弹齿滚筒式捡拾装置参数分析和改进设计研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
捡拾压捆机是牧草收获机械的一种,弹齿滚筒式捡拾装置是捡拾压捆机的主要工作部件之一,对捡拾装置进行深入研究对我国提高捡拾压捆机的工作性能,实现牧草收获机械化有重要的现实意义。我国对弹齿滚筒式捡拾装置尚没有明确的设计方法,所有捡拾装置的设计均参照国外相应参数仿制,不清楚各结构参数如何匹配才是最优的,才能更好地实现捡拾作业,也不清楚控制弹齿运动的凸轮滑道廓线应设计成何种形状才是最优的,才能使捡拾装置在工作时弹齿的漏捡区域小,速度变化合理,各零件受力小,功率消耗小。论文通过理论分析、计算机仿真模拟以及试验测试对弹齿滚筒式捡拾装置的捡拾过程进行了研究。在此基础上,对弹齿滚筒式捡拾装置的结构参数及工作参数进行了改进设计。
     (1)对弹齿滚筒式捡拾装置进行了机构分析,确定了弹齿滚筒式捡拾装置的机构性质,反转的摆动从动件盘形凸轮机构;分析了弹齿的运动,并在此基础上建立了弹齿端部的数学模型。
     (2)确定了影响弹齿滚筒式捡拾装置捡拾效果的影响因素,其主要是特征参数λ的取值和凸轮机构参数。其中λ的大小取决于机器前进速度V t、滚筒回转角速度ω(即转速n)和凸轮机构参数。
     (3)得出了满足捡拾装置工作要求的凸轮机构运动规律。
     (4)应用虚拟样机技术,利用机械系统设计软件Pro/Engineer和机械系统分析软件ADAMS建立了捡拾装置的参数化模型;计算机仿真分析了9KJ~(-1).4A小方捆捡拾压捆机捡拾装置:捡拾装置原凸轮滑道廓线设计和参数匹配使弹齿运动过程中漏捡区面积较大且加速度较大而有突变。在ADAMS环境下用相对轨迹生成实体的方法,对弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮滑道廓线进行了改进设计。经过改进设计,找出了捡拾装置结构参数的最佳值和工作参数的最佳匹配关系。滚筒半径R=125mm,曲柄长度l=80mm,弹齿长度l’=178mm,弹齿与曲柄夹角=1.1rad,滚子半径r=17.5mm,弹齿杆数z=5。机组工作速度V t5km·h~(-1),滚筒转速n=64r·min~(-1),凸轮运动规律:升程和回程均采用正弦加速度运动规律。
     (5)对改进设计前后的弹齿滚筒式捡拾装置进行了加速度测试分析。采用微型无线加速度传感器测试了弹齿端部的加速度,结果表明:改进设计后的弹齿端部加速度值明显减小,且加速度值无突变,改善了弹齿滚筒式捡拾装置的工作性能,加速度测试分析结果与仿真分析结果一致。
     (6)对改进设计前后的弹齿滚筒式捡拾装置进行了捡拾损失率和功率消耗测试分析。结果表明:在功率消耗与改进前基本相同的情况下,改进设计后的捡拾装置的捡拾损失率有了较大减小,说明改进设计后的参数更趋于合理。
     (7)用高速摄像方法分析了捡拾装置捡拾作业过程,分析结果表明:改进设计后的捡拾装置在弹齿放齿、捡拾、升举、推送和收齿等阶段,弹齿的运动规律能够满足使用要求,速度方向变化合理,且在捡拾过程中,弹齿端部没有产生过高的加速度,加速度没有突变现象,较平稳。高速摄像分析结果与仿真分析结果一致。
Pickup baler is one of the grass harvest machine. Spring-finger cylinder pickupcollector is the main working parts of pickup baler. Profound study in spring-fingercylinder pickup collector is most significant for improving service behavior of pickupbaler and implementing mechanized harvest of pasture. There is no definite designmethod in designing spring-finger cylinder pickup collector. In our country, theparameters of pickup collector are in imitation of foreign. We do not know the optimummatching parameters that pickup working putting into effect well. And we do not knowthe optimum cam shape with smaller leakage collecting area, proper velocity variation,less stress on parts and less power consumption of pickup collector. Aiming at theproblems, theoretical analysis, kinematics simulation and experimental test for study ofthe working process of spring-finger cylinder pickup collector are carried out. Based onthe achievement, the structure parameters and the working parameters of pickup collectorare improved.
     (1) Mechanism analysis of spring-finger cylinder pickup collector is charified. It is adirection changing cam mechanism with oscillating follower. The movement ofspring-finger is discussed also. Based on the discussion, the mathematical model ofspring-finger is established.
     (2) The chief factors to affect the function of the pickup collector are analyzed. Themain parameters to affect the function of the pickup collector are λand parameters ofcam mechanism. The value of λ is determined by heading velocity, rotational angularvelocity of cylinder and parameters of cam mechanism.
     (3) The moving law of cam mechanism satisfying the demand of pickup working isacquired.
     (4) In the course of study, a modern designing theory was introduced and a computeraided analysis to the pickup process of the pickup collector is conducted by means ofPro/Engineer designing software, ADAMS analytical software of mechanical system andhaving established a ADAMS model for the pickup implement of the collector. By goingthrough kinetics analysis, the working status of pickup collector with original parametersis required. The leakage collecting area of spring-finger cylinder pickup collector withoriginal parameters is bigger and acceleration of the end of spring-finger is larger anddiscontinuous. The essential design parameters of pickup collector are improved also.Based on the achievement, the affecting laws of the variation of each factor to the moving state of spring-finger and appropriate design method of slide track cam areacquired. Working parameters of cylinder pickup collector at given structure parametersare found. The radius of cylinder is125mm, the length of crank is80mm, the length ofspring-finger is178mm, the angle between spring-finger and crank is1.1rad, the radiusof roller is17.5mm, the quantity of spring-finger rod is5, heading velocity of pickupcollector is5km·h~(-1), and rotational speed of cylinder is64r·min~(-1). The cam law in liftingand returning stage is sinusoidal acceleration moving rule.
     (5)The acceleration testing analysis is offered with original parameters and improvingparameters of pickup collector. The result indicates that the acceleration value of the endof spring-finger reduces after improving and it is continuous. It shows that the analyticalresults of simulation are good agreed with the experiment results. This result shows thefeasibility of using simulation method to analyze the performance of the cylinder pickupcollector.
     (6) The pickup loss factor and consumed power with original parameters andimproving parameters of pickup collector are acquired. The result shows that the pickuploss factor after improving is reduced. Consumed power is as the same as pickupcollector with original parameters. It indicates that parameters after improving are morereasonable.
     (7) The overall movement process of spring-finger and material is photographed online by using the high-speed photography equipment. By going through collection andanalysis of image sequence, the relative movement law between spring-finger andmaterial agrees with the requirement of picking material. The velocity of spring-fingervaries reasonable and the acceleration of spring-finger is continuous. It shows that thesimulation results are agreed with the experiment results.
引文
1牧草的发展历史[J].中国水土保持,2000,18(3):22
    2杨世昆,苏正范.饲草生产机械与设备[M].北京:中国农业出版社:2009
    3麻硕士.草原牧区畜牧业机械化发展战略研究[J].农村牧区机械化,2008,(5):11.
    4杨明韶,张永,毕玉革.我国草业机械工程发展趋势的研究[J].农机化研究,2004(1):14-18
    5四川省草原工作总站.优质人工牧草的收获与贮藏技术[J].草业科技,2000,27(3):108
    6朱凤芹.纽荷兰牧草与青贮机械[J].养殖技术顾问,2006,(4):52-53
    7雪合拉提.木塔里甫,努尔夏提.朱马西,买买提.依不拉音.德国克拉斯(CLASS)公司发展现状与趋势[J].新疆农机化,2003,(1):61-62
    8马国玉,袁洪方,刘鹏军,等.现阶段我国牧草机械的需求分析[J].农机化研究,2011,(2):222-225
    9杨明韶.中国牧草收获机械发展简史[J].农业机械学报,1991,(3):1-4
    10邵世禄,韩正晟,魏宏安,等.我国牧业收获机械发展[J].草业科学,2010,27(5):152-156
    11牧草机械发展情况与趋势[J].中国牧业通讯,2010,(4):33
    12杨炳南,唐金秋,汪雄伟.浅析国内外畜牧机械的发展(上)[J].农业机械,2004,(1):34~36.
    13邵立民,绳同发,赵文,等.德国畜牧机械简介[J].现代化农业,1994,(8):35~36.
    14袁天佐,陈清,李志国.国外两种牧草机械简介[J].农业机械,2004,(4):65.
    15优质牧草的保证—约翰迪尔牧草机械[J].农村科技,2008,(11):57.
    16苏正范.牧草收获机械[J].农机情报资料,1979,(Z1):119~127.
    17盛凯.弹齿滚筒捡拾器运动参数的解析分析[J].吉林工学院学报,1989,10(3):26~33.
    18盛凯,曾南宏.弹齿滚筒捡拾器的机构特性及其运动数学模型[J].农业机械学报,1991,(3):51~57.
    19王国权,余群,卜云龙,等.秸秆捡拾打捆机设计及捡拾器的动力学仿真[J].农业机械学报,2001,(5):59~63.
    20王振华,张俊国.9YFQ-1.9型方草捆捡拾压捆机捡拾器的参数分析[J].草业科学,2006,23(6):106~107.
    21王学农,陈发,张佳喜,等.基于Solidworks残腊捡拾滚筒3D设计及运动仿真[J].草业科学,2008,45(S2):156~158.
    22乌吉斯古楞.弹齿滚筒式牧草捡拾器运动仿真及性能参数的试验研究[硕士学位论文][D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2010.
    23金鹍鹏,陈伟旭,张蓓.滑道滚筒式捡拾器的工作参数分析[J].农机使用与维修,2010,(4):18~19.
    24袁彩云,刁培松,张道林.弹齿滚筒捡拾器的设计与运动仿真[J].农机化研究,2011,(5):73~76.
    25王振华,王德成,刘贵林,等.方草捆压捆机捡拾器参数设计[J].农业机械学报,2010,41(S1):107~109.
    26乌吉斯古楞,刘伟峰,包那日那.滚筒式捡拾器的运动仿真[J].农机化研究,2010,(9):50~53.
    27孙贵斌,孙召瑞,吴修彬,等.基于COSMOSMotion的弹齿滚筒捡拾器运动仿真[J].农业装备与车辆工程,2010,(8):37~39.
    28孙桓,陈作模.机械原理(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2000
    29中国农业机械化科学研究院编.农业机械设计手册(下册)[M].北京:中国农业科学技术出版社,2007.
    30葛正浩. ADAMS2007虚拟样机技术[M].北京:化学工业出版社,2010
    31贾长治,殷军辉,薛文星等. MD ADAMS虚拟样机从入门到精通[M].北京:机械工业出版社,2010
    32石永刚,吴央芳.凸轮机构设计与应用创新[M].北京:机械工业出版社,2007.
    33JB/T5160-1991牧草捡拾器技术条件.中国人民共和国机械行业标准[JB]
    34王静,廖庆喜,田波平,等.高速摄像技术在我国农业机械领域的应用[J].农机化研究,2007,(1):184~186.
    35姜南,衣淑娟,张延河.钉齿式轴流装置脱粒过程高速摄像分析[J].农业机械学报,2011,42(增刊):52~56.
    36陶桂香,衣淑娟.组合式轴流装置稻谷运动仿真及高速摄像验证[J].农业机械学报,2009,40(2):84~86.
    37刘庆廷,区颖刚,卿上乐,等.光刃刀片切割甘蔗茎秆破坏过程高速摄像分析[J].农业机械学报,2007,38(10):31~35.
    38廖庆喜,舒彩霞,田波平,等.基于高速摄像技术的芦竹切割过程的研究[J].华中农业大学学报,2007,26(6):415~418.
    39袁月明,马旭,朱艳华,等.基于高速摄像技术的气吸式排种器投种过程的分析[J].吉林农业大学学报,2008,30(4):617~620.
    40陈进,边疆,李耀明,等.基于高速摄像系统的精密排种器性能检测试验[J].农业工程学报,2009,25(9):90~95.
    41王在满,罗锡文,黄世醒,等.型孔式水稻排种轮充种过程的高速摄像分析[J].农业机构学报,2009,40(12):56~61.
    42王吉奎,郭康全,吕新民,等.穴播轮中种子运动高速摄像分析[J].江苏大学学报,2012,33(1):11-15
    43张文斌,李耀明,徐立章,等.应用高速摄像技术研究清选筛面上物料的运动[J].农机化研究,2008,(5):21-24
    44王乐,邱立春,李永奎.玉米种子在导种管中运动过程的高速摄像分析[J].农机化研究,2010,(10):130-132
    45邱发平,向红,何锦风,等.高速摄像技术在包装跌落测试中的应用[J].包装工程,2010,31(2):52~54.
    46廖小翠,郭学斌.断药导爆管传爆过程的高速摄像试验研究[J].爆破,2009,26(3):89-95
    47吴中平,吴乔,韩召,等.利用高速摄影测量水下物体的运动速度[J].水雷战与舰船防护,2007,15(1):21-23
    48刘乐卿,陈晖,冯斌.高速摄像系统在导弹发射装置模拟试验中的应用[J].飞航导弹,2011,(44):95-97
    49王锋德,陈志,王俊友,等.4YF-1300型大方捆打捆机设计与试验[J].农业机械学报,2009,40(11):36~41.
    50王国权,余群,卜云龙,等.秸秆捡拾打捆机设计及捡拾器的动力学仿真[J].农业机械学报,2001,32(5):59~61,68.
    51王振华,王德成,刘贵林,等.方草捆压捆机捡拾器参数设计[J].农业机械学报,2010,41(增刊):107~109.
    52袁彩云,刁培松,张道林.弹齿滚筒捡拾器的设计与运动仿真[J].农机化研究,2011,33(5):73~76.
    53常宗瑜,许立新,胡宏志,等.基于无线传感器的平压平模切机动力学响应的测试与分析[J].包装工程,2010,31(3):68~70,91.
    54马瑞俊,王凯湛,马旭,等.穴盘水稻秧苗通过分秧滑道的高速摄像分析[J].农业机械学报,2011,42(10):84~89.
    55王金峰,王金武,何剑南.深施型液态施肥装置施肥过程高速摄像分析[J].农业机械学报,2012,43(4):55~59.
    56孙康杰,王英.韦立格尔-180型圆捆机捡拾器运动轨迹的分析[J].农机部呼和浩特畜牧机械研究所,1980,(4)(5):31-32,18-20
    57孙康杰.新荷兰-850型圆捆机捡拾器运动分析[J].呼盟牧机研究所,1981:121-129
    58陈德民,槐创锋,张克涛等.精通ADAMS2005/2007虚拟样机技术[M].北京:化学工业出版社,2010
    59赵洪刚,于建国.饲草压捆机压缩机构有限元分析[J].中国农机化,2007,(2):81-83
    60Christina Georgiades. Simulation and Control of an Underwater Hexapod Robot[D].Montreal:McGill University,2005
    61Po-Ting Chen. Simulation and Optimization of a Two-wheeled,Ball-Flinging Robot[D]. SanDiego:University of California,2010
    62Sergio Hernandez. The Optimum Design of Epicyclic Trains of Spherical Cam-roller Pairs[D].Montreal:McGill University,2004
    63Dinae L. Peters. Coupling and Controllability in Optimal Design and Control[D]. Michigan:TheUniversity of Michigan,2010
    64于建国,赵洪刚.饲草压捆机饲草喂入机构位置方程的建立与仿真[J].东北林业大学学报,2006,34(3):72-77
    65赵洪刚,于建国.饲草压捆机饲草喂入机构角加速度仿真分析[J].科学技术与工程,2007,7(3):374-380
    66王德福,张全国.青贮稻秆圆捆打捆机的改进研究[J].农业工程学报,2007,23(11):168-171
    67王静.固定式半自动牧草压捆机设计及喂入装置运动仿真[J].东北林业大学学报,2005,33(3):106-107
    68陈发,史建新,赵海军等.固定凸轮残膜捡拾机构的优化设计[J].农业机械学报,2005,36(12):43-46
    69钱鹏,季宏斌,王满先等. MJSD140型秸秆捡拾打捆机的开发[J].江苏农机化,2009,(1):32-33
    70赵维俭.9JY-1800型牧草捡拾圆捆机工作性能分析[J].农牧与食品机械,1993,(6):9-10
    71张国凤,陈建能,李建桥等.水稻钵苗有序抛秧机顶出机构的参数优化[J].江苏大学学报,2008,29(2):101-105
    72冯远静,卢博友,杨青等.曲齿型弹齿滚筒式残膜捡拾机构特性分析[J].西北农业大学学报,2000,28(6):163-167
    73代丽,赵雄,赵匀.偏心链轮传动机构的运动学分析与参数优化[J].农业机械学报,2009,40(12):233-241
    74徐金苏,赵匀.基于ADAMS和ANSYS的辣椒移栽机构的力学仿真与应力分析[J].浙江理工大学学报,2009,26(5):731-733
    75何琰.分插机构复优化方法的研究及软件集成[D].硕士学位论文.浙江理工大学,2009
    76赵海军.残膜捡拾滚筒的运动学和动力学研究[D].硕士学位论文.新疆农业大学,2005
    77陈建能.椭圆齿轮行星系分插机构的动力性能分析、参数优化及实验验证[D].博士学位论文.浙江大学,2004
    78俞高红.圆柱齿椭圆齿行星系分插机构的动力学分析与优化[D].博士学位论文.浙江大学,2006
    79李建平.基于气流的振动输送式有序抛秧新机构分析与优化[D].博士学位论文.浙江大学,2006
    80赵悟.搅拌装置参数优化的研究[D].博士学位论文.长安大学,2005
    81梁喜凤.蕃茄收获机械手机构分析与优化设计研究[D].博士学位论文.浙江大学,2004
    82Sergio Hernandez. The Optimum Design of Epicyclic Trains of Spherical Cam-roller Pairs[D]. AThesis for the Degree of Master of Engineering,McGill University, Montreal,2004
    83John S. Cundiff, Lori S. Marsh. Harvest and Storage Costs for Bales of Switchgrass in theSoutheastern United States[J]. Bioresource Technology,1996,56:95-101
    84D. Nilsson. SHAM-a Simulation Model for Designing Straw Fuel Delivery System[J]. Biomassand Bioenergy,1999,16:39-50
    85John S. Cundiff. Simulation of Five Large Round Bale Harvesting Systems for Biomass[J].Bioresource Technology,1996,56:77-82
    86Colin R. Gagg, Peter R. Lewis. Wear as a Product Failure Mechanism-Overview and CaseStudies[J]. Engineering Failure Analysis,2007,14:1618-1640
    87北京农业工程大学.农业机械学(下册)[M].北京:中国农业出版社:1999
    88王荫坡.中国畜牧业机械化[M].北京:农业出版社:1988
    89Cz.卡那沃依斯基.收获机械[M].北京:中国农业机械出版社:1983
    90JB/J6943-93牧草捡拾器弹齿.中华人民共和国机械行业标准[JB]
    91史增录,赵武云,吴建民,等.4UX-550型马铃薯收获机悬挂机组机液耦合仿真[J].农业机械学报,2011,42(6):98~102,92
    92尹建军,李双,李耀明. D型打结器及其辅助机构运动仿真与时序分析[J].农业机械学报,2011,42(6):103~107
    93赵匀,黄巨明,张国凤,等.变形椭圆齿轮分插机构运动分析与优化[J].农业机械学报,2011,42(4):48~52,61
    94王燕,杨庆华,鲍官军,等.关节型果蔬采摘机械臂优化设计与试验[J].农业机械学报,2011,42(7):191~195
    95庞佑霞,唐勇,梁亮,等.贯流风机结构参数优化组合研究[J].农业机械学报,2011,42(9):102~107
    96王吉奎,郭康权,吕新民,等.夹持式棉花精密穴播轮改进设计与试验[J].农业机械学报,2011,42(4):43~47
    97范旭辉,贾洪雷,张伟汉,等.免耕播种机仿形爪式防堵清茬机构参数分析[J].农业机械学报,2011,42(10):56~60
    98杨欣,刘俊峰,李建平,等.苹果起苗铲有限元分析与结构设计[J].农业机械学报,2011,42(2):84~87,125
    99郗晓焕,王金武,郎春玲,等.液态施肥机椭圆齿轮扎穴机构优化设计与仿真[J].农业机械学报,2011,42(2):80~83
    100陈达,周丽萍,杨学军.移栽机自动分钵式栽植器机构分析与运动仿真[J].农业机械学报,2011,42(8):54~57,69
    101张春龙,黄小龙,耿长兴,等.智能锄草机器人系统设计与仿真[J].农业机械学报,2011,42(7):196~199,185
    102田杰,夏艳.基于ADAMS的盘形凸轮参数化设计与轮廓曲线优化[J].制造业信息化,2010,(8):69~71
    103万朝燕,李培行,庄绪红.基于ADAMS的凸轮机构弹性动力学分析[J].大连交通大学学报,2010,31(1):45~48
    104唐琼.基于ADAMS的凸轮机构分析与动态仿真[J].安徽理工大学学报,2010,30(4):22~24,30
    105徐芳,周志刚.基于ADAMS的凸轮机构设计及运动仿真分析[J].机械设计与制造,2007,(9):78~80
    106范云霄,尤振环.基于ADAMS的凸轮设计[J].煤矿机械,2011,32(2):35~37
    107潘启明,刘明刚.基于ADAMS的移栽机用凸轮摆杆扶苗机构设计及运动仿真分析[J].林业机械与木工设备,2009,37(9):33~36
    108秦成,赵珍强,赵怀珠.基于ProE/Adams/Nastran的装备虚拟设计[J].装备制造技术,2007,(12):57~58,67
    109杨保成,杨海鹏.9YKS-0.9(1.5)型根茬收割方草捆压捆机的研制[J].农机化研究,2009,(8):160~162
    110田嘉海,王志杰,赵清华,等.齿带式拾禾器基本参数的分析与计算[J].黑龙江八一农垦大学学报,1994,7(4):59~63
    111石磊,吴崇友,梁苏宁,等.油菜捡拾脱粒机脱粒清选装置设计参数试验研究[J].中国农机化,2010,(6):45~47,64

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700