单行牵引式马铃薯收获机摆动筛仿真优化分析

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1、2015年6月农机化研究第6期单行牵引式马铃薯收获机摆动筛仿真优化分析1a1b21a于文强，王兰美，赵相路，杜泽生(1．山东理工大学a．机械工程学院;b．农业工程与食品科学学院，山东淄博255000;2．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044)摘要:针对现有单行牵引式马铃薯收获机伤薯率高、明薯率低等问题，提出摆动分离筛优化的关键变量，并使用三维实体建模软件对小型马铃薯收获机零部件进行参数化建模，确立曲柄半径与转速对筛分性能影响的目标函数。同时，运用ADAMS对摆动分离筛虚拟样机模型进行动态仿真分析

2、，完成摆动分离筛筛分性能关键参数的优化。关键词:马铃薯收获机;参数化;优化;仿真+中图分类号:S225．71文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)06－0037－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.008式升运链上输送来的物料(马铃薯块茎及少量土壤)0引言进行二次筛分，使筛上的大部分泥土落到筛下，而马［3］目前，我国马铃薯收获机械在关键零部件的结构铃薯块茎被送到机器后面，在地面上呈带状铺放。优化设计上仍有待进一步提高。其主要问题表现在土薯分离效果不好、明薯率

3、低、马铃薯损伤较重且伤薯率高。为此，针对单行牵引式马铃薯收获机械摆动分离筛优化的关键变量，确立曲柄半径与转速对筛分性能影响的目标函数。对小型马铃薯收获机零部件进行参数化建模后，运用ADAMS对摆动分离筛虚拟样机模型进行动态仿真分析，并针对影响伤薯率和明薯率的要素进行了参数优化，可有效解决上述问题。1马铃薯收获机的三维建模1．悬挂机架2．杆条式升运链3．挖掘铲与铲架4．切土固盘5．传动机构6．摆动分离筛7．限深轮首先对机具零部件进行分类;然后进行结构分图1单行牵引式马铃薯收获机模型析，将各个特征的几何形状与尺

4、寸大小用变量的方式Fig．1UnilinearTractorMountedPotatoHarvesterModel［1］来表示，使得特征具有可调整性;再依据零部件间2．2摆动筛的运动分析的装配关系和相应装配约束进行装配;最后生成整机如图2所示，曲柄OE、连杆EB、前吊挂杆AB、后［2］的实体模型，在此过程中随时进行干涉检查。机具吊挂杆CD、筛面倾角α、摆动方向角ε、摆动方向与的三维实体模型如图1所示。筛面夹角β(β=ε－α)，确立该摆动筛机构为双摇杆2摆动筛动力学分析机构。连杆长度远大于曲柄半径，故该机构可

5、看成是做振幅为A=2r(r为曲柄半径)简谐振动的直线振动2．1摆动筛结构及工作过程筛。设筛子的摆动方向为X轴，曲柄在最右面位置时摆动筛安装在马铃薯收获机的尾部，主要由筛作为筛子的位移和时间的起始相位，并规定以逆时针架、前后吊挂杆、筛条和筛角调节板等构成。摆动筛为正，易得出如下关系，即在偏心轮和连杆机构的带动下摆动，其功能是将杆条位移x=rcosωt(1)dx收稿日期:2014－06－13速度vx==－rωsinωt(2)基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2012AA10A503－4)dt作者简介:于文强

6、(1976－)，男，天津人，副教授，硕士，(E－mail)dvx2ywq@sdut．edu．cn。加速度ax==－rωcosωt(3)dt通讯作者:王兰美(1956－)，女，山东淄博人，教授，(E－mail)yyu2000@126．com。式中r—曲柄半径(mm);·37·2015年6月农机化研究第6期ω—曲柄角速度(rad/s);AMS软件中给动力轴加载300r/min的转速，对曲柄［5］t—时间(s)。半径为30mm的摆动筛机构进行1s、50步的仿真。从上述方程可以看出，影响摆动筛工作性能的主分别测量摆

7、动筛质心的加速度、速度等参数，其变化要参数是曲柄转速和曲柄半径。曲线如图4、图5所示。1．曲柄2．连杆3．P1点4．前吊挂杆图4质心合成加速度曲线5．筛6．P2点7．后吊挂杆8．P3点Fig．4TheDiagramofCentroidＲesultantAcceleration图2摆动分离筛及驱动机构简图Fig．2TheMechanismSchematicsofOscillatingSieveforSeparationandDrivetrain2．3摆动筛的设计条件一般情况下，要求马铃薯损伤率ηc≤5%，即筛

8、2子质心点运动的合成加速度平均值a≤20m/s，x方向［4］速度v≤1m/s，y方向速度v≤0．2m/s。xy3虚拟样机摆动筛仿真分析图5质心速度曲线3．1摆动筛虚拟样机模型建立Fig．5TheDiagramofCentroidVelocitySolidWorks模型导入ADAMS后，再次将零部件由图4、图5可知，在曲柄转速为300r/min、曲柄半“装配”成整体，重新拾取实体模型的质量特性，并对径为30mm情况