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。     

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.     

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%。     

4K-100型谷物集束打捆收获机快速系扣装置设计与试验

针对4K-100型谷物集束打捆收获机线绳易断裂及系扣紧实度差、成捆率低等问题,设计了谷物集束打捆收获机快速系扣装置。该装置在谷物集束打捆收获过程中,实现送绳装置所送线绳的捕捉、传递、缠绕、系扣、切割及脱扣等工序。对快速系扣装置进行了优化设计和试验研究,确定了该装置的最优结构和工作参数为:打结器与绕线器的轴线夹角为34.5°,且轴线交点与锥齿圆盘的圆心重合;打结器初始安装角为16°;打结器上喙部弯折弧度为55°,弧长为27.8mm;绕线轮的螺旋升角为23°,有效捕捉范围为0~14mm。在主轴转速为9 0 0 r/min时,成捆率高达9 6.4%,解决了成捆率低的问题,为集束打捆技术的大范围推广应用奠定了基础。     

卡扣式方草捆打结器的设计

利用食品包装打卡机标准的U形铝质卡扣,设计了一种由气压缸提供动力的卡扣式方草捆打结器。打结器的2个抓绳机构并列安装在出草口的上方,通过气压活塞上、下运动,可完成抓绳、放绳、挤压卡扣和辅助割绳等动作。扎结机构对应抓绳机构安装在出草口下方,在挤压卡扣过程中用于支撑卡扣并将捆绳锁紧。割绳刀固定在扎结机构上,捆绳锁紧以后在卡扣和夹绳机构之间将捆绳割断。卡扣输送机构将成排的U形卡扣输送到扎结机构的卡扣箱中。捆绳采用包装用的细麻绳,由捆绳匣进入扎结机构上的夹绳板。在分析卡扣受压变形以及对捆绳锁紧情况的基础上,确定了气压缸的选型,经打捆机样机试验,成结率在96％以上。     

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。     

电动叶菜多功能采收机切割机构设计与仿真优化

针对绿叶菜收获拟采用双动刀往复式切割器进行结构设计,并基于切割图进行切割器性能优化。通过分析切割图中一次切割区、重割区和漏割区对切割性能的影响,确定漏割区面积为0、重割率最小时割刀切割性能达到最优,以此为依据对切割器进行优化设计。针对现有切割图绘制与分析方法不能同时兼顾高精度和易操作的问题,综合运用SolidWorks和Adams软件进行切割图绘制,并使用Image-Pro Plus软件获取图中数据对切割图定量分析与评价。针对现有切割图评价指标不能显著反映刀片尺寸参数和割刀运动参数共同影响切割性能变化问题,提出以漏割距离、重割率为评价指标来反映三区域的变化,并以此为目标值,基于现有刀片尺寸参数优化其切割性能。研究提出采用切割图绘制、分析、评价方法进一步优化切割性能,分析割刀尺寸参数(刀片前宽、刀片高度、刀片节距)和切割器运动参数(切割速比)对漏割距离和重割率的影响,采用Box-Behnken中心组合试验设计理论进行四因素三水平仿真试验。试验结果表明,刀片前宽、刀片高度、刀片节距、切割速比对漏割距离和重割率均有显著影响。参数优化结果：当刀片前宽为5 mm、刀片高度为32 mm、刀片节距为...     

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。     

打结器割绳脱扣机构的运动规律与设计依据研究

为了研究打结器割绳脱扣机构的运动规律,确定刀臂与卡线轮的时序节点,并研究现有凸轮内凹圆弧的设计依据,首先逆向得到盘形凸轮轮廓的曲线方程以及各部件的实体模型;然后根据工作状况对该机构进行运动学分析与计算,得到刀臂的角位移、角速度、角加速度曲线;最后仿真验证了运动学计算。研究表明:凸轮转角φ=34.32°时角速度最大,在此邻近区间应滑切割绳,且开始割绳时卡线轮应停止转动;盘形凸轮内凹圆弧的设计方案可以使刀臂角速度比直接用线段的方案平均大18%左右,从而使刀臂割绳时有更大的角速度。     

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。     

垄上深松灭茬起垄机的设计与试验

针对现有深松灭茬机深松灭茬作业效果差、阻力大、功耗大及作业效率低等问题,设计了一种五行垄上深松灭茬起垄机。设计深松铲的结构参数为:长度55mm,宽度22mm,高度600mm,圆弧部分入土竖直距离250mm,纵向距离300mm,入土角22°,切削刃角60°,楔刃高度19mm。设计灭茬刀的结构参数为:正切刃滑切角16°、弯折角112°、切削宽度41 mm、刀端点回转半径350mm、弯曲半径35mm、刀刃口厚度5mm,并安装在刀辊上。同时,设计了前端部下边长560mm、上边长390mm、后端部下边长360mm,上边长260mm、罩体长度650mm的起垄部件,与深松铲、灭茬刀辊组成深松灭茬起垄机。田间性能试验结果表明:相比于行业内标准,所有工况下深松灭茬起垄机深松深度稳定性系数平均提高3.15%、灭茬深度稳定性系数平均提高3.69%、灭茬率平均提高10.58%、碎土率平均提高8.26%,其作业后犁底层土壤容重明显降低,成垄高度和宽度满足农艺要求,作业性能与效果优良。     

9GS-2.0割草机的设计及试验

针对目前割草机仅适于在比较平坦的地面上切割,难以适应坡面工作要求的问题,为此通过理论分析、三维模型设计、田间试验相结合的方法,设计既适用于平地切割,又适用于坡面切割的甩刀式割草机。主要对该机的调节机构、甩刀的数量及排列方式、传动系统进行设计,并对甩刀的速度、割草辊总成的动平衡进行分析计算。试验结果表明,该割草机工作性能良好,割茬平均高度52 mm,杂草碎段区域长度≤80 mm的草段占总草段的93%,碎草性能较好,工作效率达到1.18 hm^2/h,各项指标均达到设计要求,割草机作业质量能够满足农艺要求,为我国新型果园机械化割草作业提供技术支持。     

旋转拨刀式小麦免耕播种机的设计与试验

针对我国一年两熟区免耕播种小麦机具易堵塞问题,设计了旋转拨刀式小麦免耕播种机。主要设计了动力传动方案、开沟器、立式拨刀防堵装置等关键部件,并确定了其主要结构参数。田间试验表明:该机能够有效清除秸秆、杂草,保证机具的通过性,播种深度为41.5mm,施肥深度为89.6mm,种肥间距为45.2mm,一次可以完成拨茬、开沟施肥、播种、镇压等作业,土壤扰动量少,作业质量满足农艺要求。     

小型往复式甘蔗削皮机的设计

针对目前市场上缺乏小型、实用、成本低的甘蔗削皮机械化装置等问题,设计了小型往复式甘蔗削皮机,主要由动力源、机架、传动机构、甘蔗间歇旋转机构及削皮机构组成。利用曲柄滑块机构将电动机的旋转输出转变成削皮刀的往复直线切削和回程运动,间歇旋转机构实现甘蔗的间歇回转,与削皮刀的往复切削和回程运动相互协调,共同完成甘蔗的削皮工作行程和削皮刀的回程。通过对关键零部件的设计计算、有限元分析及动力学分析,验证了装置的可行性、合理性和有效性。试验结果表明:甘蔗削皮的平均干净度达到91.03%,削皮的总体效果明显,满足设计要求,为甘蔗削皮机械化装置的进一步发展提供了技术支持和参考。     

双动刀往复式切割器驱动装置设计

设计了全喂入稻麦联合收割机双动刀往复式切割器驱动装置.结果表明,利用双层联动摇杆机构可缩小位于收割台外侧的驱动机构宽度,不影响联合收割机下田作业时开道;利用杠杆支点两端运动方向相反的力学原理,可带动上下动刀做反方向同步运动;通过机构综合求得的联动杆尺寸可使上下动刀驱动销获得绝对值相等的运动速度,可满足双动刀往复式切割器实现方向相反、速度相等的切割运动.     

水稻种绳捻制机的研制与试验

介绍了一种水稻种绳捻制机,该机主要由排种机构、捻绳机构和卷绳机构3部分组成。它将稻种按照要求的穴距和每穴粒数卷在2cm宽的(无纺布)纸带内,制成种绳,并将种绳卷成盘后待播。直播时,将卷好稻种的种绳盘挂在研制的种绳播放器两侧,将绳的端部固定在地头,然后人工拉动种绳播放器前进,1次完成开沟、放种绳、覆土等作业。试验结果表明,加工种绳的平均穴距为2.5cm,空穴率为1.5%,平均每穴粒数为1.48,种绳绕劲个数为43个/m,基本上达到了设计要求。但卷绳速度为0.8m/s,有待提高。水稻种绳直播技术的突出特点是实现了种绳捻制作业的工厂化和田间播种作业的轻型化。     

牧草切根机往复切根机构设计与仿真

现有牧草切根机切根机构多采用从动式机构直接带动切根刀工作,存在草地切缝大、疏松范围广和扰动较高等缺点。对牧草切根机切根机构进行了创新设计,采用液压缸驱动平行四杆机构实现切根刀的锯切,利用机构往复幅度实现切根刀锯切时的稳定性。通过采用机液综合解析法设计计算,分析了平行四连杆机构的运动,建立了机构模型。通过对机构的仿真,实现了机构预期的运动要求。      

龙门式电驱动油菜薹收获机设计与试验

针对油菜薹机械化收获装备匮乏的问题,设计了一种龙门式电驱动油菜薹收获机,实现油菜薹切割、夹抛、输送、收集、跨厢面遥控自走功能。阐述了收获机整机设计方案,设计了立式回转夹抛切割装置,确定了分禾器、割刀和夹抛辊结构参数;通过割台夹抛过程力学与运动学分析,明确了油菜薹切割、夹抛输送作业影响因素,确定了割刀、夹抛辊结构和运动学要求;搭建油菜薹收获试验台,以切割效果、输送效果为评价指标开展单因素试验和正交试验,结果表明当割刀转速为234r/min、夹抛辊转速为120r/min、喂入速度（机具前进速度）为0.56m/s时综合收获效果最佳。田间收获验证试验表明,设计的收获机作业效率可达到0.41hm2/h,综合切割效果为95.6%,综合输送效果为95.2%,满足油菜薹收获要求。该研究可为油菜薹机械化收获装备的结构设计优化提供参考。     

机收棉秆切割装置的设计与试验

针对从回收地膜中分离的棉秆利用率低、处理不合理,以及现有的粉碎还田机大多存在粉碎不彻底、刀具易磨损等问题,设计了机收棉秆切割装置,介绍了整机结构及工作原理,探究了不同切割方式对物料粉碎效果的影响.为确定动刀把数、输送辊线速度、动刀主轴转速等因素对粉碎长度合格率的影响,以三因素为自变量、粉碎长度合格率为响应指标,建立了因...     

免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化

针对中国东北地区玉米秸秆粗壮量大、不易腐烂,造成免耕播种机破茬防堵装置秸秆根茬切断率低和作业所需切割扭矩大的技术难题,以蝗虫口器多段阶梯锯齿状结构和双上颚异向等速咬合运动方式为仿生原型,设计一种可在东北地区实现高效破茬防堵作业的动态仿生破茬装置。通过仿生构建、机构设计、理论分析和参数优化等方法设计了行星齿轮变速机构和仿生破茬刀;运用Arduino系统和智能控制方法设计了智能驱动系统,实现了运动方式-结构耦合仿生;通过参数优化试验和回归分析等方法,研究了结构和作业参数对秸秆切断率和切割扭矩的影响规律,并得出最佳参数组合:作业速度为10 km/h,回转半径为250 mm,正转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为9,反转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为18;最终通过对比试验得出动态仿生破茬装置相较于被动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率22.6%~27.4%;相较于驱动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率8.6%~13.5%,降低扭矩输出19.5%~21.8%;作业后使用共聚焦激光扫描仪进行耐摩擦磨损对比试验,其平均表面粗糙度和最大磨痕深度相较于驱动缺口圆盘破茬刀分别下降14.5%和15.9%。