刚柔混联振动剥离机的方案设计与仿真分析

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1、2015年2月农机化研究第2期刚柔混联振动剥离机的方案设计与仿真分析王伟，张泽明，王泽河，姜海勇，胡世鑫(河北农业大学机电工程学院，河北保定071001)摘要:针对我国粗放式地表种植土剥离的现状，提出了自动化精确种植土剥离的方案。同时，结合振动切削减阻理论与二维切削原理，提出了一种刚柔混联振动剥离机的设计思路，并基于数字样机技术对整机结构建模仿真，然后进行结构优化，为以后物理样机的研制提供了依据。关键词:振动减阻;二维切削;刚柔混联;建模仿真;种值土+中图分类号:S222．59文献标识码:A文章编号:

2、1003－188X(2015)02－0094－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.023可以实现转轴的正反转，从而实现刀板不同的振动方0引言式;仿形轮(11)与地面接触，在整机行进过程中，仿形随着我国农业的发展，在高标准农田建设示范工轮带动信号盘动作，光电传感器检测到信号盘动作时程中，种植土的移植与更换是农田新建、农田改造、设通过液压回路控制升降液压缸的动作，从而实现地表施农业的重要工序。种植土的自动化精确剥离可以仿形，达到精确剥离。工作过程中，刀板在履带车的提高农田

3、建设提高效率及建设质量。研究表明，农业牵引下水平切削土壤的同时上下振动，实现振动型二地、园林地、自然生态地表深度在100～150mm范围维切削。内种植土价值最高，因此采用自动化精确种植土剥离代替粗放式种植土剥离是亟待解决的问题。目前，市场没有专门用于种植土的剥离设备，只能使用工程机械进行粗放式剥离。其剥离精度差，土层剥离程度主要取决于驾驶员的操作技术，功耗大，功率大量浪费在土壤的破损上，且不能地表仿形，得到种植土的质量很低，因此急需研制一种精确剥离设备。为此，设计了刚柔混联振动剥离机，其能够减少土地破

4、坏、获得较高质量的地表种植土，且功耗小、剥离精度高，在小面积农田建设及小面积土地开发整理中具有广阔的应用前景，对于发展经济、高效和环保的设施农业1．柴油发动机2．软轴3．履带车4．升降液压缸具有重要的现实意义。5．机架6．信号盘7．转轴8．转向器9．刀板10．刀架11．仿形轮12．板簧13．连杆1设计原理图1刚柔混联振动剥离机刚柔混联振动剥离机结构如图1所示。工作时，2振动切削减阻原理柴油发动机一方面将动力输送给履带车驱动履带车行驶，另一方面将动力经软轴与转向器输送给转轴;振动型二维切削即切削土壤的方

5、向有两个—刀转轴通过偏心套带动刀架运动，转轴与偏心套通过键具推进方向与垂直于刀具推进方向，而振动垂直于刀连接;刀架下端与机架之间通过板簧连接;转向器具推进方向。铲刃在插入土体过程中产生的阻力可以应用土力学的原理加以分析，铲刃阻力FN可推导收稿日期:2014－03－27表示为基金项目:河北省科技支撑计划项目(12227108D)作者简介:王伟(1984－)，男，河北邢台人，助教，(E－mail)wangwei2552782@163．com。FN=Fγ+Fq+Fc通讯作者:王泽河(1969－)，男，山东临

6、清人，教授，硕士生导师，(E－mail)wzhcau@163．com。式中Fγ—土壤自重引起的阻力(N);·94·2015年2月农机化研究第2期Fq—土壤水平方向单位面积压力引起的阻力机械系统动力学仿真分析软件，其求解器采用多刚体(N);动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学Fc—由土壤粘聚力引起的阻力(N)。方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学土壤在振动时强度发生变化，并具有与静态时不分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。同的破坏机理。对于振动切削减阻原理，国内学者的本文采用

7、直接在ADAMS/View中建立柔性体的说法各有不同。笔者认为，振动将能量以波的形式传MNF文件，然后用柔性体替换原来的刚性体的方法建递给土壤，土壤内能增加，从而破坏了土壤粒子与粒立柔性体。子之间粘聚力，土壤松碎发生流变稀释。因此，由土4．2几何模型的建立以及导入壤粘聚力引起的阻力Fc大大降低;设想对于完全沙化首先，在三维建模软件Pro/E中建立系统简化模的土壤，刀具在推进过程所受到的阻力主要为沙土包型的各个组件，简化模型(见图2)用偏心轴代替转轴裹刀具所产生的摩擦力(即土壤自重引起的阻力与偏心套的组

8、合，偏心距为4mm;然后，在装配环境下Fy)，振动对阻力的减小影响甚小;而土壤水平方向单进行装配，以确定各组件间的相对位置，以parasolid位面积压力引起的阻力Fq主要为与刀板连接的刀架(*．x_t)格式保存副本;最后，打开软件ADAMS，以与土壤接触引起的阻力。因此，在一定范围内随着土相应格式导入刚才保存的文件。壤松碎程度的增加，切削阻力也会相应减小。国内从能量守恒的角度对二维振动切削的研究还较少，振动使牵引阻力减小，所引起的功率的减小会因振动频率