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红花丝的机械化采收是红花产业发展的必要条件之一,而目前采摘方式主要还是依靠人工采摘,强度大、效率低。基于此本文针对课题组前期研究的梳齿式红花丝采摘头无法轴向加紧花丝这一现状,设计了一种凸轮驱动机构来实现花丝的加紧,主要从以下几个方面进行了研究:(1)方案设计:在研究凸轮驱动机构从动件运动规律需求分析的基础上,分析了从动件多项式运动规律、三角函数运动规律、组合式运动规律设计的凸轮适用场合,其中组合式运动规律综合了多项式和三角函数运动规律的优点,具有速度变化小、冲击小等特性,结合采摘头凸轮驱动机构的工作原理,选取组合式运动规律作为本凸轮从动件的运动规律;采用解析法设计了轴向凸轮的轮廓曲线,基本参数为:基圆半径60 mm,工作行程3 mm,推程及回程运动角30°,远休止及近休止角150°。(2)仿真分析:通过运动学仿真分析,凸轮从动件动梳齿的角位移变化范围为-395.0~-392 mm,凸轮的工作行程为3 mm,从动件动梳齿速度与加速度变化没有出现强烈波动,说明动梳齿与凸轮端面接触冲击力与磨损程度相对较小;同时建立了凸轮有限元分析模块,在三种材料普通合金钢28Cr4、热锻模具钢X38CrMoV5-1和渗氮合金钢42Cr4下进行静态分析,热锻模具钢X38CrMoV5-1的凸轮屈服应力最大、应变最小、安全系数最好,结合采摘头的工作原理特性,确定凸轮的最佳材料为热锻模具钢X38CrMoV5-1。(3)试验研究:经实际测得凸轮加工后行程为2.98 mm,动定梳齿间的距离为2.88mm,而红花丝单根平均直径为0.8 mm,夹紧花丝时远大于安装误差0.12 mm,测得凸轮工作面的硬度为63.6 HRC,符合设计要求;高速摄像试验中动梳齿在凸轮端面上的运动轨迹是一条平整、光滑的曲线,表明采摘头在夹花时轴向方向上振动冲击较小,增加了凸轮机构的使用寿命;采用二次旋转正交中心组合试验研究,得采摘头平均夹持成功率38.21%,利用Design-Expert 8.0.6软件中的Optimization-Numerical模块进行优化求解,参数优化后得凸轮初始安装角为-6.6°,采摘头速度为48.35 r/min,采摘头安装高度为956 mm时夹持成功率最佳,为65.96%。