黃 帥,袁逸萍,孫文磊,黃少華,劉國(guó)浩
(新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,烏魯木齊 830008)
清鈴機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真
黃 帥,袁逸萍,孫文磊,黃少華,劉國(guó)浩
(新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,烏魯木齊 830008)
新疆是我國(guó)三大棉花產(chǎn)區(qū)之一,但棉花采摘多以手工為主。我國(guó)投入使用的采棉機(jī)普遍是摘錠式,且新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)已提出在十一五末機(jī)采棉面積將占其種植面積80%的目標(biāo)[1]。2006年阿根廷Dolbi農(nóng)機(jī)公司成功研制出梳指式采棉機(jī),該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、采摘時(shí)不受株距限制,所以梳指式采棉機(jī)的研究前景廣闊。清鈴機(jī)是梳指式采棉機(jī)的重要組成部分,它的工作性能直接影響到整機(jī)的各項(xiàng)工作指標(biāo)。現(xiàn)主要研究的有FS4M—2P軟摘錠采棉機(jī)[2];刮板毛刷式采棉機(jī)[3];棉花和雜質(zhì)相分離的軟摘錠采棉機(jī)六輥清雜裝置[4]等。
梳指式采棉機(jī)[5]由采摘頭、清鈴機(jī)、集棉箱、配套拖拉機(jī)及其連接附件等幾部分組成,整機(jī)動(dòng)力由配套拖拉機(jī)提供,棉花采摘由采摘臺(tái)完成,采摘臺(tái)與清鈴機(jī)之間有輸送棉花的管道相連,清鈴機(jī)的風(fēng)機(jī)在工作時(shí),輸送管道靠近采摘臺(tái)一端形成負(fù)壓,將采摘的棉花吸入清鈴機(jī)中。在清鈴機(jī)的進(jìn)棉通道內(nèi)自上而下安裝有轉(zhuǎn)網(wǎng)、閉風(fēng)器、開(kāi)松輥、刺條輥、撥棉輥、回收輥、清雜輥和排棉絞龍。清鈴機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 清鈴機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
輸送系統(tǒng)將棉鈴輸送至清鈴機(jī)頂部后,首先經(jīng)過(guò)開(kāi)松輥的敲打,使棉鈴松散,之后落入刺條輥,由于刺條的鉤拉,將棉花纏繞在刺條輥上,刺條輥纏繞棉花并將雜質(zhì)通過(guò)格條柵去除,剩余的棉鈴以類(lèi)似的方式經(jīng)過(guò)回收輥進(jìn)行處理,干凈的棉花就纏繞在回收輥上,在與二者相切的位置上安裝高速旋轉(zhuǎn)的撥棉輥,它的速度大于刺條輥和回收輥的速度,且方向相同,撥棉輥取下的棉花經(jīng)過(guò)釘輥,在釘輥旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,將撥棉輥甩出的籽棉再次拋甩,籽棉在被拋甩的過(guò)程中,籽棉的棉葉、棉枝、沙子等雜質(zhì)就會(huì)再次分離,最后落入柵格板,從柵格中分出,然后通過(guò)螺旋輸棉絞龍輸送到出口,最后由風(fēng)機(jī)將棉花吹入集棉箱。
清鈴機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于配套拖拉機(jī),拖拉機(jī)的柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)速大約為760,經(jīng)減速至120 左右時(shí)輸入清鈴機(jī)的排棉絞龍,然后經(jīng)過(guò)一系列的傳遞至風(fēng)機(jī)部位。由于皮帶和鏈傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,噪聲小,調(diào)節(jié)和安裝比較容易,且農(nóng)用機(jī)械要求較低成本和適應(yīng)較惡劣工作環(huán)境,所以傳動(dòng)系統(tǒng)均采用帶傳動(dòng)。要求皮帶的安裝位置要準(zhǔn)確,偏差不應(yīng)超3mm,皮帶安裝不應(yīng)打滑,在皮帶運(yùn)動(dòng)部位要有安全防護(hù)措施[6]。清鈴機(jī)的傳動(dòng)示意圖如圖2所示,各參數(shù)如表1所示。
圖2 清鈴機(jī)傳動(dòng)示意圖表
在Adams軟件中運(yùn)動(dòng)仿真,首先要建立三維模型。模型建立一般有兩種方法:一種方法是在Adams – View模塊中直接建模;另一種方法是在其他三維軟件中建好模型后導(dǎo)入Adams軟件中。此處采用的是第二種方法,建模時(shí)運(yùn)用的是Pro/E軟件。
在Pro/E軟件中建好清鈴機(jī)整機(jī)的三維模型后,將其保存為“x-t”格式并存于全英文目錄下,用Adams軟件中的“Import”命令將模型導(dǎo)入Adams軟件中,便可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的相關(guān)工作。建好的清鈴機(jī)整機(jī)傳動(dòng)三維模型如圖4所示。
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圖3 清鈴機(jī)整機(jī)傳動(dòng)三維模型
將模型導(dǎo)入后,對(duì)刺條輥、撥棉輥、回收輥三者在Adams軟件中進(jìn)行添加運(yùn)動(dòng)副,然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。在對(duì)模型進(jìn)行仿真的過(guò)程中,ADAMS/View自動(dòng)計(jì)算模型的運(yùn)動(dòng)特性,如:距離、速度信息等。使用ADAMS/View可以測(cè)量這些信息以及模型中物體的其它信息。圖4分別是刺條輥、撥棉輥、回收輥的速度,加速度,角速度,角加速度等數(shù)據(jù):
由以上曲線的變化趨勢(shì)可得出以下的一些結(jié)論:
圖4 運(yùn)動(dòng)仿真所得相關(guān)數(shù)據(jù)
1)刺條棍和回收棍的速度、加速度(圖4a,e)變化趨勢(shì)基本一致,可推知它們的受力狀況基本相似,其原因是它們的功能相同,都是將棉鈴的棉殼打碎,并收集棉花纖維。
2)撥棉棍的速度和加速度(圖4-c)剛開(kāi)始時(shí)與刺條棍和回收棍的變化趨勢(shì)不同(撥棉棍的加速度剛開(kāi)始無(wú)變化趨勢(shì)),原因是剛開(kāi)始工作時(shí),刺條棍和回收棍上沒(méi)有纏繞棉花,撥棉棍不工作。
3)撥棉棍的角加速度(圖4-d)后面部分與刺條棍和回收棍的變化趨勢(shì)不同(刺條棍和回收棍在震蕩,而撥棉棍的角加速度為0),原因是刺條棍和回收棍上棉花層較薄時(shí),撥棉棍不能將棉花刮下來(lái),撥棉棍處于不工作狀態(tài),所以受力為零,角加速度也為零。
4)三者所測(cè)的角加速度變化頻率較大,可知工作時(shí)受力情況較復(fù)雜,原因可能為棉花輸入時(shí)不均勻。
5)三者的角加速度變化范圍較小,可知力的變化范圍較小,原因是棉花的密度較小。
由以上的數(shù)據(jù)可知,工作時(shí)的速度等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。由分析可知,清鈴機(jī)的核心部件刺條輥、撥棉輥、回收輥雖然受力狀況復(fù)雜,但受力變化范圍較小,所以其結(jié)構(gòu)不再進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)或改進(jìn),按現(xiàn)有結(jié)構(gòu)即可滿足工作要求。
本文通過(guò)對(duì)清鈴機(jī)的組成,工作原理,傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及建模和仿真,對(duì)清鈴機(jī)進(jìn)行了深入的研究,并通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)仿真驗(yàn)證了整機(jī)的設(shè)計(jì)并獲得了在虛擬環(huán)境下清鈴機(jī)工作時(shí)的數(shù)據(jù),由數(shù)據(jù)可得出結(jié)論,所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可滿足清鈴機(jī)的工作要求。
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[2]趙巖,王維新,等.FS4M一2R滾筒式軟摘錠采棉機(jī)的設(shè)計(jì)[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2008(5):13-14.
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Design and simulation of qing-ling machine driving system
HUANG Shuai, YUAN Yi-ping, SUN Wen-lei, HUANG Shao-hua, LIU Guo-hao
針對(duì)梳指式采棉機(jī)在我國(guó)的技術(shù)還不是很成熟,而且目前機(jī)采棉清鈴效率不夠高的問(wèn)題,本
文對(duì)梳指式采棉機(jī)的清鈴機(jī)部分工作原理進(jìn)行深入研究,并對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。采用Pro/E對(duì)清鈴機(jī)整機(jī)三維建模,利用ADAMS對(duì)清鈴機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,并利用仿真結(jié)果驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求,為更深入的研究提供相關(guān)數(shù)據(jù)。
梳指式采棉機(jī);清鈴機(jī);傳動(dòng)系統(tǒng);仿真
黃帥(1987 -),男,四川南充人,本科,研究方向?yàn)閿?shù)字化樣機(jī)的建模與仿真。
TP391
A
1009-0134(2011)4(上)-0089-03
10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).28
2010-10-12