥桿與導(dǎo)向桿的相對位置，測試相應(yīng)的割刀行程。如表5-1 所示。表 5-1 尺寸關(guān)系 (mm) 曲柄偏心距 撥動桿與刀桿的垂直距離 割刀的行程50 230.546 8050 246.304 9450 246.587 10650 240.632 10650 252.433 12650 260.124 14450 265.477 42950 260.827 14550 261.912 14950 262.986 153確定好曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各桿件間的相對位置，將裝配圖另存為*parasolid 格式并導(dǎo)入ADAMS，并添加連接關(guān)系，進(jìn)行仿真，結(jié)果測試。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 14 -圖 5-6 修改后的曲柄連桿機(jī)構(gòu)添加約束圖 5-7 測試結(jié)果圖 5-8 動刀組運動位移由曲線形狀可以得知，動刀組運動為簡諧運動，切割器具有很好的切割性能。另外，圖形中波峰與波谷之差顯然大于設(shè)計要求 152.4mm，滿足割副要求。激活右下方的屏幕視窗，該視窗名為 Plot_3。在控制區(qū)，選擇 Sourc=Object；然后依次選擇Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Velocity ，Component=Z ；選擇 Add Curves 按鈕，繪制動刀組撥動桿的速度曲線。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 15 -圖 5-9 動刀組速度曲線在控制區(qū)，選擇 Object=ON；然后依次選擇：Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Vcceleration 和 Component=Z。選擇 One Curve Per Plot 項，設(shè)置在新的一頁繪制曲線；選擇 Add Curve 按鈕，產(chǎn)生新的一頁并繪制動刀組撥動桿加速度曲線。圖 5-10 動刀組加速度曲線由以上各曲線圖可以看出，割刀的位移、速度、加速度都是時間 t 的函數(shù)，各時刻的參數(shù)大小都可以從表格中直接讀取，并且對表格處理得出：最大位移為 179 ，最大速度為m250，最大加速度為 60000 。sm/ 2/sm6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析圖 6-1 結(jié)構(gòu)簡圖A 點的坐標(biāo) tEOAx??cos?yinsi0zB 點的坐標(biāo) ??coscoABtBxAB???0?zyC 點的坐標(biāo) CtECxB?coscs0Bzy塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 16 -D 點的坐標(biāo) ???? sincoscssinCDBAtECDx ?????0CDy?zD 點的速度 ?sin????vDzDD 點的加速度 ??cosi2????C7 結(jié)論將單個的零部件設(shè)計和分析技術(shù)結(jié)合在一起，在計算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體尸體模型，針對該產(chǎn)品在實際投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的新技術(shù)；是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計、制造過程中存在弊端的新技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)可使產(chǎn)品設(shè)計人員在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬產(chǎn)品整體的運動及受力情況，快速分析多種設(shè)計方案，進(jìn)行對物理樣機(jī)來說難以進(jìn)行或根本無法進(jìn)行的試驗，知道獲得最優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計方案。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用貫穿在產(chǎn)品整個設(shè)計過程中，可以再概念設(shè)計和方案論證中，設(shè)計人員可以把自己的經(jīng)驗與想象結(jié)合在計算機(jī)的虛擬樣機(jī)中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，進(jìn)而縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。利用 solidworks 對收割器曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模裝配和 ADAMS 運動仿真，可以實時觀測各機(jī)構(gòu)運動過程，觀察機(jī)構(gòu)運動是否產(chǎn)生干涉。通過生成曲線與數(shù)據(jù)檢測被測對象的運動規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運動分析能夠準(zhǔn)確確定并優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運動，大大減少了設(shè)計的工作量和縮短了設(shè)計周期，提高了分析機(jī)構(gòu)運動的效率與質(zhì)量，同時也為往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的研究提供了理論上的支持。小 結(jié)通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)虛擬樣機(jī)技術(shù)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親手動手做，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到很多問題，最后在老師的幫助下，終于得到解決。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荊斬棘，而不是知難而退。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 17 -致 謝值此設(shè)計結(jié)束之際，在此我對幫助我和關(guān)心我的老師、朋友、同學(xué)和家人表示真摯的感謝。首先我要特別地感謝我的指導(dǎo)教師周嶺教授。周老師面對繁重的科研與教學(xué)任務(wù)，仍然擠出寶貴的時間，咨詢我設(shè)計情況，督促我設(shè)計進(jìn)度以及指導(dǎo)我解決在設(shè)計過程中所與到的很多問題。我還要感謝我的同鄉(xiāng)魏流鋒同學(xué)。由于我之前對 ADAMS 軟件從未接觸過，做仿真這一類的設(shè)計，我感到有些力不從心。多虧魏流鋒在軟件上對我的指導(dǎo)和幫助，由此表示真誠的感謝。另外，還要感謝其他室友以及好友，對我設(shè)計和生活上的關(guān)心和幫助。最后，感謝我的家人對我學(xué)習(xí)自始自終的支持和關(guān)心。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 18 -參考文獻(xiàn)[1] 陳樹人，盧強(qiáng)，李繼偉，朱維忠，曹德明．基于 ADAMS 秧草收割機(jī)往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的運動學(xué)仿真[J]. 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)， 2010.6:53-55．[2] 王振強(qiáng)，趙春花，劉偉.手扶牧草收割機(jī)往復(fù)式切割器主要參數(shù)試驗分析 [J]．山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011．9：1001-1004．[3] 陳曉峰．窄節(jié)距低割往復(fù)式切割器的研究[J]. 中國農(nóng)機(jī) ,2006．2：68-70．[4] 王攀峰，尚士友,，劉海亮，楊文輝，王小軍．9GSCC-1.4H 水草收割機(jī)切割裝置改進(jìn)設(shè)計[J]．農(nóng)機(jī)化研究,2010.9:69-72.[5] 李青林，戴青玲．基于 ADAMS 油菜聯(lián)合收獲機(jī)割刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)的仿真[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009．3：56-58．[6] 熊永森，王金雙，徐中偉.．小型往復(fù)式果園割草機(jī)設(shè)計 [J].農(nóng)機(jī)化研究，2007．6：68-69．[7] 徐秀英，張維強(qiáng)，楊和梅，齊曉丹．小型牧草收獲機(jī)雙動切割裝置設(shè)計與運動分析[J]. 農(nóng)業(yè)工塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 19 -程學(xué)報，2011.7：159-161．[8] 鄭建榮.ADAMS 虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高 [M].第 1 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.5．[9] 李增剛.ADAMS 入門詳解與實例 [M].第 1 版．北京：國防工業(yè)出版社，2009.8．[10]吳艷英,吳錦行.基于 UG 平臺的往復(fù)式切割器的運動仿真分析[J]．安徽農(nóng)學(xué)通報，2011．14：250-251．