空载状态下往复式棉秆切割器动力学仿真与试验

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1、第28卷第16期农业工程学报Vol.28No.162012年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.201217空载状态下往复式棉秆切割器动力学仿真与试验1111※2宋占华，田富洋，张世福，李法德，范云涛（1.山东农业大学机械与电子工程学院山东省园艺机械与装备重点实验室农业生产机械装备国家工程实验室分实验室，泰安271018；2.中国农业机械化科学研究院农业生产机械装备国家工程实验室，北京100083）摘要：为了能够迅

2、速、可靠地确定空载状态下往复式棉秆切割器的切割阻力和功耗等数据从而优化其设计，选择一种以偏置式曲柄连杆机构驱动的往复式棉秆切割器作为仿真与试验研究对象。采用SolidWorks进行了虚拟样机设计，利用ADAMS对空载状态下往复式棉秆切割器进行了动力学仿真研究，依据仿真数据应用响应面方法对切割峰值阻力与机架所受振动力进行了试验分析，确定了割刀平均切割速度为0.8m/s、配重块质量为1.5kg、安装位置滞后于曲柄位置170°时切割峰值阻力与机架所受振动力最小，分别为450和380N。利用研制的往复式棉秆切

3、割试验台，对空载状态下的切割阻力随着割刀平均切割速度的变化进行了试验研究，并与仿真数据进行了对比分析。结果表明，切割峰值阻力的实测值与模拟值相对误差为7%，机架所受振动力的实测值与模拟值相对误差为7.7%，仿真数据可靠，能替代试验数据作为参考依据，为低功耗棉秆切割收获装备的研发提供了一种设计参考。关键词：农业机械，切割器，动力学，棉秆，空载，仿真，响应面方法doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.16.003+中图分类号：S225.912文献标志码：A文章编号：1002-6

4、819(2012)-16-0017-06宋占华，田富洋，张世福，等.空载状态下往复式棉秆切割器动力学仿真与试验[J].农业工程学报，2012，28(16)：17－22.SongZhanhua,TianFuyang,ZhangShifu,etal.Simulationandexperimentofreciprocatingcutterdynamicsofcottonstalkunderno-load[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngi

5、neering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(16):17－22.(inChinesewithEnglishabstract)析，进而在分析的基础上优化设计。0引言以往，对往复式切割器的阻力与功耗的确定大多根[1-2]切割器是作物联合收获机的重要工作部件之一，据相应的数学模型进行理论分析计算或进行试验研究，主要分为往复式切割器和回转式切割器两大类。其中，[10]然而理论计算结果与实际结果差异较大，而试验研究往复式切割器由于结构简单，可靠性高，且是有支承切耗时较长，工作

6、量大且繁琐，一定程度上会增加产品开割，切割质量好，被国内外联合收获机普遍采用[3]。但目[3,11-14]发成本。虚拟样机技术是一种可视化的动态仿真技[4-6]前，对用于宽行距、大株距种植作物收割的切割器的术，通过模拟产品在真实工况下的性能特征，可以避免切割阻力及功耗的研究较少，尤其是对棉花秸秆切割收设计缺陷，提高设计精度，改善产品质量，还可以在设[7-9]获过程中切割器的切割阻力及功耗的研究更少。计阶段预测产品的性能，缩短产品的开发周期，降低成棉花是一种宽行距、大株距的种植作物，其行距基本，提高市场

7、竞争力。本文在对棉秆切割器的割刀传动本在500mm以上，株距一般在250mm以上，有的棉花机构进行动力学分析的基础上，应用机械系统动力学仿种植株距甚至在600mm以上，远远大于其棉秆直径真软件ADAMS对往复式棉秆切割器进行了仿真分析，（10～25mm）。这表明棉秆切割收获机的切割器在工作研究了空载状态下各因素对切割器的切割阻力与机架所过程中，在动刀做往复运动的方向上仅有少数刀片进行受振动力变化的影响机理，为往复式棉秆切割器的优化切割棉秆工作，而多数刀片是空载工作；在收获机前进设计提供了理论依据，缩短

8、了研发周期，同时也为低功方向上，切割器空载工作时间远高于切割棉秆的时间。耗棉秆切割收获装备的研发提供了一种设计参考。因此，在设计时，需要对其空载工作状态进行动力学分1结构及动力学分析1.1棉秆切割器结构收稿日期：2011-09-22修订日期：2012-06-16基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2009AA043601）往复式切割器中驱动割刀运动的机构有曲柄连杆机[15]作者简介：宋占华（1984－），男，山东临清人，博士生，主要从