基于Solidworks的殘膜撿拾滾筒3D設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真

2013-06-07  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

應(yīng)用Sohdworks軟件對(duì)殘膜撿拾滾筒進(jìn)行3D設(shè)計(jì)和裝配,并運(yùn)用Comsos/Motion針對(duì)滾筒不同的轉(zhuǎn)速、撿拾齒組數(shù)、入土深度等參數(shù)對(duì)滾筒進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真,得出撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡,初步尋找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉(zhuǎn)速和合理的入土深度等工作參數(shù),為殘膜回收機(jī)具的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

作者: 王學(xué)農(nóng)*陳發(fā)*張佳喜*蔣永新*牛長(zhǎng)河 來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 殘膜撿拾滾筒 3D設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)仿真

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需要更多生產(chǎn)效率高、性能良好的農(nóng)業(yè)機(jī)械。因此對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)提出更高的要求。目前,我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械水平和世界一流技術(shù)還存在不少的差距,關(guān)鍵問題之一就是設(shè)計(jì)水平落后。要改變這一現(xiàn)狀,就必須重視現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究、推廣和應(yīng)用。
    
殘膜撿拾滾筒是我國耕前殘膜回收中比較典型的工作機(jī)構(gòu),采用SolidWorks軟件和與其無縫集成的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真軟件COSMOS/Motion對(duì)4JSM-1800棉秸稈還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的撿拾滾筒進(jìn)行實(shí)例三維設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析,探討了撿膜齒組數(shù)、機(jī)具前進(jìn)速度、撿拾滾筒的轉(zhuǎn)速以及撿膜齒的人土深度等因素對(duì)殘膜撿拾效果的影響,對(duì)殘膜撿拾機(jī)具研發(fā)和使用提供理論支持,展示了現(xiàn)代動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工具軟件在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。
    
     1殘膜撿拾滾筒原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    
     1.1殘膜撿拾滾筒原理
    
4JSM-1800棉秸稈還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用弧形往復(fù)式挑膜齒殘膜清理滾筒,主要由滾筒壁、凸輪盤(2組)、凸輪軸、挑膜齒組等構(gòu)成[2f。工作時(shí),滾筒壁由鏈輪驅(qū)動(dòng),繞著與機(jī)架固聯(lián)的凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),挑膜齒組上的滾輪在凸輪槽中滾動(dòng),從而帶動(dòng)整個(gè)挑膜齒組作往復(fù)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于凸輪中心與滾筒中心存在偏心距,運(yùn)動(dòng)時(shí),挑膜齒相對(duì)滾筒表面伸出、縮回。挑膜齒伸出用于撿膜,挑膜齒縮回用于脫膜。
    
     1.2殘膜撿拾滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    
滾筒壁和地表必須有一定間隙以避免滾筒前壅土,因此挑膜齒需有一定的伸出長(zhǎng)度。初步確定滾筒的直徑和挑膜齒的外形參數(shù)。采用SolidWorks三維軟件對(duì)各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)為了對(duì)比分析,采用不同的裝配配置。圖l。
    
     2仿真軟件介紹及分析步驟
    
     2.1 COSMOS/Motion軟件的特點(diǎn)
    
COSMOS/Motion與當(dāng)今主流的三維CAD軟件SolidWorks無縫集成,是一個(gè)全功能運(yùn)動(dòng)仿真軟件,可以對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真,得出系統(tǒng)中各零部件的運(yùn)動(dòng)情況,如位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并將結(jié)果以動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式輸出,另外可將零部件在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況下的復(fù)雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中,進(jìn)行強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析。
    
     2.2仿真分析步驟
    
為了便于分析,對(duì)滾筒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,只保留和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬相關(guān)的零部件,設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)化模型進(jìn)行裝配、添加零件間配合關(guān)系。COSMOS/Motion可以自動(dòng)識(shí)別Solidworks裝配體零件之間的約束副,也可以由COSMOS/Motion進(jìn)行定義。在進(jìn)行仿真之前,首先進(jìn)行基本參數(shù)設(shè)置,如力的單位、時(shí)間單位、重力加速度大小、以及與動(dòng)畫有關(guān)的幀時(shí)間間隔及幀數(shù)等。在進(jìn)行仿真分析時(shí),設(shè)置力的單位為N,時(shí)間的單位是s。仿真動(dòng)畫的持續(xù)時(shí)間和幀數(shù)根據(jù)不同的需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。然后設(shè)置滾筒的運(yùn)動(dòng)初始狀態(tài),即滾筒旋轉(zhuǎn)速度,機(jī)具前進(jìn)速度。設(shè)置完畢點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真,繪制出相鄰兩組撿膜齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,并將軌跡結(jié)果輸出。
    

最后采用COSMOS/Motion軟件對(duì)滾筒的動(dòng)態(tài)干涉進(jìn)行檢查。具體做法是在COSMOS/Motion的仿真過程結(jié)束后,選擇Check Interferences按鈕,然后再選擇需要進(jìn)行干涉檢查的零件即可。為了方便對(duì)比分析,將軌跡結(jié)果輸出為Excel格式,然后采用Lisp語言編程,在AutoCAD中繪制出軌跡曲線,進(jìn)行對(duì)比分析。圖2。
    

 3殘膜撿拾滾筒運(yùn)動(dòng)仿真分析
    
相鄰兩組撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡曲線是否重合,其重合量大小對(duì)殘膜回收機(jī)的撿拾率有著很大的影響。而影響運(yùn)動(dòng)軌跡的因素有撿膜齒組數(shù)量、撿膜滾筒轉(zhuǎn)速、撿膜齒入土深度和機(jī)具工作速度等。分別改變這幾個(gè)影響因素的參數(shù)進(jìn)行仿真模擬,繪制出不同工作參數(shù)的軌跡曲線進(jìn)行分析以確定最佳工作參數(shù)。
    
     3.1 撿膜齒組數(shù)對(duì)軌跡重合量的影響
    
滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)和機(jī)具工作速度一定時(shí),撿膜齒組周向個(gè)數(shù)決定周向相鄰撿膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡重合量。圖中顯示了撿膜齒周向個(gè)數(shù)m分別為4、3和2時(shí)相鄰齒運(yùn)動(dòng)軌跡重合的仿真結(jié)果。圖中直線表示地表,撿膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡的最低點(diǎn)到地表線的垂直距離為撿膜齒入土深度。當(dāng)入土深度相同時(shí),相鄰齒運(yùn)動(dòng)軌跡重合量隨撿膜齒數(shù)量的增加而增大。撿膜齒在周向的個(gè)數(shù)多,重合量大,引起漏撿的可能性小,撿膜率高。圖3。
    

撿膜齒數(shù)量多,重合量大,可防止漏撿,但撿膜齒組在滾筒內(nèi)的布置就困難,同時(shí)機(jī)具重量和成本增加。因此選取合理的撿膜齒組數(shù),對(duì)撿拾滾筒的撿拾性能、重量和成本都有重要的影響。經(jīng)仿真綜合分析研究,確定需要配置3組撿膜齒。由于撿膜齒在軸向間隔錯(cuò)開布置,因此在滾筒內(nèi)共有6組撿膜齒。
    
     3.2滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)軌跡重合量的影響
    
a、b、c、d四條曲線表示機(jī)具前進(jìn)速度一定時(shí),滾筒轉(zhuǎn)速分別為40、60、80和160 r/min時(shí)的挑膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢钥闯?撿膜滾筒轉(zhuǎn)速越低,撿膜齒在地表下停留的時(shí)間和軌跡越長(zhǎng),重合量越大。圖4。
    

     3.3撿膜齒入土深度對(duì)軌跡重合量的影響
    
當(dāng)撿膜齒組數(shù)一定時(shí),相鄰撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡重合量與撿膜齒入土深度有直接影響。入土深度增加,重合量增大;入土深度減小,重合量減少,甚至為負(fù)值,即相鄰撿膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡不重合。人土深度大,重合量大,撿膜滾筒撿拾率相應(yīng)提高,但將造成撿膜滾筒與地表層之間的間隙減小。過小的間隙易使?jié)L筒前壅土、堵塞,提高機(jī)具故障率,增加動(dòng)力消耗。入土深度小,重合量小,撿膜滾筒撿拾率低。因此在設(shè)計(jì)時(shí)可通過增大撿膜滾筒和地表層間隙,減少壅土現(xiàn)象,提高撿拾率。圖5。
    
     3.4仿真分析結(jié)果
    
通過對(duì)影響運(yùn)動(dòng)軌跡的因素?fù)炷X組數(shù)量、撿膜滾筒轉(zhuǎn)速、撿膜齒入土深度和機(jī)具工作速度的模擬分析,結(jié)合秸稈粉碎部件的工作參數(shù)和棉田的實(shí)際工作環(huán)境等因素,初步確定了殘膜撿拾滾筒的工作參數(shù)。即撿膜齒入土深度3~5.5 cm;滾筒轉(zhuǎn)速42~48 r/mim,機(jī)具前進(jìn)速度5-6.5 km/h。
    

     4結(jié)束語
    
應(yīng)用Solidworks軟件對(duì)殘膜撿拾滾筒進(jìn)行3D設(shè)計(jì)、裝配和干涉檢查,并運(yùn)用COSMOS/Motion針對(duì)滾筒轉(zhuǎn)速、撿拾齒組數(shù)、人土深度、機(jī)具工作速度等參數(shù)對(duì)滾筒進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真,得出撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡,分析尋找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉(zhuǎn)速和合理的入土深度等工作參數(shù),為殘膜回收機(jī)具的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
    
通過實(shí)際分析可以看出,利用機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真軟件COSMOS/Motion,可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)過程,縮短開發(fā)周期,明顯減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤,提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。Solidworks和COSMOS/Motion為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)設(shè)汁和分析提供了一種快速、有效的實(shí)用工具。經(jīng)殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)田問試驗(yàn)證明,根據(jù)模擬結(jié)果確定的工作參數(shù),機(jī)具的撿拾率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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