打结器割绳脱扣机构磨损分析与改进设计

针对打结器割绳脱扣机构盘形凸轮内轮廓磨损严重的问题,提出以凸轮理论廓面的等距圆弧面代替现有柱面轮廓的解决方案,即将凸面-凸面和凸面-平面的点接触改进为凸面-凹面的弧点接触;计算得到改进后凸轮轮廓的曲面方程,以及改进前后滚子与凸轮的压力角、初始接触面积和初始最大接触应力;最后,用硬铝合金材料试制改进前和改进后的凸轮,进行磨损对比试验,并定量分析其磨损量。结果表明:改进后滚子与凸轮的压力角在推程开始和接近结束阶段比改进前减小25%左右;改进后滚子与凸轮的初始接触面积比改进前增大约50%,初始最大接触应力减小约38%;各运转10 h后,改进后盘形凸轮内轮廓的磨损痕迹宽度比改进前增加31.7%,磨损量减小约50%。     

D型打结器夹绳盘-打结嘴空间角度参数分析

D型打结器夹绳盘回转轴孔中心线与打结嘴回转轴孔中心线的空间角度参数是机架结构设计的基本设计参数,本文通过建立空间坐标系,对夹绳盘与打结嘴回转轴孔中心线之间的空间角度关系进行了表达。借助微分几何理论,建立了夹绳盘与打结嘴运动关系的数值解析条件,分析了k0轴与k1轴在i1o1k1平面的夹角α2、圆心o1与圆心o2在i1轴方向距离d5对送绳-搭绳动作的影响,得出当α2=8°、d5=54 mm时可实现可靠的送绳-搭绳动作;分析了j2轴与j1轴在j1o1k1平面的夹角α1、k0轴与k1轴在j1o1k1平面的夹角α3对绕扣-钳咬动作的影响,通过代入不同的α1、α3参数组合进行解析,得出当α1=10°、α3=25°时打结器可以实现可靠的绕扣-钳咬动作。基于解析的角度参数对打结器机架进行了试制,对装有试制机架的打结器与德国进口打结器(RS3770)同时开展空载打结试验,试验次数200次,试验结果显示捆绳在两个打结器上成结动作基本一致,两种打结器的成结率均为100%。可知本文解析的D型打结器夹绳盘和打结嘴的空间角度参数匹配合理。     

打结器夹绳-绕扣-钳咬动作参数分析与打结试验

通过对打结器夹绳-绕扣-钳咬动作的运动学建模,解析描述了捆绳夹持、绕扣成环和准确钳咬的动作时序关系和位置关系,分析了打结嘴和夹绳盘动作时序差φ和打结嘴轴线与主轴轴线夹角α取不同值时对夹绳、绕扣和钳咬动作的影响,并对夹绳运动的放绳作用进行分析,建立了捆绳钳咬前牢固夹持的受力条件和捆绳钳咬后允许捆绳沿夹绳盘轴向滑移而不被拉断的受力条件。结果表明当α与φ分别为90°与24°时,捆绳可以被稳定夹持、成功绕扣和准确钳咬,物理样机的动作试验验证了理论建模的正确性。不捆扎物料的打结器成结率为100%,捆扎小麦秸秆的成结率达到99.25%,表明打结器动作参数匹配合理。     

打结器咬绳机构线接触凸轮设计与载荷分析

针对打结器咬绳机构钩钳受载大、滚子磨损严重的问题,通过对咬绳机构的运动学分析建立了圆柱凸轮轮廓曲面的计算模型,使滚子与凸轮保持线接触的同时钩钳以正弦加速度规律张合。对咬绳机构进行力学分析并结合压簧压缩量和捆绳拉力测试,解析求解钩钳在咬合位置的静力学模型,得出钩钳咬合力的最佳变化范围为300.64~329.89 N。解析求解钳咬机构的动力学模型得出,当钩钳咬合力处于最佳变化范围时,圆柱凸轮的接触力介于240~330 N之间,其峰值可以用于检验滚子的接触疲劳强度,指导钩钳和滚子的材料选择。打结器样机捆扎5 000捆稻麦秸秆的田间试验发现,按预设的压簧压缩量7.5 mm和捆绳初始拉力35 N,钩钳尾部的滚子没有明显磨损,表明钩钳的咬合力控制合适,线接触凸轮改善了滚子的接触受载情况,达到了抗冲击和耐磨的设计要求。     

秸秆捆扎过程中打结钳嘴载荷试验分析

打结钳嘴是打结器承载的关键部件,为研究其在秸秆捆扎打结过程中的载荷情况,利用华德9YFQ-1.5系列压捆机开展了秸秆捆扎试验,由张力传感器、高速摄影机以及同步控制装置组成的试验方案,成功获取了秸秆捆扎过程中捆绳张力数据和捆绳对打结钳嘴的作用部位;研究构建了捆绳张力与打结钳嘴载荷的转换模型,结果显示捆绳对上颚的载荷较大,达到了314.89 N;通过上述所获得的捆绳对打结钳嘴载荷大小和作用位置,利用ANSYS对上颚进行相关有限元分析,得到上颚在捆绳张力最大时刻的应力载荷图,发现上颚安装滚子轴处和上颚拐角处均有较大的承载特性,其应力载荷分别为755.52 MPa和410.29 MPa。打结钳嘴实际工作过程中断裂位置验证了载荷分析的准确性,为优化打结钳嘴提供了基础数据支撑。     

打结嘴钳咬绳索解析条件分析与直观验证

为了考核D型打结器打结过程中打结嘴钳咬绳索的可靠性和准确性,利用数学解析法求解了打结器与钳咬相关的关键位置点的空间轨迹方程,依据打结嘴钳咬绳索的位置、运动要求,建立了对已有打结器结构、运动匹配关系进行理论预测的通用评判方程,利用Matlab软件得到了已有D型打结器的结构、运动参数匹配关系产生的直观作业效果。     

打结器割绳脱扣机构与绕绳机构作用分析与改进设计

针对打结器脱扣失效和刚性碰撞的问题,分析割绳脱扣机构与绕绳机构的相互作用机理,仿真刀臂的受力-形变,得到刀臂沿打结嘴轴方向的刚度为801.05 N/mm,脱扣凹槽与打结嘴的过盈量合理设计范围应为[0.38 mm,0.59 mm];同时得到最大正压力下割刀在刀臂变形后与Oxy、Oxz和Oyz平面夹角变化分别为0.659°、0.475 9°和0.455 5°,这为割刀安装补偿量提供数据支持;依据刚-柔碰撞原理,设计一种弹性化打结嘴轴系,仿真得到该轴系使脱扣凹槽-打结嘴首次接触力在脱扣和回程阶段分别比原轴系减小46.3%和83.9%,因此该方案可减轻碰撞,同时具备提升脱扣率的优点,最后成功试制样品,实际打捆试验证明了该方案的可行性。     

打结器连续打结试验方法与疲劳试验台设计

针对国内缺乏打结器连续打结的性能测试与疲劳试验系统,模拟方捆机捆草作业过程,提出了一种打结器连续打结试验方法与疲劳试验台设计方案。通过设计可模拟草捆回弹特性的拉绳装置使其在水平面按矩形轨迹拉绳,在绳针送绳动作配合下在垂直面形成矩形绳环,使受测试的打结器完成打结。试验台循环实现拉绳-送绳-打结动作,同时测试打结过程中的捆绳张力、主轴转矩和主轴转角。按此方案在Solidworks下建立了试验台机械系统三维模型,并对关键部件进行选型。构建了试验台参数测量与运动控制系统,基于拉绳-送绳-打结动作逻辑设计了试验台控制流程,采用Lab VIEW图形化编程语言编写了测试与控制程序。打结器疲劳试验台的运行试验结果表明,该试验台机械系统与测控系统运行可靠,连续打结效率为3个/min,可为打结器研发及短时疲劳寿命考核提供试验平台。     

打结嘴的材质及疲劳寿命分析

打结器是方草捆捡拾压捆机上的关键部件,为了分析捆绳打结嘴的材质及性能,对捆绳打结嘴进行了金相组织分析,并进行了硬度试验和拉力试验.为了验证材料具体成分含量,又进行了光谱分析.通过试验发现:打结嘴的材料成分为15cr,外表面的硬度为HRC46,芯部硬度为HRC25,热处理工艺采用了调质处理和表面镀铬.为了预测打结嘴的疲劳寿命,采用局部应力应变法对打结嘴进行了分析运算.     

基于刚柔接触动力学的打结器虚拟打结方法研究

针对打结器结构改进或参数调整后在设计阶段难以评判优劣而增加制造投入成本的问题,以打结器能否打出绳结为评判准则,提出了一种基于刚柔接触动力学的打结器虚拟打结方法。该方法利用ADAMS的Bushing连接建立大变形柔性捆绳的动力学模型,通过对捆绳和刚性构件之间设置多接触约束和载荷施加,实现了完整的打结器虚拟打结仿真过程,研究了捆绳在拉力作用下成结的刚柔交互力学行为。通过对打结器样机的成结动作与虚拟打结的仿真结果进行对比分析,验证了捆绳动力学模型与刚柔接触动力学仿真模型的正确性,可作为评价设计优劣、保证打结器一次性制造成功的有效方法。利用该虚拟打结方法分析了打结嘴与夹绳盘动作时序差φ对打结器成结的影响,对判定打结器参数匹配后能否成结或成结优劣起到了直观验证作用。     

基于TRIZ理论的D型打结器设计与试验

发明问题解决理论（TRIZ）是指导人们进行发明创新、解决工程问题的系统化的方法学体系。打结器是捡拾打捆机的核心部件,它的主要功能是将包络草捆的捆绳打成牢固可靠的绳结。针对捡拾压捆机打结器架体在损坏后拆装麻烦、难于维修更换,生产率急剧下降的问题,应用TRIZ理论对打结器进行了分析。通过对存在问题的描述,利用鱼骨图进行因果分析,找到问题发生的原因;通过功能分析法找到初步解决问题的思路,进一步应用矛盾分析法得到问题的最终解决方案。试验证明,新型打结器平均每11.5万捆损坏一次,超出了国家标准和设计要求。     

双齿盘驱动打结器设计与成结试验分析

通过对D型打结器空间传动方案改进提出了双齿盘驱动打结器,将驱动夹绳器的空间传动布置在打结器支架的另一侧,将进口打结器支架一组空间交错轴角度关系简化为平面相交轴角度关系,降低了打结器支架的加工难度,克服了进口打结器空间交错轴锥齿轮齿廓设计与制造难的问题,便于批量化生产。通过将蜗杆与斜齿轮的传动比调整为1∶3使原四槽口夹绳盘改进为三槽口夹绳盘,并匹配设计了夹绳盘、打结嘴和刀臂的运动时序,建立了双齿盘驱动打结器的结构模型。与进口打结器的成结动作对比试验表明双齿盘驱动打结器的空间传动方案改进合理,驱动夹绳器、打结嘴和刀臂的运动时序匹配设计正确,夹绳和割绳动作比进口打结器更优,夹绳时捆绳直接入夹绳盘槽口,割绳时捆绳靠近刀片中间位置。室内台架的打结试验表明双齿盘驱动打结器的成结率为100%。     

D型打结器的结构及运动分析

D型打结器是将方草捆自动打成死结的装置,是方草捆捡拾压捆机上非常关键的部件.为此,对D型打结器主要零件及结构进行了描述,分析了其实现自动打结的动作过程,同时也计算了打结器3条传动路线平面自由度,为更好的使用打结器提供了理论指导,也为国内设计制造D型打结器及打结器后续试验作了前期工作.     

打结器支架精铸毛坯误差分析与五轴数控加工方法

针对打结器支架铸造毛坯存在误差、支架结构复杂、难以加工成型等问题,为了减小支架毛坯铸造误差对加工质量的影响,基于三维扫描技术对打结器支架毛坯进行逆向检测与分析,得到同一批次铸造支架毛坯的误差分布规律。通过推导不同空间坐标系下的轴孔中心坐标变换规律,提出一种支架轴孔加工位置偏离理想位置的调整方法。针对打结器支架的5个空间交错轴孔和1个凸轮曲面,设计了打结器支架的专用夹具,制定了五轴数控加工工序,通过一次装夹可完成5个空间交错的轴孔和凸轮曲面的加工。将加工成型的支架和其他零部件组装成打结器,进行了方草捆打结试验,结果表明,打结器支架上各轴孔的相对位置与角度关系准确,打结动作精准、可靠,支架加工成品率为99%,方草捆成结率为100%。     

方草捆捡拾压捆机打结器控制系统运动分析

通过对方草捆捡拾压捆机上实现自动打结的控制系统进行研究,详细地分析了9JK-1.7型捡拾压捆机实现控制自动打结的动作过程,并利用Pro/E软件分析了穿针四杆机构的运动过程,不仅为打结器的调节和使用提供了理论指导,也为打结器的后续试验分析及研究打结器与穿针的运动关系进行了前期工作.     

水稻种绳直播机改进设计及主要工作部件的有限元分析

对水稻种绳直播机的限深轮与倒绳机构进行了改进设计,并对整机的结构做了调整。其整机长度为5 8 1.8 mm,质量为2 1.1 kg,实现单体可拆卸,携带、安装方便。同时,对水稻种绳直播机的主要工作受力部件开沟器进行了有限元分析。强度分析结果表明:开沟器在线性压力下的最大等效应力为330MPa,小于45钢的屈服强度355MPa,满足强度要求。刚度分析结果表明:开沟器沿Y方向会产生受力变形,最大变形为2.0742mm,位于开沟器尾部,满足刚度要求。