基于预定轨迹的残膜脱卸机构的优化设计

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1、2015年6月农机化研究第6期基于预定轨迹的残膜脱卸机构的优化设计1212谢建华，侯书林，张学军，付宇(1．新疆农业大学机械交通学院，乌鲁木齐830052;2．中国农业大学工学院，北京100083)摘要:根据曲柄摇杆机构的运动特点，设计了一种结构简单、工作可靠的搂齿式卸膜机构。以预定轨迹为目标函数、机构各构件的结构参数为设计变量，对搂齿式卸膜机构进行优化，确定了机构主要结构参数，并运用ADMAS软件对搂齿卸膜机构进行运动学仿真分析。同时，制作样机进行田间试验，结果表明其满足性能要求。关键词:残膜回收;卸膜机构;搂膜杆齿;优化设计中图分类号:S223．5文献

2、标识码:A文章编号:1003－188X(2015)06－0089－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.022)0引言搂膜杆齿末端运动轨迹中，EIM弧为杆齿末端E点的工作行程，要求实现从弹齿上捋下地膜并向后抛扔的随着覆膜种植面积的不断扩大，残膜回收问题受)［1－3］工作性能;MNE弧为杆齿末端E点的回复行程，要求到广泛关注。国内外研究者为了解决残膜回收问［4－10］回复过程不可回带地膜、并且用时尽可能短。题，设计了多种形式的残膜回收机具。卸膜机构是残膜回收作业机具的主要工作装置，其运动特性的优劣直接关系到残膜回收机具的性能。

3、曲柄摇杆机构是除凸轮机构以外能够实现复杂轨迹的最常用的基本机构，具有结构简单、方便拆装、从动件运动规律［11－15］可调性好等特点，在机械工程中得到广泛应用。为此，以曲柄摇杆机构为基础，设计了搂齿卸膜机构，在优选的预定轨迹基础上对机构进行优化，并通过实验验证优化后的机构性能。1设计方案及工作原理1．搂齿卸膜机构2．地膜3．托膜铲4．滑道－弹齿式拾膜机构1．1设计方案图1搂齿卸膜机构工作示意图Fig．1Workingdiagramofhug－teethunloadingresidualplastic杆齿式残膜回收机具的搂齿卸膜机构为了与滑filmmechan

4、ism道－弹齿式拾膜机构相配合，顺利将弹齿上的地膜卸下来，需要在拾膜弹齿水平升运地膜的初始阶段，从拾膜弹齿的后部向弹齿末端运动，捋下拾膜弹齿上的地膜，抛向膜箱后部。同时，要求卸膜机构在下一组拾膜弹齿运动到升运地膜阶段时迅速复位，回复过程中尽量避免回带地膜。搂齿卸膜机构工作情况如图1所示。1．2工作原理工作时，残膜回收机由地轮通过链传动驱动曲轴转动，曲轴带动搂膜杆齿往复运动。如图2所示，在收稿日期:2014－06－22基金项目:国家自然科学基金项目(51465057);国家高技术研究发展计划项目(2012AA10A503－4)图2卸膜机构运动轨迹示意图作者简

5、介:谢建华(1975－)，女，四川安岳人，副教授，博士，(E－Fig．2SchematicdiagramtrajectoryofUnloadingresidualplasticmail)xjh199032@163．com。filmmechanism·89·2015年6月农机化研究第6期的运动轨迹运动，则搂膜杆齿末端E点实际轨迹与给2搂膜机构的参数优化定轨迹各点之间的坐标值误差均方根最小，以此建立2．1建立目标函数目标函数为根据卸膜机构运动特性分析，选择满足卸膜要求124minf()x=∑[(M－S)2+(M－S)2]的运动轨迹，对搂齿卸膜机构的结构进行优化

6、设计，槡24i=1xixiyixi获得机构各构件尺寸和相对位置关系。(1)如图3所示，在过曲柄A点建立的直角坐标系2．2确定设计变量里，机架AF与x轴夹角为β，搂膜连杆中BE与BD的根据曲柄摇杆机构运动几何关系可知，当曲柄AB所夹锐角为γ，曲柄AB相对于x轴的初始位置角设位置已知时，搂膜连杆E点坐标由各构件长度l1、l2、l3为θ0。若已知搂膜杆齿的预定轨迹(如表1所示)，、l4、l5和角度参数β、γ、θ0确定。因此，优化设计的机构许用压力角[]δ=35°，按照运动模型即可求出设计变量为x=[x，x，x，x，x，x，x，x]T各构件的长度和相对位置关系。1

7、2345678=[l，l，l，l，l，β，γ，θ]T(2)123450式中l1—机架LAF的长度;l2—曲柄LAB的长度;l3—搂膜连杆LDB的长度;l4—摇杆LDF的长度;l5—搂膜杆齿LBE的长度。2．3确定约束条件根据曲柄摇杆机构存在条件建立性能约束，则ìg1()x=x2－x1≤0ïg2()x=x2－x3≤0ï图3卸膜机构实现预定坐标的运动关系ïïg()x=x2－x4≤03Fig．3SportsrelationsofUnloadingresidualplasticfilmmechanismí(3)ïg4()x=x1+x2－x3－x4≤0achieve

8、predeterminedcoordinateï表1搂膜杆齿E点给