免耕播種機(jī)破茬清壟裝置運(yùn)動(dòng)軌跡的仿真分析

免耕播種機(jī)破茬清壟裝置運(yùn)動(dòng)軌跡的仿真分析

0原壟播種免茬清茬裝置不合理實(shí)踐表明，采用保護(hù)性農(nóng)業(yè)技術(shù)可以避免春季干旱，減少水土流失和水土流失。目前東北地區(qū)生產(chǎn)中還沒(méi)有真正的原壟播種免耕播種機(jī),其主要原因是沒(méi)有合適的破茬清茬裝置。為此作者通過(guò)國(guó)內(nèi)外破茬方法的對(duì)比及在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出了對(duì)播種帶上的玉米根茬進(jìn)行破茬清茬的方案,研究播種帶玉米根茬處理裝置,并對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn),為東北壟作玉米免耕播種機(jī)的合理設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。1模型建立的意義運(yùn)用虛擬技術(shù),在對(duì)產(chǎn)品加工之前就可對(duì)其性能、行為、功能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè),從而完成設(shè)計(jì)方案的評(píng)估與優(yōu)化。虛擬樣機(jī)技術(shù)能夠完成虛擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試優(yōu)化分析等多方面工作,可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程,大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,大量減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本,明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品性能,從而獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。ADAMS軟件是美國(guó)MDI公司開(kāi)發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件,它可對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,輸出位移、速度、加速度和反作用力等曲線。ADAMS軟件可用于分析機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。雖然ADAMS的動(dòng)力仿真和后處理功能強(qiáng)大,但它的建模功能卻有很多不足,只能建一些簡(jiǎn)單的模型。而Pro/E的建模功能相當(dāng)強(qiáng)大,并且可實(shí)現(xiàn)與ADAMS的數(shù)據(jù)傳輸。為此,本文在Pro/E中對(duì)虛擬清壟裝置進(jìn)行建模和裝配,然后導(dǎo)入到ADAMS中,再對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚⑻砑蛹s束及驅(qū)動(dòng)。其工作步驟如圖1所示。2cad/最佳設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)Pro/E軟件是美國(guó)PTC公司1989年推出來(lái)的優(yōu)秀三維CAD/CAM/CAE集成軟件,PTC公司突破CAD/CAM/CAE的傳統(tǒng)觀念,提出了參數(shù)化、特征建模和全相關(guān)單一數(shù)據(jù)庫(kù)的CAD設(shè)計(jì)新思想。下面是破茬清壟裝置在Pro/E軟件中建模和裝配的基本操作:1幾何形體的生成標(biāo)準(zhǔn)幾何形體如長(zhǎng)方體、圓柱體等,通過(guò)長(zhǎng)方形、圓的拉伸得到。簡(jiǎn)單幾何形體在二維線框的基礎(chǔ)上通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等操作形成三維幾何形體。復(fù)雜幾何形體由簡(jiǎn)單幾何體通過(guò)長(zhǎng)凸臺(tái)、切除、鏡像等操作得到三維幾何形體。2裝配沖突性分析虛擬裝配一般有兩種方式:自頂向下(Top-Down)和自底向上(DowntoTop)的設(shè)計(jì)方式。在裝配過(guò)程中應(yīng)用了匹配、對(duì)齊等約束和元件的復(fù)制和陣列等操作。利用Pro/E軟件自帶的檢查功能,分析裝配體中各零部件之間是否存在動(dòng)、靜態(tài)干涉現(xiàn)象,避免隱藏的裝配沖突性失誤。利用Pro/E軟件建立的裝配體模型如圖2所示。3后翼愈合角度設(shè)計(jì)破茬清壟裝置在工作時(shí),殘茬經(jīng)常會(huì)落到臨近地壟上,而不一定會(huì)落進(jìn)壟溝之中,這就需要對(duì)影響殘茬運(yùn)動(dòng)軌跡的因素進(jìn)行分析,優(yōu)化,最終使殘茬可以落入壟溝中。由清壟裝置的虛擬樣機(jī)分析,影響殘茬運(yùn)動(dòng)軌跡的主要參數(shù)是清壟裝置的前進(jìn)速度v,水平圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速n,后翼的開(kāi)合角度α。其中轉(zhuǎn)速n由清壟裝置的前進(jìn)速度v和圓盤(pán)與地壟的摩擦系數(shù)決定,所以只須考慮清壟裝置的前進(jìn)速度v和后翼的開(kāi)合角度α即可?？紤]到計(jì)算機(jī)硬件的關(guān)系,在本次設(shè)計(jì)中只分析一個(gè)水平圓盤(pán)的部裝部分,其在ADAMS中的模型如圖3所示。在圖3中,施加圓盤(pán)軸與地壟的移動(dòng)副,設(shè)置移動(dòng)驅(qū)動(dòng)于水平圓盤(pán)固定軸,速度與破茬清茬機(jī)一致,速度為1.25m/s,水平圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速為1.5rad/s,利用ADAMS/view對(duì)后翼開(kāi)合角度進(jìn)行設(shè)計(jì),本研究以一個(gè)殘茬為例,主要研究左側(cè)后翼與豎直面的夾角β的變化對(duì)此殘茬的影響,進(jìn)而通過(guò)α=2β求得后翼開(kāi)合角度的范圍。首先設(shè)置β為5°,(不考慮β為0°和90°的情況,因?yàn)?°并未形成夾角,不能對(duì)殘茬起到阻礙作用;而當(dāng)β=90°時(shí),α=180°兩個(gè)后翼形成一個(gè)平面,殘茬和土壤無(wú)法擺脫后翼,嚴(yán)重影響破茬清茬裝置的前進(jìn)速度)。取5°為一個(gè)單位步長(zhǎng),取β角分別為10°,15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°,50°,55°,60°,65°,70°,75°,80°,85°時(shí)對(duì)水平圓盤(pán)進(jìn)行仿真,利用ADAMS/postprocess模塊觀察殘茬的運(yùn)動(dòng)情況,并記錄殘茬的位移變化。如圖4所示:在圖4中發(fā)現(xiàn)殘茬大約在t=0.48s以前這一段時(shí)間,β的變化對(duì)殘茬的位移并未產(chǎn)生影響,通過(guò)觀看仿真動(dòng)畫(huà)發(fā)現(xiàn)這段時(shí)間殘茬還未接觸后翼,殘茬位移的變化是由于水平圓盤(pán)切到殘茬造成的,如圖5所示。當(dāng)t=0.5s時(shí)可以發(fā)現(xiàn)位移曲線逐漸發(fā)生變化,由圖4觀察,β在5°,10°,15°,20°,25°時(shí),位移曲線變化不明顯,通過(guò)觀看仿真動(dòng)畫(huà)發(fā)現(xiàn)當(dāng)β=5°~25°時(shí)后翼并未對(duì)殘茬起到分茬的效果,后翼并沒(méi)有碰到殘茬;當(dāng)β為30°,35°,40°,45°,50°,55°,60°時(shí),位移曲線基本分開(kāi),變化較明顯,位移變化大概在0.4m左右,恰好落在壟溝的中間位置,效果較好;當(dāng)β為65°,70°,75°,80°,85°時(shí),曲線變化很明顯,后翼的分茬效果很明顯,但殘茬的位移變化大概在0.45~0.6m之間,位移變化過(guò)大,觀察仿真動(dòng)畫(huà)發(fā)現(xiàn)殘茬大部分落在離壟溝中間位置教遠(yuǎn)的地方或相臨的地壟上,角度不合適。經(jīng)過(guò)以上的分析和觀察仿真動(dòng)畫(huà),最后判斷β大概在30°,35°,40°,45°,50°,55°,60°時(shí)為宜,又由位移曲線圖發(fā)現(xiàn)β越大,位移的變化越大,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)使曲線變化劇烈的特殊角度,所以可以判斷在β=30°~60°這一范圍的角度都適合,即后翼的開(kāi)合角度α=2°,β=60°~120°。通過(guò)以上的分析,去掉位移變化曲線圖中β過(guò)小或過(guò)大的位移曲線,最終得到的殘茬位移曲線如圖6。綜上所述,當(dāng)前進(jìn)速度v=1.153m/s,后翼的夾角α=60°~120°范圍取值時(shí),殘茬的落地位置較好。4仿真結(jié)果分析采用Pro/E軟件進(jìn)行清壟裝置的實(shí)體建模和虛擬裝配,并進(jìn)行干涉檢驗(yàn),再將裝配模型導(dǎo)入到ADAMS/view中,進(jìn)行清壟裝置運(yùn)動(dòng)仿真分析并對(duì)清壟裝置的后翼開(kāi)合角度進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)。由清壟裝置的虛擬樣機(jī)分析,影響殘茬運(yùn)動(dòng)軌跡的主要參數(shù)是破茬清壟裝置的前進(jìn)速度v,水