后插式蔬菜移栽机分插机构动力学分析与仿真

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1、2015年2月农机化研究第2期后插式蔬菜移栽机分插机构动力学分析与仿真1121李夺，万霖，李剑，张锟(1．黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆163319;2．东北石油大学，黑龙江大庆163318)摘要:为提高依靠弹簧作为动力的后插式蔬菜移栽机分插机构工作的稳定性，运用拉格朗日方法，从能量学角度建立机构动力学模型，结合机构栽植运行轨迹，利用MatLab－simulink系统对所建模型进行动力学仿真。结果表明:在给定具体初始条件下建立的机构动力学模型，可快速获得满足移栽机构工作轨迹要求、机构振动与回弹程度较轻的动力参数解，为后插式蔬菜移栽机分插机构动力学控制方法

2、设计与研究提供了理论依据。关键词:蔬菜移栽;分插机构;动力学分析;仿真中图分类号:S223．94文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0091－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.022后插式蔬菜移栽机分插机构的结构如图1所示。0引言机构由曲柄AB(L1)、摇杆CD(L2)和栽植臂CBEF组通过对国内蔬菜移栽机械的现状及特点进行分成。摇杆一端固定于机架上，另一端与栽植臂相连析，发现蔬菜钵苗移栽大多采用弹簧作为推力的分插接，它将传动轴输出的动力传送给栽植臂。栽植臂由机构，此装置结构简单、操作方便，但在机构做反

3、复式连杆体零件(L2、L7、L8)组成，在其前端装有取苗器，［1－2］运动时所产生的弹跳和振动程度较大。当机构达工作时将曲柄的圆周运动变为特定的曲线运动(F点到一定运行速度时，会出现错误性栽植动作，如将钵的绝对运动轨迹)，即移栽机栽植运行轨迹。苗丢向地面或栽植深度不够等。现实生产中，对这种情况还未从理论上提出有针对性的解决方案。曾有人对蔬菜移栽机分插机构进行过动力学分析，然而在其分析过程中没有结合机构栽植运行轨迹，对机构存［3－5］在问题未能有效地解决，研制的移栽机没有得到推广应用。因此，对机构进行综合性动力学分析，不仅可以提高机构的机械性能，而且能够更好地保证

4、钵苗移栽的质量，对提高生产效益与经济效益具有重大意义。为了使得该栽植机构具有优良的作业效果，本研究从能量学角度出发，结合机构栽植轨迹，运用拉格朗日方法，建立后插式蔬菜移栽机分插机构动力学模型。同时，借助MATLAB－simulink对所建模型进行仿真，并以曲线图形式表达出来，得出机构速度、转角及选定位置点的力随时间变化的规律，最终获得机构动力学参数优化解。图1蔬菜移栽机分插机构简图1机构组成及工作原理Fig．1Vegetabletransplanttransplantingmechanismmap2机构动力学分析收稿日期:2014－03－07基金项目:黑龙江省农

5、垦总局“十二五”攻关项目(HNK11A－09－06);2．1机构运行分析与假设黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12521366)作者简介:李夺(1986－)，女，辽宁盘山人，硕士研究生，(E－mail)图1中，vm为移栽机行走速度，θ1为曲柄的角速624090008@qq．com。度，整个分插机构做平面反复式运动。为了对机构进通讯作者:万霖(1971－)，女，山东即墨人，教授，硕士生导师，博士，(E－mail)381995603@qq．com。行动力学分析，建立直角坐标系，将各构件均表示为·91·2015年2月农机化研究第2期杆矢。在机构移栽过程中，假设各构件为

6、刚体，不考统的势能U。将式(4)、式(5)代入式(3)中，可求得分虑各零件间的配合间隙、构件弹性及摩擦，各杆矢方插机构的动力学方程为····位角θi由X轴开始，定沿逆时针方向为正。采用拉格M()qq+C(q，q)q+G()q=τ(6)朗日方程，对机构进行动力学分析，从能量学角度建··1·TU其中，C(q，q)=M－［qM(q)］，G(q)=。立分插机构动力学模型。2qq2．2系统能量分析3动力学模型仿真蔬菜移栽机分插机构处于静平衡状态时，为n个活动杆件的平面连杆机构，各杆件所受的外力转化到3．1建立仿真模型其质心上和作用于质心上的力矩，其各力及力矩在其对

7、蔬菜移栽机分插机构进行仿真，其主要目的是虚位移上作元功之和为0，即以组成分插机构的杆组为仿真模块，搭建分插机构nMATLAB－simulink仿真模型，对低副机构进行动力学∑(Fiδri+Miθi)=0(1)仿真和分析，使分插机构具有良好的作业效果。在i=1MATLAB－simulink系统模块库中选用Body、Ground式中Fi—转化到各杆件质心上的合力矢量;［6－9］和JointSensor等模块，然后定义各模块的Pa-θri—各杆件质心的虚位移矢量;rametars，建立仿真模拟系统。本文中，JointSensor主θi—各杆件的虚角位移矢量。要感应角加

8、速度和约束力，子模块通过