弹齿滚筒式捡拾装置运动学特性的理论分析

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1、2015年10月农机化研究第10期弹齿滚筒式捡拾装置运动学特性的理论分析丁海泉，郁志宏，刘伟峰，李林，邓伟刚(内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特010018)摘要:我国牧草捡拾装置常规设计方法没有理论依据，设计水平远落后于国外发达国家，严重制约了其使用可靠性。为此，提出了一套弹齿滚筒式捡拾装置运动学特性的理论计算方法，核心思想是采用分段曲线的方法，分段描述弹齿端部的位移方程、速度方程和加速度方程。通过总结分析3种典型凸轮曲线的运动学特性的共性，发现共同特点是按牧草收获工艺可以将其分为4个区域，验证了所提出设计理论的正确性。本研究旨在完善弹

2、齿滚筒式捡拾装置的设计理论，为今后捡拾装置设计生产提出具有普遍性的指导意见。关键词:滚筒式捡拾装置;弹齿;运动学特性中图分类号:S226．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)10－0076－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.10.0160引言弹齿滚筒式捡拾装置是牧业机械上广泛应用的重要工作部件。但是，国内的弹齿滚筒式捡拾装置大都是在引进消化吸收国外机型的基础上研制的，设计机理不清，几十年来一直采用传统的图解法和类比法等常规设计方法，缺少对其应用机理和设计理论基础的深入研究，设计水平远落后于国

3、外发达国家，严重制约了使用的可靠性。一些学者虽然提出了应用解［1－3］析法设计弹齿滚筒式捡拾装置的思路，但这些方法过于综合、抽象，可操作性差，不具备对实际设计工1．弹齿2．弹齿杆3．曲柄4．凸轮盘5．滚轮6．滚筒盘作的指导作用。因此，建立准确反映捡拾装置运动学7．中间轴8．滚筒护板9．侧护板10．悬挂轴11．支架特性的理论分析方法，是解决捡拾装置设计理论方法图1弹齿滚筒式捡拾装置结构Fig．1Spring－fingerCylinderPickupDeviceStructure的基础。各机型的不同点是其凸轮轨道的曲线形状不同。有本文提出一套捡

4、拾装置运动学特性的理论方法，的机型是心形线，有的机型是豆形线;但不论是心形线，其思路是:将实际捡拾装置的机械结构抽象为力学模还是豆形线，都是由若干段圆弧或直线构成。型，然后运用数学分析方法推导出一套计算公式，从现有文献在理论分析时，都是抽象地利用凸轮摆角而形成一套理论设计方法，旨在指导捡拾装置的设计［1］推导出弹齿端部的位移方程，或是用复杂的数学公式工作。［2－3］加以表示。在文献［1］中，作者把弹齿相对滚筒的1问题的提出摆动用凸轮摆角表示，但凸轮摆角的作用并没有明确指出，也没有给出具体的计算公式。在文献［2］和文现在牧业机械上广泛使用的弹

5、齿滚筒式捡拾装献［3］中，作者也是把弹齿相对滚筒的摆动用弹齿杆置如图1所示。相对摆动规律作为角度参数使用，且其具体数值的求收稿日期:2014－10－22解公式也未给出，不能具体指导机械设计工作。基金项目:国家自然科学基金项目(51365035);内蒙古农业大学科技创新团队项目(NDTD2013－6)2机构的力学模型简化作者简介:丁海泉(1970－)，男，内蒙古巴彦淖尔人，副教授，(E－mail)nmdhq2013@imau．edu．cn。取捡拾装置整体为研究对象，可以将现有的捡拾通讯作者:郁志宏(1966－)，女，河北邢台人，教授，硕士生导

6、师，装置抽象为以下的力学模型。(E－mail)yzhyqyzhyq@126．com。·76·2015年10月农机化研究第10期筒圆周上的节点Ai为222(x－xi)+(y－yi)=l(1)222x+y=Ｒ(2)这样，当i=1，2，．．．，N时，就可以获得凸轮曲线和滚筒圆周上各自的对应节点Bi和Ai(i=1，2，．．．，N)。同理，滚筒圆周上由A1，A2，．．．，AN个节点划分为N段圆周。取Ai、Ai+1两个节点之间的第i段圆周，对应于凸轮曲线上为Bi、Bi+1之间的那段任意曲线为y=fi(x)。这样，只要求出任一曲线段y=fi(x)，以及所

7、对应的滚筒圆周上的相应一段圆弧下弹齿端部G点的位移方程，通过求导，就可以得到G点的速度方程和加速度方程。图2捡拾装置的力学模型于是，在滚筒圆周旋转1周时，重复上述过程，弹Fig．2MechanicalmodelofthePickupDevice齿端部G点的位移方程、速度方程和加速度方程就全图2中，1为滚筒圆周曲线，2为凸轮轨道曲线，假部可以求出。设该曲线由有限段任意曲线组成。线段AB为曲柄，3．2在任一曲线段上的运动方程AG为弹齿，且AB=l，AG=l'，∠BAG=γ(γ为定值)。在第i段曲线上(参见图2)，A点坐标为A(xA，其中，A点为

8、主动点，B、G两点为从动点。A点绕圆周yA)，见式(3)、式(4);B点坐标为B(xB，yB)。运动1圈，则B、G两点也绕圆心O运动1圈。A点坐标为现在的问题是:如何根据已知条件