高速插秧机可变螺距螺旋轴模态分析与优化

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1、2015年2月农机化研究第2期高速插秧机可变螺距螺旋轴模态分析与优化111112朱德泉，陈启围，姚亚芳，宋宇，熊玮，张健美(1．安徽农业大学工学院，合肥230036;2．安徽省农业机械技术推广总站，合肥230031)摘要:高速插秧机的作业速度高、转速快，相比曲柄连杆式插秧机旋转速度提高了1倍，使得螺旋轴在两端的回转轨道处所承受的冲击载荷大大增加。为此，针对可调行距高速水稻插秧机，设计了一种可变螺距的移箱机构螺旋轴，使一根轴可以满足不同行距插秧横向送秧的要求;运用ANSYS软件建立了可变导程移箱机构参数化有限元模型，对其进行模态分析，并用模态试验验证了有限元模型的准确性和可

2、靠性。在此基础上，对移箱机构进行了优化。结果表明:优化后的可变导程移箱机构的工作性能能够满足不同行距插秧实际作业的需要。关键词:高速插秧机;移箱机构;螺旋轴;可变导程;模态分析中图分类号:S223．91文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0098－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.0240引言1结构与工作原理我国的地域广阔、气候条件差异大、水稻品种繁可变导程移箱机构主要由螺旋轴固定部分、螺旋多、种植模式多样，水稻栽插的行距差异也很大;而目轴可动部分、滑套、转子及填补片等组成，如图1所前的水稻高速插秧机都是固定行距

3、，无法满足不同地示。通过调节螺旋轴可动部分在固定部分上的相对区水稻生产要求。因此，研制可调行距高速插秧机、位置来改变两端回转滑道之间相对的总导程。由于提高水稻高速插秧机的适用范围是非常必要的!。移是通过改变两端回转滑道之间的相对距离来实现导箱机构是水稻插秧机的重要部件，担负着定时、定量程可调的，因此要求两个回转滑道一个在移动部分和均匀地横向送秧工作。与曲柄摇杆乘坐式水稻插上、一个在固定部分上，其相位角为180°，通过一系列秧机相比，旋转式水稻高速插秧机工作速度提高了1的十字槽沉头螺钉固定，使各部分连接成一个整体，倍，使得移箱机构的转动速度增加了1倍，加上秧箱完成横向均匀移

4、动载秧台的功能。和秧苗质量的增加，螺旋轴在两端回转滑道处的冲击［1－3］载荷增加了5倍。设计性能可靠的可变导程移箱机构对研制可调行距水稻高速插秧机至关重1．螺旋轴固定部分2．螺旋轴可动部分3．滑套［4－5］要。因此，针对可调行距水稻高速插秧机工作性4．转子5．十字槽沉头螺钉6．填补片固定螺钉7．填补片能要求，设计了一种可变螺距的移箱机构螺旋轴，建图1可变导程移箱机构结构简图立可变导程移箱机构的动力学模型;应用建立的模型Fig．1Schemeofvariableleadseedlingfeedermechanism在MatLab软件中对可变螺距螺旋轴两端的回转滑道可变导程移

5、箱机构最大导程300mm，最小导程为进行优化，并运用ADAMS软件进行虚拟样机仿真验200mm，通过调节两回转滑道之间的距离，可以实现证。仿真结果表明，经过优化的可变螺距螺旋轴回转行距从200～300mm之间节距的整数倍的调节，从而轨道在工作时所受到的冲击大大减小，提高了工作可适应不同导程下载秧台移动的需要。调节到所需的靠性，延长了使用寿命。导程后，通过填补片填补两端空出的凹槽并承受部分推力，防止转子在两端回转滑道受到过大冲击载荷时收稿日期:2014－02－22导致固定用的十字沉头螺钉被破坏，使可变导程移箱基金项目:“十二五”农村领域国家科技计划项目(2011BAD16B

6、06);安机构工作失效。徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2011A121)作者简介:朱德泉(1969－)，男，安徽天长人，教授，博士，(E－mail)2螺旋轴振动频率方程dqzhu@sina．com。通讯作者:宋宇(1971－)，男，安徽濉溪人，副教授，博士，(E－mail)2．1转子工作时受力分析songyu@ahau．edu．cn。在实际工作中，转子移动方向是沿着螺旋轴轴向·98·2015年2月农机化研究第2期方向，螺旋轴上的导槽受力侧面有一定的倾斜角度，dU(x)EA－ku1U(0)=0［6－7］dx同时也受到滑套的一个扭矩作用，受力分析如图x=0(4)2所示

7、。{dU(x)－kU(0)=0EAu2dxx=L其中，ku1和ku2分别为两端支承刚度，代入振动方程，得到x轴(轴向)向振动频率方程为(2r－1)πEω=(r=1，2，…，n)(5)L槡ρ由此可知，选用较好的材料和增大螺旋轴的弹性模量能使螺旋轴获得较高的振动频率。3螺旋轴模态分析与试验3．1基于ANSYS可变导程螺旋轴模态分析当插秧机在做高速运转工作的时候，由于可变导图2转子受力分析图Fig．2Stressanalysisofrotor程螺旋轴受到载秧台秧箱与秧箱底架的摩擦力、秧箱图2中，F为转子所受合力;Fx、Fy、Fz为转