基于ADAMS的移栽机栽植机构动力学探讨

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1、2015年10月农机化研究第10期基于ADAMS的移栽机栽植机构动力学探讨张明，刘敏，扈明璐，李官平，王芳莉(贵州省山地农业机械研究所，贵阳550002)摘要:针对2ZBZ－2A型移栽机栽植机构，应用ADAMS软件完成了虚拟样机模型建立，并基于ANSYS软件建立了土壤模型，分析了栽植机构作业过程中的动力学特征。分析表明:上曲柄连架副承受的支反力和力矩比下曲柄大，上曲柄连架副承受的冲击振动比下曲柄更加明显。同时，通过土体应变能曲线和鸭嘴定植角度曲线，分析了钵苗定植时间和钵苗定植直立度间的关系，得出本研究涉及机构定植钵苗直立度介于80°～

2、100°之间，基本可以满足农艺要求，为栽植机构的改进和进一步优化设计提供了理论依据。关键词:移栽机;栽植机构;Adams仿真;动力学中图分类号:S223．9文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)10－0055－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.10.0110引言1栽植器结构及工作原理移栽机械化是发展蔬菜农业规模化种植、提高农2ZBZ－2A型半自动移栽机栽植器栽植结构主要［1－3］民经济收益的重要途径。针对贵州丘陵地貌现由主板固定板、驱动链轮、上下拐臂总成和接苗斗导状，结合蔬菜种植规模需要，

3、引进了自走式2ZBZ－2A杆总成等5部分组成，如图1所示。型半自动移栽机。该移栽机不仅适用于丘陵山区蔬菜种植，而且满足设施内小地块移栽。栽植器作为移栽机的核心组成部件，其性能好坏直接关系到钵苗移栽后的质量。国内学者对移栽机栽植器性能的研究较多，大多集中于通过对栽植机构进行运动学分析得到栽植机构工作状态时的运动学特征，从而进一步为［4－7］栽植器性能优化提供研究基础，亦或通过试验设计分析栽植器影响因素水平对钵苗定植质量的影［8］响。事实上，栽植器在实际作业过程中，由于栽植器与土壤间的相互复杂作用，会引起工作状态下机器明显的振动特征，不仅

4、影响机器运动的平稳性，对钵苗定植的质量也有较大的影响。因此，研究栽植器工作状态下的动力学特征同样具有重要意义。本文应用机械系统分析软件ADAMS对2ZBZ－2A型半自动移栽机的栽植部件进行虚拟样机运动仿真，利用ANSYS有限元软件建立土壤模型模拟栽植地块土壤，通过分析栽植器作业过程中的动力学特性和钵苗定植直立度特征，为栽植部件后续性能优化研1．下拐臂总成2．小凸轮3．固定轴承座究提供理论基础。4．驱动链轮5．接苗斗导杆总成图1栽植机构总成图收稿日期:2014－10－27Fig．1Assemblyoftransplantingmecha

5、nism基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合NY字［2012］3060号)作者简介:张明(1964－)，男，贵阳人，工程师，(E－mail)516810511图1中，上下拐臂的一端分别与固定轴承座相连@qq．com。作为主动曲柄，上曲柄另一端与导杆铰接，下曲柄另通讯作者:刘敏(1973－)，女，四川内江人，工程师，(E－mail)liumin971015@126．com。一端与导杆内嵌滑块铰接，共同组成双曲柄导杆机·55·2015年10月农机化研究第10期构。接苗斗导杆总成主要由导杆和鸭嘴组成，通过连分成20等份，对剩余4条边线等分成

6、10等份。模型杆固连。作业时，栽植器上下拐臂在链轮作用下做等边线划分完成后如图2(a)所示，土壤模型划分完网速转动同时，随拖拉机沿水平方向做匀速直线运动。格后如图2(b)所示。栽植器在复合运动下，通过调整机构结构参数可表1土壤模型参数Table1Parametersofsoilmodel以使鸭嘴近乎垂直栽苗，以保证钵苗定植后具有较好直立度。钵苗定植过程中，鸭嘴的开合由拉线控制。项目单位参数值当鸭嘴进入栽植地块土壤后，设计适时控制鸭嘴开合土壤密度g/mm32．79时间，可以较好保证秧苗的定植质量。弹性模量MPa1．252虚拟模型建立与仿

7、真泊松比0．15栽植器工作过程中，除机构自身运转不平衡产生土壤内聚力kPa30．4的惯性力和惯性力矩外，栽植机构所受的冲击还表现土壤内摩擦角(°)31．5在鸭嘴与土壤作用过程。鸭嘴入土瞬时受到来自地土壤膨胀角(°)25面土壤巨大的反作用力，其对机构性能稳定性尤其是对机构拐臂铰接处的冲击尤为明显，频繁的冲击会导致机构工作稳定性降低和理论寿命缩短。因此，有必［9－10］要对机构的这一动不平衡冲击特性进行分析。为此，分别建立土壤与栽植机构的虚拟模型，通过虚拟仿真重点分析探讨栽植机构在钵苗定植过程中的动力学特性。2．1土壤模型建立疏松土壤由土

8、壤微粒组合形成充满间隙的土壤形式，而这些空隙中含有溶解溶液和空气，土体本身模拟非常困难，加上土体应力－应变关系非常复杂，具有非线性、弹塑性、粘弹性、流变性等特征，全面考虑各种因素更是困难。本文对移栽地块土壤采用Druck