木薯块根拔起机构仿真优化

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1、2015年7月农机化研究第7期木薯块根拔起机构仿真优化陈科余，覃海鑫，杨望(广西大学机械工程学院，南宁530004)摘要:针对广西大学设计的挖拔式木薯块根收获机拔起机构存在质量较大的问题，先采用ADAMS仿真软件，建立拔起机构的动力学仿真模型，通过动力学仿真，分析各主要部件的受力情况;后采用ANSYS软件及参数化优化方法，对各主要部件进行轻量化优化。结果表明:所建立的木薯收获拔起机构仿真模型精度较高，优化后块根拔起机构的前后直杆、花键轴及凸轮轴的质量分别减轻了81．6%、41．1%、51．3%、53

2、．2%，达到了轻量化的优化目的。关键词:木薯;拔起机构;仿真;优化+中图分类号:S225．71文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)07－0043－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.07.010抖动边拔起;块根拔起到一定高度后，夹头松开木薯0引言茎秆，块根回落到地面;这时夹持机构相对于机架复目前，国内的木薯收获机械处于试验研究阶段，位，并开始对下一株木薯进行收获，整个过程由控制成熟机型少，对粘性土壤的适应性差，且已研制的收系统控制完成。［1－3］获机械自

3、动化控制程度较低。因此，研制一种块根拔起速度可控且能实现挖掘松土、土薯抖动分离的挖拔式木薯块根收获机对促进木薯收获机械化的发展有重要意义。为此，针对广西大学设计的一种挖拔式木薯块根收获机(简称木薯收获机)的拔起机构，采用仿真技术，对其主要部件进行仿真分析和优化，为挖拔式木薯块根收获机的整体优化设计提供依据。1结构及工作原理1．拖拉机2．悬挂机构3．抖动机构4．提升机构5．机架6．支撑轮7．夹持机构8．挖掘部件9．木薯块根木薯收获机机械系统部分结构如图1所示，块根图1木薯收获机结构简图拔起机构的提升机

4、构及抖动机构如图2所示。木薯收Fig．1Structureofcassavatuberharvester获机机械系统部分主要由挖掘部件和拔起机构两部分组成，安装在机架上并通过机架与拖拉机悬挂系统连接。其中，拔起机构主要由提升机构、夹持机构和抖动机构组成。机械收获前，在木薯茎秆离地30cm左右高度处由人工砍断并把它捡拾运走。作业时，拖拉机牵引木薯收获机前进，挖掘松土部件先对木薯块根周围土壤进行疏松;然后由液压缸驱动夹持机构的夹头夹持木薯茎秆，并在电机驱动的抖动机构和摆动液压缸驱动的提升机构联合作用下将

5、木薯块根边图2提升机构及抖动机构收稿日期:2014－07－14Fig．2Hoistingmechanismandditheringmechanism基金项目:国家自然科学基金项目(51365005，51065003);广西制造系统与制造技术重点实验室课题(13－051－09S01)作者简介:陈科余(1990－)，男，广西陆川人，硕士研究生，(E－mail)2仿真模型的建立249141469@qq．com。通讯作者:杨望(1984－)，男，广西合浦人，讲师，博士。为了便于建模和节省仿真时间，根据研究要

6、求，·43·2015年7月农机化研究第7期把拔起机构建成刚体模型进行受力分析。建模时，先行试验，对拔起机构夹头的加速度进行比较，验证动利用SolidWorks建立拔起机构各部件模型，然后装配力学仿真模型的精度。得到整个机构的三维模型，最后通过格式转换，导入试验设备:木薯收获机拔起机构物理验证样机1ADAMS中，且进行材料属性定义，添加约束。建立的台;摆动液压缸转速测试系统1套(包括光电编码器、拔起机构动力学仿真模型如图3所示。IPAM－7404、USB/ＲS－485转换器及笔记本电脑);加速度测试系

7、统1套(包括DH5938多通道并行数据采集与分析系统、DH131压电式加速度传感器、笔记本电脑)。仿真模型验证原理图如图4所示。在机器不行走、抖动机构运动和提升机构与抖动机构同时运动的两种条件下，分别测量拔起机构夹头的加速度，结果如图5、图6所示。其中，实线是实测加速度曲线，虚线是仿真加速度曲线。由图5可知，物理样机的夹头加速度曲线变化和仿真模型的一致。由图6可知，提升机构与抖动机构同时运动时，物理图3木薯机拔起机构刚体动力学仿真模样机的夹头加速度曲线变化趋势与仿真模型的基本Fig．3Ｒigidbo

8、dydynamicssimulationmodelofliftingmechanism一致。综上所述，仿真模型与物理验证样机夹头的加速3模型的验证度曲线较吻合。这表明所建立的木薯收获机拔起机在传动轴(小锥齿轮轴)转速、凸轮轴转速一定的构仿真模型合理，可用于机构受力分析。条件下分别对拔起机构物理验证样机和仿真模型进图4仿真模型验证原理图Fig．4Theprinciplediagramofthesimulationmodelvalidation·44·2015年7月农机化