基于ADAMS的玉米收割機(jī)主要部件仿真分析

　　摘要:采用離散梁法建立玉米秸桿模型，利用UG建立分禾器和摘穗輥模型，導(dǎo)入ADAMS后添加相應(yīng)約束進(jìn)行仿真分析。通過該方法實現(xiàn)了分禾器和摘穗輥參數(shù)設(shè)計的系列化，得到了滿足實際需要的三維模型，縮短了開發(fā)周期，為新型自走式玉米收割機(jī)的研制提供了一定的理論依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞:玉米收割機(jī);分禾器;摘穗輥;仿真;ADAMS

　　0引言

　　我國玉米耕、種、收綜合機(jī)械化水平達(dá)到42．8%。其中，機(jī)耕水平達(dá)60%，機(jī)播水平達(dá)59%，機(jī)收水平僅為7．2%。玉米機(jī)收已成為玉米生產(chǎn)機(jī)械化的瓶頸，現(xiàn)有開發(fā)機(jī)型多為秸稈粉碎型，整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大。實踐證明，這種機(jī)型不適合東北地區(qū)的小田塊玉米收獲。因此，項目組提出了《新型自走式玉米收割機(jī)的研制》課題，旨在開發(fā)一種適應(yīng)東北地區(qū)使用、配套動力14．7kW柴油機(jī)的自走式立輥型玉米收割機(jī)。其產(chǎn)品開發(fā)對提升東北地區(qū)玉米機(jī)收水平、帶動玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展具有十分重要的意義。在機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)過程中，一般經(jīng)過樣機(jī)設(shè)計、試制、試驗、改進(jìn)等步驟，開發(fā)過程周期長、成本高，并且許多參數(shù)的確定是憑借設(shè)計者的經(jīng)驗，對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。虛擬樣機(jī)技術(shù)是當(dāng)前設(shè)計制造領(lǐng)域的一項新技術(shù)［1］，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)開發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品，可以使前述狀況得到顯著改善。為此，通過UG構(gòu)建分禾器和摘穗輥三維模型，運(yùn)用ADAMS進(jìn)行運(yùn)動仿真分析［2］，為進(jìn)一步研制新型自走式玉米收割機(jī)提供技術(shù)參考。

　　1玉米秸稈的建模

　　項目組研制的新型自走式玉米收割機(jī)中，分禾器是重要的工作部件之一。在工作時，其與玉米秸稈直接接觸，彼此間存在相互作用力。所以，對玉米收割收稿日期:2013－10－14基金項目:吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項目(吉教科合字［2012］第296號);吉林省科技發(fā)展計劃項目(20120205)作者簡介:明哲(1972－)，男，吉林吉林人，副教授，碩士，(E－mail)jlnkjxgc@126．com。機(jī)主要工作部件進(jìn)行運(yùn)動仿真，必須對玉米秸稈正確建模，構(gòu)建正確的玉米秸稈虛擬模型，在仿真過程中具有重要意義。為此，通過離散梁法在ADAMS中構(gòu)建玉米秸稈模型，定義相應(yīng)的約束力，最終得出玉米收割機(jī)的設(shè)計和性能參數(shù)。

　　2分禾器的仿真分析

　　玉米收割機(jī)在工作時，分禾器主要作用是將玉米秸稈喂入夾持輸送機(jī)構(gòu)，以便對玉米植株進(jìn)行不對行收獲。所以，分禾器設(shè)計得是否合理，直接影響玉米收割機(jī)的工作性能。具體創(chuàng)建方法如下:1)在UG中建立的分禾器模型，以ParaSolid格式導(dǎo)入ADAMS中;2)為分禾器添加移動副;3)為分禾器設(shè)置初始速度，設(shè)定X方向初始速度為1．38m/s;4)為分禾器和玉米秸稈添加碰撞類型SolidToSolid;5)設(shè)置X軸正向為分禾器的前進(jìn)方向，Y軸正向為垂直地面豎直向上的方向，Z軸負(fù)向為分禾器工作時玉米秸稈的水平彎曲方向，仿真秸稈在極限位置，仿真情況如圖1和圖2所示。

　　2．1玉米秸稈與分禾器作用運(yùn)動學(xué)仿真

　　參考工作實際情況，設(shè)置分禾器距地面0．25m，仿真時間0．35s，選取玉米秸稈上1．025m處為平均結(jié)穗高度。當(dāng)分禾器行進(jìn)速度為1．38m/s時，玉米秸稈結(jié)穗點在分禾器作用下沿X軸、Y軸、Z軸方向上的位移仿真曲線如圖3、圖4和圖5所示。由圖3～圖5可知，結(jié)穗點在X軸方向上的彎曲量為0．16m;隨著秸稈的運(yùn)動，結(jié)穗點在Y軸方向上距離地面高度逐漸減小，從離地1．025m下降到0．832m，降低了0．193m;玉米秸稈在分禾器接觸擠壓下，在Z軸負(fù)向上有橫向彎曲，最大位移為0．43m。經(jīng)計算得，在XY平面內(nèi)，玉米秸稈與垂直地面方向最大彎曲角度為10．9°;在YZ平面內(nèi)，玉米秸稈與豎直方向的最大彎曲角度為27．3°。由此可知，玉米秸稈與豎直方向的最大合成夾角為28．8°。

　　2．2與分禾器作用的玉米秸稈動力學(xué)仿真

　　分禾器在與玉米秸稈的作用過程中的作用力以摩擦力為主。當(dāng)分禾器行進(jìn)速度為1．38m/s時，作用力仿真曲線如圖7所示。

　　3摘穗裝置的分析與仿真

　　3．1摘穗輥的建模

　　摘穗輥的兩個輥采用齒輪傳動，建模時對其進(jìn)行簡化，然后導(dǎo)入ADAMS，再添加一些相應(yīng)的約束之后就可以進(jìn)行運(yùn)動仿真分析。在安裝摘穗輥的時候，一要保證兩個齒輪的準(zhǔn)確嚙合位置，二要考慮果穗在摘穗輥上停留時間盡量較短，從而減少果穗的損失。因此，安裝時設(shè)置兩個摘穗輥不在同一高度上，內(nèi)側(cè)摘穗輥低于外側(cè)摘穗輥。構(gòu)建的摘穗輥模型如圖8所示。

　　3．2摘穗輥運(yùn)動學(xué)仿真

　　按照工作實際情況，選擇平均結(jié)穗高度在玉米秸稈上1．025mm處，設(shè)置X軸正向為機(jī)器的前進(jìn)方向，速度為1．38m/s;Y軸正向為豎直向上的方向;Z軸為橫向。設(shè)置摘穗輥轉(zhuǎn)速為1000r/min，仿真時間0．8s，步數(shù)500，對摘穗輥工作過程進(jìn)行仿真，研究摘穗輥與豎直面夾角分別為25°和30°工作時，摘穗輥運(yùn)動過程中各種參數(shù)。圖9～圖12為摘穗輥與豎直面成30°時在摘穗輥作用下玉米秸稈結(jié)穗點處的位移、速度變化曲線;圖13～圖16為摘穗輥與豎直面成25°時在摘穗輥作用下玉米秸稈結(jié)穗點處的位移、速度變化曲線。

　　比較仿真結(jié)果可以看出，摘穗輥與豎直面夾角為30°時，其工作性能更加穩(wěn)定。因此，設(shè)計的新型玉米收割機(jī)選擇其摘穗輥與豎直面成30°角。

　　4結(jié)語

　　通過對玉米收割機(jī)的主要部件構(gòu)建三維模型，并進(jìn)行動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)的仿真分析，可以得到收割機(jī)工作時的一系列運(yùn)動參數(shù)，從而縮短收割機(jī)開發(fā)周期，降低研制成本，為其進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供參考。

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　　明哲

《基于ADAMS的玉米收割機(jī)主要部件仿真分析》

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