3585 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性仿真,往復(fù),割刀,曲柄,連桿機(jī)構(gòu),運(yùn)動,特性,仿真 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(yùn)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。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(fèi)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(yùn)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(fèi)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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??；2）切割省力，功率消耗少，振動??；3）通用性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。切割器按照其運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(fèi)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(yùn)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(fèi)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(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，如圖所示，曲柄轉(zhuǎn)動帶動拉桿運(yùn)動，拉桿與中間連桿的交接處作往復(fù)直線運(yùn)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(yùn)動，最終帶動動刀組作往復(fù)式直線運(yùn)動。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 7 -自由度： ，可以得到確定運(yùn)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(yùn)動，另一滑塊相對撥叉做平動運(yùn)動；然后，導(dǎo)向桿如圖 4-2（c）的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動，而且連接水平面方向與豎直方向上的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動過程中是各零部件之間是否存在運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動仿真設(shè)置圖5.1 動刀組位置分析5.1.1 運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動位移由曲線形狀可以得知，動刀組運(yùn)動為簡諧運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動仿真，可以實時觀測各機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程，觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yùn)動規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運(yùn)動分析能夠準(zhǔn)確確定并優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(fèi)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(yùn)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(fèi)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(fèi)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(yùn)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(fèi)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(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，如圖所示，曲柄轉(zhuǎn)動帶動拉桿運(yùn)動，拉桿與中間連桿的交接處作往復(fù)直線運(yùn)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(yùn)動，最終帶動動刀組作往復(fù)式直線運(yùn)動。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 7 -自由度： ，可以得到確定運(yùn)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(yùn)動，另一滑塊相對撥叉做平動運(yùn)動；然后，導(dǎo)向桿如圖 4-2（c）的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動，而且連接水平面方向與豎直方向上的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動過程中是各零部件之間是否存在運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動仿真設(shè)置圖5.1 動刀組位置分析5.1.1 運(yùn)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(yùn)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(yùn)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。現(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(yùn)動位移由曲線形狀可以得知，動刀組運(yùn)動為簡諧運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動仿真，可以實時觀測各機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程，觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yùn)動規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運(yùn)動分析能夠準(zhǔn)確確定并優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(yùn)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(yùn)動學(xué)仿真[J]. 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