搜索基于Solidworks的殘膜撿拾滾筒3D設計及運動仿真
2013-06-07 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
應用Sohdworks軟件對殘膜撿拾滾筒進行3D設計和裝配,并運用Comsos/Motion針對滾筒不同的轉速、撿拾齒組數、入土深度等參數對滾筒進行了運動仿真,得出撿膜齒運動軌跡,初步尋找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉速和合理的入土深度等工作參數,為殘膜回收機具的設計提供了理論依據。
作者: 王學農*陳發*張佳喜*蔣永新*牛長河 來源: 萬方數據
關鍵字: 殘膜撿拾滾筒 3D設計 運動仿真
農業現代化需要更多生產效率高、性能良好的農業機械。因此對農業機械設計提出更高的要求。目前,我國的農業機械水平和世界一流技術還存在不少的差距,關鍵問題之一就是設計水平落后。要改變這一現狀,就必須重視現代設計方法的研究、推廣和應用。
殘膜撿拾滾筒是我國耕前殘膜回收中比較典型的工作機構,采用SolidWorks軟件和與其無縫集成的機構運動仿真軟件COSMOS/Motion對4JSM-1800棉秸稈還田及殘膜回收聯合作業機的撿拾滾筒進行實例三維設計和機構運動分析,探討了撿膜齒組數、機具前進速度、撿拾滾筒的轉速以及撿膜齒的人土深度等因素對殘膜撿拾效果的影響,對殘膜撿拾機具研發和使用提供理論支持,展示了現代動態設計工具軟件在農業機械設計中的應用方法。
1殘膜撿拾滾筒原理及結構設計
1.1殘膜撿拾滾筒原理
4JSM-1800棉秸稈還田及殘膜回收聯合作業機采用弧形往復式挑膜齒殘膜清理滾筒,主要由滾筒壁、凸輪盤(2組)、凸輪軸、挑膜齒組等構成[2f。工作時,滾筒壁由鏈輪驅動,繞著與機架固聯的凸輪軸轉動,挑膜齒組上的滾輪在凸輪槽中滾動,從而帶動整個挑膜齒組作往復式旋轉運動。由于凸輪中心與滾筒中心存在偏心距,運動時,挑膜齒相對滾筒表面伸出、縮回。挑膜齒伸出用于撿膜,挑膜齒縮回用于脫膜。
1.2殘膜撿拾滾筒結構設計
滾筒壁和地表必須有一定間隙以避免滾筒前壅土,因此挑膜齒需有一定的伸出長度。初步確定滾筒的直徑和挑膜齒的外形參數。采用SolidWorks三維軟件對各零部件進行設計,同時為了對比分析,采用不同的裝配配置。圖l。
2仿真軟件介紹及分析步驟
2.1 COSMOS/Motion軟件的特點
COSMOS/Motion與當今主流的三維CAD軟件SolidWorks無縫集成,是一個全功能運動仿真軟件,可以對復雜機械系統進行完整的運動學和動力學仿真,得出系統中各零部件的運動情況,如位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并將結果以動畫、圖形、表格等多種形式輸出,另外可將零部件在復雜運動情況下的復雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中,進行強度和結構分析。
2.2仿真分析步驟
為了便于分析,對滾筒進行了結構簡化,只保留和機構運動模擬相關的零部件,設計出簡化模型進行裝配、添加零件間配合關系。COSMOS/Motion可以自動識別Solidworks裝配體零件之間的約束副,也可以由COSMOS/Motion進行定義。在進行仿真之前,首先進行基本參數設置,如力的單位、時間單位、重力加速度大小、以及與動畫有關的幀時間間隔及幀數等。在進行仿真分析時,設置力的單位為N,時間的單位是s。仿真動畫的持續時間和幀數根據不同的需要進行相應設置。然后設置滾筒的運動初始狀態,即滾筒旋轉速度,機具前進速度。設置完畢點擊仿真按鈕進行仿真,繪制出相鄰兩組撿膜齒尖運動軌跡曲線,并將軌跡結果輸出。
最后采用COSMOS/Motion軟件對滾筒的動態干涉進行檢查。具體做法是在COSMOS/Motion的仿真過程結束后,選擇Check Interferences按鈕,然后再選擇需要進行干涉檢查的零件即可。為了方便對比分析,將軌跡結果輸出為Excel格式,然后采用Lisp語言編程,在AutoCAD中繪制出軌跡曲線,進行對比分析。圖2。
3殘膜撿拾滾筒運動仿真分析
相鄰兩組撿膜齒運動軌跡曲線是否重合,其重合量大小對殘膜回收機的撿拾率有著很大的影響。而影響運動軌跡的因素有撿膜齒組數量、撿膜滾筒轉速、撿膜齒入土深度和機具工作速度等。分別改變這幾個影響因素的參數進行仿真模擬,繪制出不同工作參數的軌跡曲線進行分析以確定最佳工作參數。
3.1 撿膜齒組數對軌跡重合量的影響
滾筒結構參數和機具工作速度一定時,撿膜齒組周向個數決定周向相鄰撿膜齒的運動軌跡重合量。圖中顯示了撿膜齒周向個數m分別為4、3和2時相鄰齒運動軌跡重合的仿真結果。圖中直線表示地表,撿膜齒的運動軌跡的最低點到地表線的垂直距離為撿膜齒入土深度。當入土深度相同時,相鄰齒運動軌跡重合量隨撿膜齒數量的增加而增大。撿膜齒在周向的個數多,重合量大,引起漏撿的可能性小,撿膜率高。圖3。
撿膜齒數量多,重合量大,可防止漏撿,但撿膜齒組在滾筒內的布置就困難,同時機具重量和成本增加。因此選取合理的撿膜齒組數,對撿拾滾筒的撿拾性能、重量和成本都有重要的影響。經仿真綜合分析研究,確定需要配置3組撿膜齒。由于撿膜齒在軸向間隔錯開布置,因此在滾筒內共有6組撿膜齒。
3.2滾筒轉速對軌跡重合量的影響
a、b、c、d四條曲線表示機具前進速度一定時,滾筒轉速分別為40、60、80和160 r/min時的挑膜齒運動軌跡?？梢钥闯?撿膜滾筒轉速越低,撿膜齒在地表下停留的時間和軌跡越長,重合量越大。圖4。
3.3撿膜齒入土深度對軌跡重合量的影響
當撿膜齒組數一定時,相鄰撿膜齒運動軌跡重合量與撿膜齒入土深度有直接影響。入土深度增加,重合量增大;入土深度減小,重合量減少,甚至為負值,即相鄰撿膜齒的運動軌跡不重合。人土深度大,重合量大,撿膜滾筒撿拾率相應提高,但將造成撿膜滾筒與地表層之間的間隙減小。過小的間隙易使滾筒前壅土、堵塞,提高機具故障率,增加動力消耗。入土深度小,重合量小,撿膜滾筒撿拾率低。因此在設計時可通過增大撿膜滾筒和地表層間隙,減少壅土現象,提高撿拾率。圖5。
3.4仿真分析結果
通過對影響運動軌跡的因素撿膜齒組數量、撿膜滾筒轉速、撿膜齒入土深度和機具工作速度的模擬分析,結合秸稈粉碎部件的工作參數和棉田的實際工作環境等因素,初步確定了殘膜撿拾滾筒的工作參數。即撿膜齒入土深度3~5.5 cm;滾筒轉速42~48 r/mim,機具前進速度5-6.5 km/h。
4結束語
應用Solidworks軟件對殘膜撿拾滾筒進行3D設計、裝配和干涉檢查,并運用COSMOS/Motion針對滾筒轉速、撿拾齒組數、人土深度、機具工作速度等參數對滾筒進行了運動仿真,得出撿膜齒運動軌跡,分析尋找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉速和合理的入土深度等工作參數,為殘膜回收機具的設計提供了理論依據。
通過實際分析可以看出,利用機械動態仿真軟件COSMOS/Motion,可以大大簡化機械產品設計的開發過程,縮短開發周期,明顯減少設計中的錯誤,提高產品的設計質量。Solidworks和COSMOS/Motion為農業機械設計中的機構運動學和動力學設汁和分析提供了一種快速、有效的實用工具。經殘膜回收聯合作業機田問試驗證明,根據模擬結果確定的工作參數,機具的撿拾率達到設計要求。
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