圆捆压捆机开门连杆机构尺度的优化设计.pdf

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1、圆捆压捆机开门连杆机构尺度的优化设计口陈明口薛晓宁口胡远忠口梁景松口何真广东海洋大学工程学院广东湛江524025摘要：针对9QY55圆捆压捆机，建立了液压开门连杆机构的数学模型，使用MathCAD软件进行了机构尺度的优化设计，确定了既能使工作液压缸直径最小，又能使连杆机构结构最紧凑的合理化尺度设计方案。关键词：MathCAD连杆机构优化中图分类号：TH113：$220．2文献标识码：A文章编号：1000—4998(2010)08—0030—03圆捆压捆机是农业机械，它将牧草等草物料打成室重心G与垂直方向的夹角Or4约等于-rr／9。铰链

2、B便于贮存和运输的圆捆。全自动圆捆压捆机在完成打的初始位置为B，终止位置为，开启角为时铰链捆并将门锁解锁后，开门装置将整个后压捆室部件向的中间位置为B。后压捆室的开启角度：0≤a≤1T／3。上开启到一定的角度，使草捆能够在重力作用下沿斜AC与CE所夹锐角为，，B．C与CE的夹角B-CE面自行滚出压捆室。整个后压捆室部件包括#i-壳、立为耵一Ol2，BC与CA所夹锐角为3。板、辊子、辊子轴及链传动系统等，重量较大，且受压捆机结构尺寸的限制，在设计开门机构时，不但要保证顺利开启的可靠性，还应考虑如何优化机构尺度并获得较高的机构工作效率。在优

3、化机构尺度时，选用了MathCAD软件作为优化建模求解工具，其建模求解过程与数学表达接近，运算速度快，能够提高设计效率和设计的精度⋯。1压捆机开门机构的工作原理1．1设计方案考虑到牵引式圆捆机可以与拖拉机共享电力和液压系统，设计方案采用液压驱动的连杆机构，由于圆捆压捆室两侧均布置有链传动、齿轮传动、带传动机构及润滑装置等零部件，位置拥挤，兼顾到受力平衡，将液压开门机构安装在前后压捆室的顶部中间水平放置。根据前、后压捆室的结构尺寸和草捆圆柱的直径550mm，用图解法可得到开门放捆时所需要的最小开启角度，考虑安全性将其适当增大后，确定了顺利

4、开门需要的合理角度为n-r／3。开门情况示意如图1所示。1．2开门机构运动简图开门机构采用摆动安装的液压缸，其与前压捆室、后压捆室、活塞杆一起构成摇块四杆机构，开门机构的运动简图如图2所示，图中，前压捆室简化为四杆机构的机架E；液压缸安装在前压捆室顶部，液压缸的摆动铰链简化为铰链A；后压捆室与活塞杆之间铰接，该铰链简化为铰链B；后压捆室简化为杆BCG，BC与CG刚性连接，开门时杆BCG绕机架E上的铰链C转2开门机构的数学模型动。G点为后压捆室的重心，经软件测量得到重心到铰链C的极轴长度CG为308mm。在起始位置，后压捆2．1设计变量收

5、稿日期：20lO年6月机构的尺度由运动简图中各个铰链的位置决定。J圆2010／8机械制造48卷第552期根据机器的外形，假设以开门转轴铰链C为坐标原AB：C=02的正弦等于1，约束条件为：点，液压缸的铰链A相对于c的安装位置在(Z，h){√sin[atan(l)+atan(鲁2)+号JJ)／{[厕处，后压捆室上铰链的安装位置在(Z：，hz)处。取，、Z、h：、12为设计变量，单位为iYlm。×sin【号．)+atan(鲁2)】一hz】+[√一一c。s[号_)2．2目标函数+atan(孚)】+l】}=1(8)首先，由于后压捆室开启时重力负

6、载的力臂随开启角(<盯／2)的增大逐渐增大，为使开门所需液压推力(7)为保证液压开门推力足够大，按驱动力矩与变化平稳且最大推力为最小以减小液压缸直径尺寸，重力矩平衡计算得：希望将传动角设计成随着开启的角度增大而增大，且Mc=MF能够在负载最大时，即后压捆室打开／3时，连杆机构即：Fisin(ABC)=GCGsin(订／9+OZ)(9)的传动角／ABC为最大竹／2l21；其次，受安装位置所式中：F为液压缸的推力，N；ABC为铰链运动到中限，在保证液压开门推力足够大的情况下，希望使连杆间位置时机构的传动角，rad；G为后压捆室的重力，值机构

7、的结构最紧凑，即液压缸的有效行程为最短。为使为800N；CG为重心到铰链C的极轴距离，值为308优化问题简化为单目标函数的约束优化问题，将“液压mm；为后压捆室开启角度，rad。缸的有效行程为最短”作为优化的目标，其它设计要求根据约束条件(5)、(6)，经试算可知，开门所需的作为辅助约束处理】。则目标函数为：液压推力最大的情况为后压捆室开启角度最大时的情况。根据上述后压捆室的重力大小及重心位置，经试算．厂(1，z1，2，z2)可得，保证液压开门推力足够又可取较小F值所需的=fl+一厨sinfatan(鲁)+atan(鲁)+-5-](1)

8、合理BC长度的约束为：式中：厂为液压缸的有效行程，mm。；+≥120(10)2．3约束条件约束条件主要从机构安装位置要求和传动性能要3MathCAD优化设计求两75-面考虑，具体如下：根据上述目标函数和约束