小型自走式割草机仿形装置仿真分析与试验

赵振中

摘 要：山地丘陵的苜蓿收割时存在较多问题，为了改善此状况，技术人员分析了小型自走式割草机仿形装置，并进行了相关试验，得出在山区恶劣地势上工作时，应将割草机设置为滑掌长度为188毫米，拉力重力比重为0.85以及割台倾角为4.06°，前进速度为2m/s。经过优化设计后，利用此割草机在田间进行试验，发现割草难度降低了7%，且工作效率提升了75%，改进效果十分显著。

关键词：小型自走式;割草机;仿形装置;仿真分析;试验

随着我国牧草产业的快速发展，在苜蓿收割环节，割草机成为必不可少的设备，增大了市场的实际需求量。当前我国市场主要采用牵引式割草机，其工作性能较好，但更多适用于小地块作业。而小型自走式割草机操作灵活且运移方便，适用于山区丘陵作业。相较平原草地，山区丘陵的作业地面环境更为恶劣，割草机不但需要具备一定的通过性，且还应保证割草割茬的平整度。为了提升自走式割草机的工作效率，技术人员应合理设计仿形装置，确保其高效作业。本文便基于此建立了虚拟样机模型，并进行了虚拟正交试验，为割草机的仿形装置优化设计工作提供了更多的参考依据，提高了割草机的工作性能。

一、仿形装置分析

1.仿形装置结构

自走式割草机最为关键的装置便是仿形装置，其主要包括滑掌、连杆臂、提升液压缸以及浮动弹簧等零件，且各零件之间形成了联合仿形系统。在此系统运行期间，滑掌代表了信号输入木块，处理模块为浮动弹簧，执行模块为连杆臂，辅助支撑模块为液压缸等，下图1为自走式割草机仿形装置的基本结构。

1-滑掌;2-割刀;3-刀盘;4-拔草滚筒;5-上连杆臂;6-浮动弹簧;7-浮动弹簧支架;8-机架;9-下连杆臂;10-液压缸;11-液压缸支座;12-压扁辊

机器运行时，滑掌接触地面，割台处于半悬浮状态，承受其重力的结构为浮动弹簧。当地面不平整时，在弹簧与滑掌的作用力下，割台会上下浮动，可以确保机器稳定通过。同时，刀盘可以确保刀刃更加接近地面，有效降低了割茬高度。

2.仿形装置运动学分析

在仿形装置中，执行与辅助支撑模块决定着机构的运动规律，一是在机器进行收割时，割台会上下浮动，仿形装置开始进入工作模式，二是机器运移时，割台需要上下避障，此时其处于升降状态。当仿形装置处于工作模式时，割台以及机架等装置形成了平面四连杆结构。

二、虚拟样机建模与仿真

通过建立虚拟模型可以有效模拟农机的作业情况，本文在建立仿形装置虚拟样机时采用ADAMS动力学仿真软件，有效模拟仿形装置工作状态时与地面之间的相互作用力，为此后优化仿形装置提供参考依据。一是建立虚拟样机模拟山区丘陵的起伏地面，模拟仿形装置的工作情况。之后利用Caita建立三维模型，借助软件系统计算模型的几何尺寸与转动惯量。之后在ADAMS环境中导入三维模型，分析各零件之间的互动情况，并利用ADAMS为模型添加约束关系，实现机架、割台以及连杆臂之间的旋转移动，为滑掌与路面之间建立约束关系。

三、虚拟样机正交试验

1.试验方法

通过模拟起伏路面，了解仿形装置对收割质量的实际影响，找到最佳的设计参数，之后选择滑掌长度、割台倾角以及拉力重力比为综合评价指标，找出仿形装置的最佳设计参数。期间，技术人员在刀尖建立Marker点，测量其到路面的垂直高度确定割茬高度，并利用ADAMS后处理模块导出仿真期间的割茬高度数据，确定割茬高度与平整度的相关指标。

2.试验结果分析

试验结果表明，最大触土深度为负值，这表明割刀并未触土，绝对值为最小割茬高度。经过方差分析发现，当平均割茬高度为评价指标时，拉力重力比看做误差项，割台倾角的影响效果较大。当割茬稳定性系数为评价指标时，前进速度为误差项，滑掌长度的影响效果较为显著。当最大触土深度为评价指标时，前进速度看做误差项，滑掌长度与割台倾角的影响更为显著。

3.田间试验

通过试验测得田间地表的平整度为16.13米，而虚拟样机模型中地表平整度为69.99毫米，实际田间作业地面更为平整，虚拟样机中地表起伏更大，作业条件更为恶劣，符合实际的作业情况，仿真實验可以更好的模拟实际作业情况。通过优化发现，相同前进速度下，割茬高度降低了约7%，机器工作效率提升了75%，效果显著。

四、结语

本文分析了自走式割草机仿形装置的连杆结构，并建立了升降状态的仿形装置模型，利用虚拟样机模型进行了正交试验，得出了最佳的工作参数，即滑掌长度为188毫米，拉力重力比重为0.85以及割台倾角为4.06°，前进速度为2m/s。技术人员根据最佳参数改进了割草机，通过对比发现，相较之前的样机，小型自走式割草机割茬高度降低了7%，工作效率明显提升，为企业带来了更大的经济与社会效益。

参考文献：

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