双圆盘割草机切割器虚拟样机设计与试验

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1、2014年8月农业机械学报第45卷第8期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．08．016*双圆盘割草机切割器虚拟样机设计与试验1123赵满全张宁杨铁军史艳花(1．内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特010018;2．中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院，呼和浩特010010;3．武汉轻工大学机械工程学院，武汉430023)摘要:应用SolidWorks的参数化设计功能建立9YG-130型双圆盘割草机切割器各零部件三维实体模型，通过约束装配完成虚拟样机设计，将模型导入动力学分析软件ADAMS后进行运动仿真，得到了切割机构在前进速度2.78m/s、

2、刀盘转速2000r/min时刀片顶点的运行轨迹，根据运动轨迹可计算其重割面积。对模型进行四因素三水平虚拟正交试验，采用Design-Expect8.0软件进行方差分析，结果表明，最佳取值为vg=57.01m/s，vj=2.76m/s，h=34.06mm，m=3时割草机的重割率得到有效降低。通过实际样机试验结果验证了该设计满足割草机对草业技术的要求，提高了设计效率和准确性。关键词:双圆盘割草机切割器虚拟样机虚拟正交试验性能试验+中图分类号:S817.111文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)08-0101-05引言1总体方案设计与主要参数近年来，随着农业产业结

3、构的调整，农村经济向1.1总体方案设计多元化方向发展，内蒙地区的牲畜量不断扩大，牧草9YG-130型双圆盘割草机由拖拉机连接机架、需求量和牧草收获机械也迅速发展。针对内蒙地区第一级传动和张紧轮系、变速箱和手动离合器、割草牧草产草量高、密度大、茎秆较粗的特点，设计研制机架、切割器、四连杆机构、以及升降油缸等部件组了9YG-130型双圆盘割草机，其工作平稳，对牧草成，如图1所示。适应性强，特别适应于稠密、倒伏和缠连的牧［1－4］草。传统的农业机械产品开发要经过理论设计、样机试制、田间试验、改进定型和批量生产等步［5－7］骤，农业机械的结构设计分析较多采用经验设计，产品设计中的安全

4、系数一般偏高，浪费了大量材图19YG-130型双圆盘割草机结构图料。利用虚拟样机技术开发虚拟产品具有相当大的Fig．19YG-130modeldoublediscmower优越性，虚拟样机可以代替物理样机对产品进行创1．拖拉机连接架2．第1级传动装置3．变速箱和手动离合器4．割草机架5．切割器6．升降油缸7．四连杆机构新设计、测试和评估，可以缩短开发周期，降低成本，改进设计，提高产品质量。国内外学者针对水稻、芦1.2主要技术参数苇收获机等关键机构进行了虚拟样机设计研究，切9YG-130型双圆盘割草机主要技术参数为:割割部件作为双圆盘割草机的关键零部件，虚拟样机幅1300mm，

5、刀盘数2个，配套动力11～14.7kW，［8－10］刀片数6片，刀盘转速2000r/min，碎草率不大于设计却鲜有报道。国内外学者研究偏重刀片2几何参数和运动参数对功率与应力的关系，针对重2%，割茬高度40～60mm，生产率0.6～1.3hm/h，割率各参数关系研究较少，本文通过对双圆盘割草质量约260kg。机的虚拟正交试验，改进设计参数，使割草机的重割1.3切割部件主要参数的设计与选择率得到有效降低，提高设计效率和准确性。刀片刃线部分所扫过的面积为余摆带，摆带带收稿日期:2013-07-26修回日期:2014-01-28*国家农业科技成果转化资金资助项目(2009GB2A4

6、00054)和内蒙古自治区科技创新引导奖励资金资助项目(20101734)作者简介:赵满全，教授，博士生导师，主要从事农业机械化技术研究，E-mail:nmgzhaomq@163．com102农业机械学报2014年［11］宽与刀片刃部宽度相当，刀片上任一点的速度均由刀片随切割圆盘的圆周速度与机器前进速度合成，故任一瞬间刀片刃口的绝对速度为222vg=槡rω+2vjrωcos(ωt+β)+vj(1)当ωt+γ=π+2kπ(k=0，1，2，…，n)时vg=vgmin=rω－vj(2)式中vg———刀片刃口速度，m/svgmin———刀片刃口最小速度，m/sr———刀片根部刃口半径

7、，mmω———刀盘角速度，rad/s图2切割器主要部件vj———机器前进速度，m/sFig．2Majorpartsofcutter研究资料显示，旋转式无支承切割时刀片刃口1．拔草滚筒2．防尘盖3．支承套4．切割圆盘最小极限速度为30m/s，其切割速度应大于最小极［3］限速度，一般为50～90m/s，割草机圆盘转速为30(vg+vj)n=(3)πrDπDvj其中r=h=2－hmvg式中D———刀盘直径，mh———刀片工作刃线长度，mm———刀片数，取m=3不漏割条件为vg2πr图3切割器装配图≥(4)vm