基于ADAMS的联合收割机切割机构运动仿真

王孙 杨洋 王志刚 张华培

摘要：为了解联合收割机切割机构的运动轨迹，需对其进行运动学仿真分析。联合收割机切割机构的驱动机构是曲柄摇杆一摇杆滑块机构。首先利用三维设计软件Creo，实现对联合收割机切割机构模型的建立。然后采用CAE分析软件ADAMS对该机构进行运动学仿真分析，得出切割机构运动构件曲线轨迹，为后期切割机构的改进提供必要的依据。

关键词：ADAMS；切割机构；曲柄摇杆一摇杆滑块机构

Simulation of cutting mechanism based on ADAMS

WANG Sun YANG Yang WANG Zhigang ZHANG Huapei

（610039 School of Mechanical Engineering & automation， Xinhua University，Sichuan，Chengdu）

Abstract： Motion trajectories for the understanding of combine harvester cutting mechanism，need carries on the kinematics simulation analysis. The driving mechanism of combine harvester cutting mechanism is a crank and rocker rocker slider mechanism .First， using three-dimensional design software Creo， to achieve the establishment of cutting mechanism model of thecombine harvester ， Then using CAE analysis software ADAMS on the cutting mechanism of the kinematics simulation analysis， obtains the cutting mechanismmotion curve track， also provides the theory support for the later improvementcutting mechanism.

Key words： ADAMS；The cutting mechanism；Crank rocker 一rocker slider mechanism

引言

随着国家对农机补贴政策的不断实施，我国农业机械市场迎来了发展的春天，特别是农业联合收割机领域。目前大部分切割器在作业时的稳定性较差，影响了切割质量，需设计出符合实际作业需要的切割装置是收割机研制较关键的一步。收割机械切割装置有往复式和回转式两种，往复式利用动刀片相对于护刃器上的定刀片做往复的剪切直线运动，将禾株切断[1]。本机构采用往复式，其割刀割幅较宽，并且工作效率高，可获得较好的切割质量，割茬平齐，且不会产生割碎作物的现象[2]。

1.切割机构结构和切割原理

联合收割机的切割装置主要有切割器和割刀驱动机构两个部分。本机构切割器采用标准II型切割器。

联合收割机的割刀驱动机构为曲柄摇杆一摇杆滑块机构，它由曲柄、连杆、摇杆和滑块组成，该连杆机构亦为空间机构，将水平传动轴的转动转化为摇杆绕与该轴呈空间异面垂直轴线的往复摆动[3]。曲柄和连杆通过一圆柱副相连，连杆和摇杆也通过圆柱副相连，摇杆设计成扇形增加整个机构的质量，可以增加该机构的稳定性，亦可使滑块在槽内驱动割刀趋于直线往复运动。其在Creo中的模型如图1。

1—曲柄；2—连杆；3—摇杆；4—滑块；5—水平传动轴；

该机构切割原理如图2-图3。此机构的动力由水平传动轴提供，其通过一对锥齿轮驱使曲柄以O为圆心， LOA为半径圆周转动；曲柄OA的回转使连杆AB能够在一定的空间范围内移动和转动，产生偏转；从而带动摇杆BD绕C点一定范围的摆动，摇杆固定在机架于C点，摇杆BD的摆动驱使安装在D点上的滑块的往复移动，摇杆BD设计成扇形可使滑块趋于直线往复移动，滑块放置于动割刀的槽内，将动力传递给动割刀，从而实现动割刀的直线往复运动。在动刀片和定刀片的往复式直线运动的作用下，完成切割作业。其空间机构简图如图2。

2.切割机构的建模和运动仿真分析

2.1 切割机构的建模

对割刀机构进行仿真分析，首先要建立三维模型，割刀机构的三维模型主要在软件Creo中建立。将建好后将模型在CROE中另存为X_T格式。在ADAMS软件中调用导入X_T文件，给每一个构件添加运动副，然后给曲柄添加一个驱动力。

在ADAMS中仿真分析有效，需对导入的三维模型定义材料质量等属性，在添加运动副约束时避免过约束和欠约束并且在滑块和方框槽间定义运动之间接触的摩擦系数等[2]，在ADAMS添加好约束与驱动的三维模型如图3所示。

2.2 切割装置驱动机构运动学仿真分析

根据割刀的实际情况，设定曲柄的角速度为30r/min时，由于滑块与摇杆相连，通过仿真摇杆即可，仿真后通过点到点设置得到该机构摇杆运动学曲线轨迹如以下图4-图6。

从上图显示的运动轨迹看出，当曲柄OA做匀速圆周运动时，推动连杆驱使扇形摇杆BCD做简谐运动。同时可以看到此机构运行较平稳，具有良好的稳定性，符合设计的需要。

3.结束语

本论文利用ADAMS软件对收割机的切割机构进行运动仿真分析，验证理论设计阶段的数据，提高整个设计效率，结论可看到该机构运行平稳。

参考文献：

[1]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].中国农业科学技术出版社，2007，11（2）：98-125.

[2]陈树人.基于ADAMS秧草收割机往复式割刀机构的运动学仿真[M].农业装配技术，2010.

[3]孙书民.半喂入式小型收割机关键技术研究与样机研制[D].成都：西南交通大学，2013.

作者简介：

王孙（1990—），男，汉族，江苏东台人，硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论。