基于ADAMS的油菜割曬機運動仿真設(shè)計*

顏伊蕓，李旭榮

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北武漢 430070)

0 引言

目前中國油菜機械化收獲的水平不足6%，油菜的機械化收獲問題亟需解決。當(dāng)前中國油菜大多莖稈粗壯、植株肥大，聯(lián)合收獲性能不佳。油菜主要種植于長江中下游地區(qū)，大多田塊較小，套種較多，不適合國外進口的昂貴的大型油菜收割機作業(yè)，因此損失率低、成本廉價、作業(yè)靈活的分段收獲機是現(xiàn)階段我國解決油菜機械化收獲的重點研究之一，而目前我國尚未有適用于油菜的分段收割機的成熟機型出現(xiàn)。針對長江中下游地區(qū)油菜種植栽培的特點，需要設(shè)計一款油菜割曬機，筆者利用ADAMS軟件進行了一款油菜曬割機的虛擬樣機設(shè)計，并進行動態(tài)仿真，驗證該機器是否達到設(shè)計要求。

1 機械運動原理

如圖1，油菜割曬機主要由機架、傳動裝置、分禾器、扶禾器、切割裝置和輸送系統(tǒng)組成。割曬機工作時，被動分禾器將油菜莖稈分行，上部纏繞的枝杈在置于割曬機兩側(cè)的主動分禾器的作用下被剪斷，剪斷的枝杈落入割臺，完成油菜莖稈分禾。被分禾后兩側(cè)的油菜莖稈和中間的油菜莖稈，一起到達切割位置，在扶禾器扶持下被切割裝置切斷;在切割裝置兩側(cè)被切斷的莖稈被輸送系統(tǒng)的進料滾筒推向進料口，實現(xiàn)莖稈橫向集中輸送;被切斷的油菜莖稈在輸送系統(tǒng)的伸縮滾筒作用下，被扒指撥至輸送帶，輸送帶縱向運動，將油菜莖稈集中縱向輸送到后部，并以縱向條形放鋪田間，從而完成了整個油菜收割過程。

圖1 油菜割曬機主要結(jié)構(gòu)

2 割曬機樣機建模

2.1 啟動ADAMS/View

在歡迎對話框中選擇新建模型，在模型名稱輸入框中輸入geshaiji，將單位設(shè)置成MMKS。

2.2 設(shè)置工作環(huán)境

單擊菜單【Settings】→【W(wǎng)orking Grid】，設(shè)置如下，將方向(Set Orientation)設(shè)置為Global XY，Size X =1000，Y=700，Spacing X=50，Y=50，單擊OK，調(diào)整視圖，單擊F4，打開坐標(biāo)窗口。

2.3 用Pro/E創(chuàng)建實體

鑒于ADAMS中的實體創(chuàng)建功能有限，且操作不方便，因此大部分較復(fù)雜的實體都是在Pro/E中進行創(chuàng)建的。之后再把它們導(dǎo)入到ADAMS中進行仿真。圖2為切割系統(tǒng)的主要部件外形圖與主要尺寸。

圖2 切割系統(tǒng)主要部件

2.4 將Pro/E模型導(dǎo)入ADAMS

(1)將在Pro/E中創(chuàng)建的實體另存為x_t文件，然后導(dǎo)入到ADAMS中，并將割曬機各部件按裝配位置放好。油菜割曬機的各部件是在Pro/E中繪制的，導(dǎo)入ADAMS后沒有質(zhì)量也沒有顏色，需及時修改顏色和材料，并重新命名，調(diào)整好各部件的位置后，要巧妙的利用布爾加減運算將某些部件連接起來。

(5)由于Pro/E中的螺紋副在ADAMS中無法顯示，所以進料輪在ADAMS中用帶孔的圓柱替代，具體操作如下:單擊零件庫中的圖標(biāo)，設(shè)置其radius為3.5 cm，選擇合適的首位坐標(biāo)使其length為50 cm。使用命令，在進料輪上打一排radius為1 cm的圓孔。

(6)修改其他部件材料和顏色屬性，并依次重命名，其中keti中的solid15:appearance/transparency修改為50。

油菜割曬機的整體裝配效果如圖3所示。

3 添加約束

模型中的約束很多，注意約束添加的數(shù)量要合理，不能造成過約束。在建立約束添加動力時要精確計算，以免模型無法仿真。另外，注意細節(jié)，某些函數(shù)的使用、利用general motion來控制割曬機的前進路線等;添加旋轉(zhuǎn)約束，選擇約束點很重要，如果是normal to grid時連接方向默認垂直于柵格平面，這時要注意調(diào)整柵格平面，已達到需求的效果，如果是pick geometry feature，則要注意選擇方向。

圖3 油菜割曬機整體效果

(4)在約束上添加impose motion，選擇要修改的約束，右鍵modify/impose motion，將free改為disp，點擊進入function builder，輸入函數(shù)。需要添加impose motion的約束，及其驅(qū)動力函數(shù)為:

①掛接架與殼體之間的驅(qū)動力函數(shù)

JOINT_zhaoban:step(time，0，0d，1，－10d)+step (time，1，0d，2，20d)+step(time，10，0d，11，－20d)+ step(time，13，0d，14，20d)+step(time，28，0d，29，－20d)+step(time，31，0d，32，20d)

②撥禾輪以及滾筒的驅(qū)動力函數(shù)

JOINT_bohelun1，JOINT_bohelun2，JOINT_guntong:45d*time

③進料皮帶輪的驅(qū)動力函數(shù)

JOINT_pidailun1:－30.0d* time

④液壓桿的驅(qū)動力函數(shù)

JOINT_dinggan2:step(time，11，0d，13，－5d)+step (time，13，0d，14，5d)+step(time，29，0d，31，－5d)+ step(time，31，0d，32，5d)

⑤機架相對地面的驅(qū)動力函數(shù)

Jijia:step(time，11，0d，13，180d)+step(time，29，0d，31，180d)

⑥動刀片相對定刀片的驅(qū)動力函數(shù)

JOINT_daopian:15*sin(20*PI*time)

4 添加驅(qū)動力

4.1 轉(zhuǎn)動副驅(qū)動力的添加

4.1.1 給機器車輪添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力

4.1.2 給進料皮帶輪添加驅(qū)動力

4.2 添加general motion以設(shè)計割曬機移動路線

其中Tra X方向上的函數(shù)修改為:

step(time，2，0，10，－1500)+step(time，14，0，28，3000)+step(time，32，0，40，－1500);

Tra Y方向上的函數(shù)修改為:

step(time，11，0，13，150)+step(time，29，0，31，150)

5 仿真分析

5.1 整車前進的X、Y、Z軸及合成位移分析

由圖4所示各位移曲線可看出割曬機在田間來回運動進行收割，在Z軸方向的移動是控制割曬機呈S型路線來回收割。

圖4 整車前進的X/Y/Z方向與合成位移

由圖5所示割臺與拔禾輪角度曲線變化圖可見，割臺與撥禾輪之間的角度是呈周期性變化的，并伴有一定的震動。

圖5 割臺與撥禾輪的角度分析

5.2 動刀片的位移分析

由圖6所示動刀片的運動曲線可見，動刀片相對定刀片的快速來回運動以實現(xiàn)割斷油菜莖稈。符合設(shè)計的要求。

圖6 動刀片的各方向位移

6 結(jié)語

利用Pro/E和ADAMS聯(lián)合應(yīng)用實現(xiàn)對油菜割曬機的建模與運動仿真，主要實現(xiàn)油菜割曬機在田間工作時的來回運動與掉頭，刀片的快速切割運動，撥禾輪和滾筒的配合運動使油菜進入進料口。從而驗證了設(shè)計機構(gòu)在機械原理部分的正確性，為更進一步詳細設(shè)計提供了理論依據(jù)。

［1］ 李增剛.ADAMS入門詳解與實例［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007.

［2］ 程友聯(lián).機械原理［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

［3］ 周俊華.基于虛擬樣機的乒乓球發(fā)球機動態(tài)仿真［J］.機械研究與應(yīng)用，2013(6):83－83.