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我国每年有8亿吨秸秆产生,秸秆收集问题是秸秆综合利用体系中首要解决的问题,也是制约秸秆大规模综合利用的难题。搂草机构是秸秆捡拾打捆机的关键工作部件之一,将捡拾器捡拾起的秸秆物料有序输送到压缩室内,其运动学性能优劣直接影响秸秆在集草室是否残留、喂入压缩室的物料分布是否均匀,其动力特性是引起打捆机横向振动的主要来源。因此,研究新型搂草机构对提升牵引式秸秆捡拾打捆机的工作性能具有重要的实际应用价值和理论指导意义。
为了减少现有曲柄摇杆式搂草机构搂草爪轨迹在集草室拐角处形成的盲区和对机架的横向振动,本文提出了两种新型搂草机构,分别是双曲柄五连杆式搂草机构和椭圆齿轮行星系转臂式搂草机构,对其进行优化设计与仿真研究,具体工作总结如下:
针对侧牵引捡拾打捆机的曲柄摇杆式搂草机构在秸秆输送过程中存在盲区堆堵和横向振动大的问题,通过SolidWorks软件的三维建模和ADAMS的动态仿真,分析了搂草机构的运动学和动力学特性,揭示在搂草阻力下搂草爪端点的轨迹分布、搂草机构和压缩机构的运动时序以及运动副作用力对机架的振动影响,并以此为参考设计新型搂草机构。
应用人机交互的优化设计方法对双曲柄五连杆式搂草机构进行了参数优化,在SolidWorks下建立其三维装配模型,并导入ADAMS进行运动学和动力学仿真分析,得出双曲柄五连杆式搂草机构搂草爪的运动轨迹。对比曲柄摇杆式搂草机构搂草爪伸入集草室拐角的位置,双曲柄五连杆式搂草机构的搂草轨迹减小了集草室拐角盲区,也有较小的机架振动力幅值。但是,搂草后爪伸入压缩室的位置靠近喂入口,表明秸秆将在压缩室分布不理想,会引起压缩的草捆密度不均匀的问题,并且该机构产生的惯性力对机架的振动仍然较大。
综合两种连杆式搂草机构的运动轨迹不够理想和对机架振动较大的问题,提出了椭圆齿轮行星系转臂式搂草机构。应用人机交互的可视化设计方法对该机构进行了优化设计,得到满足机构运行的最优参数。利用SolidWorks软件建立该机构的三维模型,导入ADAMS进行动态仿真,结果表明转臂式搂草机构较连杆式搂草机构能更有效的解决盲区堆堵,喂入压缩室的秸秆分布更均匀。由于椭圆齿轮行星系转臂式搂草机构为双臂对称布置的两杆机械手结构,传动平稳,对机架的振动明显减小。