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%。     

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。     

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。     

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。     

水稻种绳捻制机卷绳机构的参数分析

直播水稻是我国传统的栽培技术,它改革了常规栽培的育秧、拔秧、运秧和插秧等繁重工作,具有省工、高效的特点。为此,提出了水稻种绳直播技术,对水稻种绳捻制机的卷绳机构进行了种绳运动线速度分析和种绳单位长度捻劲个数分析,为今后样机的优化改进设计提供了良好的理论基础。     

大蒜收获机浮动切根装置作业机理分析与参数优化

为深入研究大蒜浮动切根装置的作业机理和作业质量提升技术途径,对大蒜根系浮动切割作业过程中的力学特性进行理论研究,推导了切根作业过程鳞茎碰撞动力学方程,得出鳞茎初始碰撞相对速度是影响碰撞损伤的关键参数;分析了根系滑切原理,建立了刀刃切割阻力力学模型,分析了根系群切割阻力的形成原因;运用高速摄影技术解析了鳞茎碰撞、根系群扰...     

番茄藤秸秆高效切割的机理及仿真研究

番茄是我国重要的蔬菜作物之一,其大面积种植带来了严重的秸秆处理问题。由于番茄藤秸秆根部表皮较厚,有较多的维管束,具有较强的抵抗外载荷的能力,不易切断,其切割方式、切割刀片及切割参数等对切割性能都具有重要影响。通过对番茄藤秸秆专用切割刀片切割力学分析和切割力计算分析研究了番茄藤秸秆高效切割的机理。建立了番茄藤秸秆高效切割模拟模型,运用仿真技术对番茄藤秸秆切割过程进行了有限元分析;对不同结构参数切割刀片进行切割对比试验。结果表明:1切割力随着秸秆横截面积的增加,随着刀片楔角的增加而逐渐增大,随着刀片后角的增加呈下降的趋势;2随着切割速度的增加,刀片切割应力有一定的增大,切割能量损耗加大,仿真分析得到的最大切割应力和理论计算结果在数值上较接近,证明了所推导的刀片切割力计算方法的正确性,验证了秸秆切割模型的合理性;3专用等滑切角(40°)锯齿型刀片与等滑切角平型刀片和普通刀片相比,2 kg的番茄藤切割电能最小,为0.18k W·h,切割时间最短,为2min,切割效率最高,切割后粗细均匀,效果也最好。该研究揭示了采用等滑切角锯齿型刀片对番茄藤秸秆高效切割机理和性能,为研制番茄藤秸秆专用切割机及实现高效切割提供了理论和试验依据。     

绳牵引动平台的八杆机构优化设计

设计了一种新型绳牵引动平台。主要包括滚珠丝杠副牵引机构、液压结构、八杆机构、外箱体及其零部件。对于绳牵引动平台的八杆机构,通过相关要求进行尺寸计算,从而得出了各个杆的杆长,采用MATLAB编程的形式,对其尺寸参数进行了合理性校验和运动仿真,并应用Pro/E对其进行了建模。发现通过应用死点法可以提高支持系统的可靠性,通过MATLAB(这里主要应用了反复试数法),对绳牵引动平台的八杆机构参数进行了优化设计。     

基于压电效应的果实采收超声切割机理分析

主流果蔬采收末端执行器根据采收的果蔬品种和果梗木制纤维材质的不同,结构差异较大,均存在占据空间大、结构笨重、易碰撞果实和易造成损伤等问题,不利于果梗切割,因此研究一种结构灵活、占据空间小、切割省力的适用于不同果梗木制纤维的超声切割刀应用于果蔬采收末端执行器非常重要。本研究采用理论-有限元-试验相结合的方式对超声切割刀切割果梗的机理进行分析。首先建立了超声刀具切割果梗的物理场模型,通过对切割过程进行时空分析,建立了其位移、速度、加速度等数学模型,分析了切割过程的时空不连续性,基于断裂力学对果梗切割机理进行研究并绘制Matlab响应面图,可以发现超声切割所需要的力小于常规切割。利用有限元分析软件,对超声刀具进行了模态分析和谐响应分析,得到了刀具在不同频率下的振动模态和利于切割的最佳频率。最后,利用自制试验台采用不同切割速度分别对不同直径的橘子和橙子果梗进行了超声切割试验。试验结果表明：切割速度和激振频率与采收切断力有关,在高频和低频振动下,随着果梗直径增加,切割时间变化在0.4s内,切割效率稳定;试验中超声切割的最大切断力远小于常规切割,且小于1N,超声切割可以很有效地降低切断力,减小切割时的冲击作用,相对于常规切割切断能力更强,适合将其应用到采收末端执行器,从而获得更高的采收效率。     

西兰花切块去芯机构设计与试验

为了解决西兰花均匀、高效切块问题,在分析西兰花切块去芯理想轨迹基础上提出西兰花切块去芯机构,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助优化软件,并得到一组满足轨迹要求的机构参数。进行了机构的动力学仿真,仿真轨迹与理论优化轨迹基本一致,机构运动平稳,无受力过载现象。设计了西兰花切块去芯生产线,并进行高速摄像试验,试验结果与理想轨迹、仿真轨迹基本一致,刀具可适应满足出口要求的所有尺寸的西兰花切块,验证了西兰花切块去芯机构设计的合理性和优化的正确性;同时进行切块、去芯试验,切块成功率达91%,去芯成功率为100%,满足市场上西兰花小块的加工要求。     

大豆收获机械切割机构虚拟设计与仿真分析

针对于大豆收获机械的特点,采用Solid Works软件对其切割机构进行虚拟设计,将模型导入ADAMS软件中进行运动学仿真,并采用离散柔性连接件法构建大豆茎秆柔性模型,与切割机构进行联合仿真。仿真结果表明:动刀片的绝对运动为复合运动,在切割方向做往复运动,行程为76mm,最大速度为1.72m/s,证明所设计切割机构的运动状态与物理样机相符,满足设计要求;得到了大豆茎秆在切割机构作用下的一系列运动曲线,为大豆收获机械切割机构进一步的改进和优化设计提供了参考。