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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

基于逆向工程的D型打结器重构与运动仿真

打结器是方草压捆机的关键核心部件之一,直接影响打捆机的成结效率和捆形质量。以D型打结器为研究对象,基于逆向工程技术对其进行三维重构,进而对重构零件的关键工作曲面进行了偏差分析,发现所有关键工作面90%以上的区域达到了精确等级以上。基于Solidworks软件实现了重构部件装配,并进行了运动仿真研究,获取了卡线轮、打结嘴、脱绳杆角速度和驱动齿盘角位移数据,分析了卡线轮、打结嘴、脱绳杆与捆绳打结运动关系,为优化D型打结器提供了基础数据。     

D型打结器及其辅助机构运动仿真与时序分析

以苜邦9KF-8042型方草捆压捆机为研究对象,采用SolidWorks建立D型打结器及其辅助机构的3D装配模型,导入ADAMS软件后对送绳、拨绳、搭绳、夹绳、绕绳、咬绳、割绳、脱扣等捆扎打结过程进行运动学仿真和时序分析,揭示了D型打结器的成结原理.样机试验表明,反求的D型打结器及其辅助机构模型准确,运动仿真正确再现了捆扎打结要求的预定动作过程,根据运动仿真结果确定了各构件耦合动作时序关系.     

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.     

凯斯公司8545型方捆机使用性能剖析

中国农科院草原研究所去年引进美国凯斯公司的 854 5型方捆机两台。在作业季节对该机的生产使用和性能进行了考察。凯斯854 5型方草捆打捆机捡拾草条的方式为骑行式。总体结构设计是按纵向对称布置的 ,整机各部结构 ,如捡拾、喂入、压缩和打捆等机构非常紧凑。外观、部件配置和工作性能方面也有明显的优越性。1　 854 5型方捆机的打结器比较先进它的先进之处在于 1夹绳器和打结钳同轴转动 ,打结时捆绳两端同步向上拉 ,打结后捆绳回弹很少 ,有效地提高了草捆密度。 2打结器打结时将两端捆绳合并后固定位置准确 ,钳咀抓绳准确度高 ,成捆率 1 0…     

双α结打结器关键传动机构设计

提出了一种利用两组打结嘴同时绞扭出两个α结的方法,并采用一套具有对称的不完整齿面和凸轮槽的驱动齿盘,实现两打结嘴的等速、相向、间歇转动与拢推切装置规律摆动。依据压捆作业要求,确定了用凸轮-摆臂运动转换形式顺序实现拢绳、切断、推扣和回位的传动方案;利用反转法建立驱动凸轮的轮廓曲线方程,用Matlab编程得到凸轮轮廓曲线并分析动力传递特性。在打结试验台上对压捆过程进行了模拟,结果表明利用驱动齿盘严格同步和对应的动力传递,可满足同时成双α结过程对结构、位置和运动匹配的要求。     

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。     

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.     

D型打结器割绳脱扣机构空间结构参数分析

针对D型打结器割绳脱扣机构空间结构参数复杂且设计要求不清等问题,通过对打结器割绳脱扣机构与其它机构进行运动学分析,建立了割绳脱扣机构的参数设计理论模型,描述了割绳脱扣机构与其它机构之间的参数匹配关系。分析了割绳脱扣机构结构参数对割绳脱扣动作的影响,并得出脱扣凹槽及割刀的设计尺寸要求。结果表明割绳脱扣机构回转中心与脱扣凹槽面的距离变化范围为27~35 mm,割绳脱扣机构回转中心与割刀安装面距离的变化范围为47~53 mm,割刀刀刃尺寸由脱扣凹槽位置尺寸决定。设计并试制了一种组合式割绳脱扣机构,该机构可实现多参数调节,便于对所求结构参数的考核验证。将设计的组合式割绳脱扣机构安装在已有打结器上进行打结试验,分别对每个参数进行单因素试验,共设计11个试验组。试验结果表明割绳脱扣机构空间运动模型准确可靠,计算的结构参数匹配合理。     

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。     

打结器运动图像与捆绳张力信息同步获取系统研究

在已有方捆机上搭建了一套可实时同步获取打结器运动图像和捆绳张力信息的试验系统。开发了用于同步触发高速摄影与张力传感器的同步模块,通过在1 000 Hz频率参数环境下进行试验,分析高速摄影捕捉到的目标图片数与张力传感器捕捉到的目标数据点数,发现二者数目相同,且不同组打结过程打结器运动特征点与捆绳张力部分峰值点对应齿盘度数的变异系数均小于3%。基于所得运动图像信息与张力信息得出了打结器各机构的运动时序范围,确定了揽绳器、钩钳、脱绳杆等机构的详细运动时序。     

Tillage Tool Design by the Finite Element Method: Part 2. Experimental Validation of the Finite Element Results with Soil Bin Test

Laboratory soil bin tests of subsoiler cutting in a sandy loam soil were carried out in order to validate the results obtained from the finite element calculations reported in Part 1 of this study. Measured results of subsoiler draught force and soil failure dimension taken on the surface were presented for four combinations of the subsoiler shank rake angle and chisel angle. Soil bin tests also measured the variation of draught force with subsoiler displacement. It was observed that the angle of both the subsoiler parts affected the dimensions of the surface soil failure and the magnitude of subsoiler draught force.Finite element method predictions of the subsoiler draught force as well as the extent of surface soil failure agreed well with measurements made in the soil bin. The predicted draught force for all subsoiler types exceeded the measured ones. The overprediction error ranged from 11·76 to 20·04%. The finite element model provided a good approximation to the maximum upward soil movement for the experiments. Better finite element method predictions of the front soil failure was obtained for the two subsoiler designs with a small chisel angle of 15° than for the designs with chisel angles of 23 and 31°. Among the four investigated subsoiler types the best subsoiler design was devised, which required the lowest draught and developed good soil loosening qualities as estimated by soil volume change. This subsoiler had a shank of 75° rake angle and an inclined chisel of 15° angle. Keeping a good soil loosening performance was attributed to the smaller shank rake angle of 75°, which indicated that the shank played an important role for the determination of the quality of soil loosening.     

基于优化人工势场法的插秧机绕障策略研究

针对水田中存在的壕沟、田埂、石块、电线杆等障碍物使得插秧机无法保证作业连续性和插秧直线性等问题，设计了基于优化人工势场法的插秧机绕障路径规划策略。通过增加插秧机实时位置与目标作业点的相对距离作为判断条件来动态改变势场大小，同时设立了虚拟局部目标点来弥补传统人工势场法目标点不可达和局部最小点的算法缺陷；将插秧机简化为二轮车模型，建立插秧机转向系统数学模型，得出插秧机速度、行驶航向角和前轮转角表达式，以横向偏差与航向偏差作为评判路径优化效果的因素。转向控制器以复合模糊PID算法控制插秧机的转角，不断减小理想前轮转角与实际转角的偏差，实现转角最优化；采用超声波传感器实时检测道路障碍物并结合RTK-GPS实时更新位置坐标，设计出插秧机绕障转向控制策略。通过Matlab对优化的人工势场法的避障路径控制策略进行仿真，仿真结果表明，当障碍物不在影响范围内，插秧机直线追踪的最大横向位置偏差为5cm,平均偏差约为2cm，最大避障横向偏差小于0.5m，优化后的算法具有较好的控制精度，可避免目标点不可达的问题。基于洋马VP6E插秧机作为实验平台进行了实车实验，实验结果表明，当插秧机以速度0.5、1.0、1.5m/s行驶时，左侧绕障的最大横向偏差均不大于1.2218m，航向偏差最大值为30.1491°，绕障前后直线追踪的平均横向偏差为0.025m，平均航向偏差为3.12°；右侧绕障的最大横向偏差均不大于1.2459m，航向偏差最大值为25.2294°，绕障前后直线追踪的平均横向偏差为0.023m，平均航向偏差为3.36°，所设计的避障方法可满足插秧机在农艺作业过程中的避障要求，具有很好的可行性与鲁棒性。     

马铃薯曲面式播种开沟器仿生设计与试验

针对马铃薯播种开沟器高速作业条件下作业阻力大、回土深度浅、干湿土易混合等问题,基于黄鳍金枪鱼下颚流线型曲线,采用水平直元线法将原有曲线重构为三维曲面,设计一种仿黄鳍金枪鱼下颚曲线的曲面式开沟器。根据马铃薯种植深度的农艺要求,当最大作业深度为150mm时,采用滑切原理确定了最大刃口角为132°,元线角为27°。为探究起土角对开沟器作业性能的影响,以作业阻力为评价指标,进行单因素试验,确定了分土板的起土角为45°。通过分析种薯下落到地表时的相对位移确定上挡土板的长度。干湿土分层仿真试验表明,开沟器作业不扰乱土层顺序。田间多工况对比试验表明,在开沟深度为100、125、150mm,作业速度为3.6、5.4、7.2km/h条件下,曲面式开沟器比芯铧式开沟器、靴式开沟器平均作业阻力减小18.3%、33.4%,平均回土深度增加70.4%、91.7%。田间性能对比试验表明,在开沟深度为150mm,作业速度为7.2km/h条件下,曲面式开沟器比芯铧式开沟器、靴式开沟器种沟中土壤含水率增加3.5%、4.7%,曲面式开沟器能减少干湿土混合,曲面式开沟器比芯铧式开沟器、靴式开沟器种薯横向偏移系数减小9.5%、10.1%,满足马铃薯种植开沟的农艺要求。