柠条收获机圆盘锯式切割系统动力学仿真与参数优化.pdf

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1、农业机械学报第45卷第8期doi：10．6041／j．issn．1000—1298．2014．08．012柠条收获机圆盘锯式切割系统动力学仿真与参数优化邱述金郭玉明郑德聪(山西农业大学工学院，太谷030801)摘要：根据圆盘锯式切割系统的各部件的尺寸参数、柠条参数，在三维实体建模软件UG中建立单组切割部件和切割对象柠条的简化模型，导人动力学分析软件ADAMS中，对对象进行柔性体替换，进行刚柔耦合动力学特性分析。以切割锯盘的直径、厚度和切割部件的转速为影响因素，选取切割系统与柠条的作用力在各向的分力为评价指标表征柠条平茬效率，对影响平茬效率和功率的参数进行了三因素三水平的虚拟正交试验

2、，得到各指标的响应面回归方程，并通过田间试验进行验证及对比分析。结果表明，当切割锯盘直径为400mm，切割锯盘厚度为5mm，切割部件转速为1500r／min时，单组切割部件的切割功率为12．32kW，柠条收获机的平茬效果最好。关键词：柠条收获机圆盘锯式切割器动力学仿真虚拟样机中图分类号：$225．91文献标识码：A文章编号：1000—1298(2014)08—0072—08验研究，并进行了田间验证试验。张伟等对马铃引言薯收获机虚拟样机模型进行了动态仿真分析研究，柠条不仅防风固沙生态效益明显，而且是加工并对其摆动筛传动装置进行动力学分析，对机型进饲料、生物质燃料转化利用价值极高的灌木

3、类植物。行了优化。然而目前对柠条联合收获机的仿真柠条机械化收获技术及装备的研究刚刚起步，生产尚未见报道。柠条联合收获机在平茬作业时，圆盘中急需研制性能可靠、实用的柠条机械化生产装锯式切割器高速旋转切割柠条，多个锯齿先后与柠备“。国内对茎秆类作物收获过程中茎秆切割特条作用，切割部件与柠条都受到较大的冲击载荷，极性的研究已经取得了较大进展。马永康等通易导致柠条割裂而不能复壮。为此，本文对柠条过对柠条枝条切割过程和不同类型切割器的分析，切割系统进行仿真设计及分析，确定切割系统在平得到了复合式圆盘联结扇形带齿刀片切割器及其相茬作业时的最优工作参数组合。关计算与结构参数，设计了手扶式单圆盘柠

4、条收割1仿真机¨。刘庆庭等对甘蔗收割机单圆盘根切器进行了虚拟样机研究，发现了多刀切割和重复切割现1．1仿真方法象，得出甘蔗和根切器的相对位置影响根茬与刀片应用刚体简化模型模拟柠条特性会导致仿真分问作用力的结论¨。析产生较大的误差，而引入柔体柠条简化模型更能应用虚拟仿真技术对其他作物联合收获机进行模拟其特性，因此需联合应用UG和ADAMS仿真分仿真设计及分析已有许多成果”。贺俊林等对析柠条切割机构与柠条形成的刚柔耦合机构。在玉米机械化收获中不分行收获技术和减轻机收损伤UG中建立各部件的刚性体简化模型，对装配体运等关键性难点技术进行了系统的研究，应用ADAMS行运动仿真模块，定义各杆件

5、及运动副，生成软件对收获作业中分禾机理及其影响参数进行研ADAMS运动仿真分析需要的中问文件。将中间文究，通过仿真模拟确定保持玉米茎秆直立姿态的工件导入ADAMS中，根据柠条特性将其转变为柔性作参数组合。王申莹等对甜菜收获机自动对行体模型，与切割系统模型形成刚柔耦合机构，设定各探测机构进行研究，设计出土下果实收获机械自动运动杆件间的运动副，添加驱动型式，施加相关载对行机构，对影响自动对行的参数进行虚拟正交试荷，进行动力学仿真分析。收稿日期：2013一l2—20修回日期：2014—01—29山西省科技攻关重点资助项目(20090311043)、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(

6、20111403130001)、山西省研究生优秀创新资助项目(20133061)和山西省重点实验室基金资助项目(2013011066—9)作者简介：邱述金，博士生，主要从事农业机械设计与性能试验研究，E-mail：sxauqsj@sina．corn通讯作者：郭玉明，教授，博士生导师，主要从事农业生物力学和农机技术研究，E-mail：guoyumins99@sina．corfl第8期邱述金等：柠条收获机圆盘锯式切割系统动力学仿真与参数优化731．2柔性多体动力学理论表1柠条参数Tab．1Caraganakorshinskiiparametersmm虚拟构件通过虚拟铰与原有柔性体连接，

7、虚拟构件参考系的原点为r=，+A(0s：)+u；))(1)其中H：)=一。—I)l(2)式中。s——虚拟构件原点相对柔性体参考系未变形位置矢量参考表中数据，忽略柠条自身弯曲及变形，取柠——虚拟构件原点相对柔性体参考系条高度为1050mm，柠条直径为11mm，平茬高度为变形矢量96mm，对柠条进行实体建模。A⋯——柔性体参考系姿态矩阵柠条收获机切割系统由3组相同圆盘锯式切割部件组成，选取其中任意1组进行圆盘锯式切割部。——一模态矩阵，列由平移模态振型构成——模态坐标卜模