農(nóng)作物秸稈是一種可以綜合利用的重要生物資源．農(nóng)作物秸稈的開(kāi)發(fā)利用是一項(xiàng)重要的農(nóng)業(yè)工程。農(nóng)作物秸稈的粉碎是對(duì)其開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中的一個(gè)重要的工序。目前，復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)在農(nóng)村中被廣泛的應(yīng)用．由于沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其樣式和結(jié)構(gòu)也多種多樣。轉(zhuǎn)子是復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)的主要工作部件，其設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理，對(duì)秸稈的粉碎處理質(zhì)量、工作效率以及功耗等具有重要的影響。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般是根據(jù)客戶(hù)的要求繪制二維圖紙交由工廠進(jìn)行制造，然后對(duì)組裝成的產(chǎn)品進(jìn)行物理樣機(jī)試驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)器的性能以及設(shè)計(jì)的合理性。該過(guò)程往往耗時(shí)長(zhǎng)，成本比較高。本研究將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入秸稈粉碎機(jī)械的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，采用Pro/E進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，過(guò)程為：首先，根據(jù)二維的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)生成三維零件；然后，對(duì)三維零件進(jìn)行虛擬裝配，裝配完畢后進(jìn)行模型分析，也可以對(duì)裝配體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；最后，根據(jù)模型分析和動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果確定修改方案。
1、復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的三維建模
本研究以江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的F-500秸稈粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子為設(shè)計(jì)原型，利用Pro/E建立復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的虛擬樣機(jī)模型。在建模中主要運(yùn)用了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描混合等建模命令，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的秸稈粉碎機(jī)如下圖所示：
1.1主要零件的建模復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的零件數(shù)量很多，有幾十個(gè)，這里以主軸、動(dòng)刀座、錘架板、錘片、動(dòng)刀片等為例介紹零件的建模。
1)主軸。主軸是粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的重要組成部分，主要起傳遞動(dòng)力的作用。軸上加工有鍵槽和螺紋，起固定錘架板和定位套筒的作用。階梯軸通過(guò)旋轉(zhuǎn)特征生成，然后再使用拉伸切除命令創(chuàng)建鍵槽特征，使用螺旋掃描(Helix Swept)生成螺紋特征。
2)動(dòng)刀座。動(dòng)刀座主要用來(lái)固定切割動(dòng)刀，通過(guò)鍵與主軸一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它主要通過(guò)拉伸(Ex-trude)、孔(Hole)等命令完成。
3)錘架板。錘架板主要起著固定銷(xiāo)軸和錘片的作用。其與主軸通過(guò)鍵槽傳遞動(dòng)力。錘架板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)兩次拉伸命令即可生成。
4)錘片。錘片是粉碎秸稈物料的核心部件。它與銷(xiāo)軸銷(xiāo)接，工作時(shí)通過(guò)與秸稈物料的碰撞、摩擦和揉搓來(lái)粉碎秸稈。錘片的形狀已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。本研究中采用的是標(biāo)準(zhǔn)化的矩形錘片，結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單。通過(guò)拉伸和孔(Hole)命令生成。
1.2轉(zhuǎn)子的虛擬裝配
轉(zhuǎn)子的虛擬裝配過(guò)程比較繁瑣，需要對(duì)不同的零件添加不同的約束。Pro/E軟件的裝配中常用的約束命令有匹配(Mate)、對(duì)齊(Align)和插入(lnsert)等命令。用戶(hù)可以根據(jù)需要安排不同的裝配順序，來(lái)保證零件按設(shè)計(jì)意圖組合在一起。由于需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，本研究在裝配的過(guò)程中第一步先建立了一個(gè)骨架模型，然后再逐步調(diào)入零件模型．在骨架中裝配模型。骨架模型的好處在于可以方便裝配一些比較繁瑣的系統(tǒng)，用戶(hù)通過(guò)預(yù)先設(shè)定一些裝配參數(shù)來(lái)減少裝配中的難度。
2、轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)仿真分析
Pro/E軟件的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析可以完成各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，在運(yùn)動(dòng)分析中．可以在不考慮模型系統(tǒng)的作用力情況下分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況，并可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)主體的位置、速度和加速度的改變，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)元件進(jìn)行干涉檢查．還可以輸出運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)軌跡和包絡(luò)圖。運(yùn)動(dòng)分析的基本過(guò)程主要包括模型的創(chuàng)建、定義機(jī)構(gòu)圖元、分析準(zhǔn)備、分析模型、結(jié)果檢視和最佳化模型六個(gè)階段。
2.1錘片末端位置仿真
錘片是主要的粉碎部件，其在運(yùn)行中的位置影響物料粉碎的效果，對(duì)其在運(yùn)動(dòng)中位置的研究有助于更好地改進(jìn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是無(wú)法做到這點(diǎn)的，因?yàn)殄N片位于粉碎機(jī)的內(nèi)部，是無(wú)法直接觀察到的。而通過(guò)Pro/E對(duì)虛擬樣機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)仿真．可以得到這些數(shù)據(jù)。圖4是對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)得到的錘片末端位置與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系曲線圖。該曲線初始設(shè)定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，設(shè)定仿真時(shí)間為5s，幀數(shù)為50。
2.2轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)包絡(luò)圖
運(yùn)動(dòng)包絡(luò)圖可以明了的看到各零件的運(yùn)動(dòng)軌跡范圍。本研究中在獲取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)圖時(shí)，設(shè)定質(zhì)量等級(jí)為4。
2.3仿真結(jié)果分析討論
在錘片位置仿真分析中可以看到．錘片末端到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置做周期性的小幅度擺動(dòng)。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生與錘片的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。錘片與銷(xiāo)軸是鉸接形式，每個(gè)錘片在隨銷(xiāo)軸繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)．錘片質(zhì)心將繞銷(xiāo)軸軸心做周期擺動(dòng)。該現(xiàn)象在文獻(xiàn)[6]中有具體計(jì)算介紹，本研究不再敘述。從中可以看出，仿真結(jié)果是比較真實(shí)可靠的。
3、結(jié)束語(yǔ)
用Pro/E．建立了復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子的三維模型，并對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析．得到了錘片末端位置與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系曲線圖，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了干涉檢驗(yàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了探討分析，為更好的設(shè)計(jì)改進(jìn)轉(zhuǎn)子提供了理論依據(jù)。實(shí)踐表明，基于Pro/E的虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)與分析，可以顯著地提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率，降低設(shè)計(jì)成本。本研究為農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了方法和參考。
（轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明：富通新能源秸稈粉碎機(jī)http://www.ac12313.com/fsjrcj/126.html）
