河北中農博遠農業(yè)裝備有限公司　王月茂　周浩　張益男　姜建良

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基于UGNX平臺的動力離合控制機構的運動仿真

河北中農博遠農業(yè)裝備有限公司王月茂周浩張益男姜建良

摘要：對玉米聯合收獲機上的動力離合控制機構的運動情況進行分析，利用UGNX軟件進行建模裝配并運動仿真，實時跟蹤結構角度變化，為該機構的設計優(yōu)化提供參考依據。

關鍵詞：離合控制機構；UGNX運動仿真

引言

離合器動力輸出裝置是自走式玉米聯合收獲機的常見部件，用于將發(fā)動機動力輸出到工作裝置。離合器動力輸出裝置的分離結合是靠控制離合器上的分離桿的運動實現的。由于玉米聯合收獲機的整機布置原因，控制離合器的拉桿機構形式眾多，往往需要在二維圖上反復演算，確保機構可用。對動力離合控制機構進行運動仿真的目的在于當已知各構件的尺寸和位置參數時，研究機構的首末端運動角度等參數、評價機構是否滿足工作要求。

本文以河北中農博遠農業(yè)裝備有限公司生產的4YZ-5型玉米聯合收獲機為藍本，通過UGNX建模與裝配模塊建立離合控制機構的三維模型，利用運動模塊進行仿真，對控制機構的首端手柄桿和末端分離桿的相對角度建立跟蹤和閾值條件，從而判斷控制機構是否滿足要求。

1　動力離合控制機構的原理與運動分析

玉米聯合收獲機中的動力離合控制機構的工作原理：將曲柄連桿機構中的圓周運動轉化為分離桿的往復運動，由分離桿控制離合器內部機構實現動力輸出與截斷。根據離合器的技術要求，分離桿的擺角行程為15°±3°?？刂茩C構首端的手柄的運動極限角度設計在60°～70°之間，運動角度過小會導致離合器沖擊加大同時操作力加大，運動角度過大會與駕駛室底板干涉，同時影響操作舒適性，其結如圖1所示。

圖1　動力離合控制機構運動簡圖

根據收獲機的整體布局要求，在此模型中，曲柄OA長度為55mm，0A為手柄的一部分，手柄的轉角和OA的轉角是相同的。連桿AB長度為365.5mm，連桿BC長度為100mm，連桿CD長度為65mm，連桿DE長度為746mm，連桿EF長度為150mm，EF即為離合器的分離桿。OA設置為驅動機構，假設是勻速的，速度為5°/s。

2　動力離合控制機構的運動仿真

2.1建模與裝配

在UGNX的建模模塊中，建立各構件的模型，并在裝配模塊中裝配成連桿機構，存儲為主離合機構.prt，如圖2所示。機構包含手柄（即曲柄部分）、拉桿1、擺臂、拉桿2、離合器、機架1、機架2。在實際狀態(tài)中，機架1、機架2與離合器外殼是靜止不動的，施加固定約束。手柄一端繞機架2旋轉，另一端與拉桿1掛接。擺臂包含三個旋轉點，一點繞機架1旋轉，其他兩點分別連接拉桿1與拉桿2。離合器分離桿繞殼體支承軸轉動，并與拉桿2掛接，如圖2所示。

圖2　動力離合控制機構數模

2.2建立運動仿真方案

進入運動仿真模塊，在運動導航器中右鍵單擊“主離合機構”，新建仿真，在新建仿真目錄下創(chuàng)建8個連桿：L001-機架1（固定連桿），L002-機架2（固定連桿），L003-曲柄OA，L004-連桿AB，L005-擺臂，L006-離合器殼體（固定連桿），L007-連桿EF，L008-連桿DE。接下來創(chuàng)建7個旋轉副：J003-曲柄0A繞機架2旋轉，與機架2嚙合，矢量方向為-X向；J004-連桿AB繞曲柄OA端點旋轉，創(chuàng)建時選擇與OA嚙合；J005-擺臂繞機架1旋轉，與機架1嚙合；J006-連桿AB繞擺臂一點旋轉，與擺臂嚙合；J008-連桿DE繞擺臂一點旋轉，與擺臂嚙合；J009，連桿EF繞離合器殼體支承軸旋轉；J010-連桿EF繞連桿DE端點旋轉，與連桿DE嚙合。在創(chuàng)建連桿時已自動創(chuàng)建了固定副，本結構中包含了三個固定副。

單擊仿真目錄下的J003，在驅動欄內設置驅動方式為恒定，初位移為0，初速度為5°/s，加速度為0。

右擊仿真名，新建測量項，類型選擇角度，選擇測量對象為分離桿的側面與拉桿2的Y型叉的側面，可得當前角度為99.8°，在主離合結合過程中，這個角度會逐漸變小，按照主離合器的技術要求，分離桿的行程為15°±3°，因此在閾值中設置角度為84°，測量條件為＜0.1，勾選“事件發(fā)生時停止”，激活測量項。同樣的，新建測量項，測量手柄與機架2端面的角度，代表手柄旋轉的角度，該項測量不必設置閾值，僅激活即可。測量項設置如圖3所示。

圖3　測量項設置

2.3運動仿真

右鍵單擊仿真目錄中的解算方案solution_1，選擇解算方案屬性，分析類型為運動學/動力學，時間設置為15s，步數設置為50，重力系數為默認值，確定后求解。

單擊菜單欄中的“動畫”，點擊播放按鈕對主離合控制機構進行仿真。我們僅對結合過程進行模擬分析，分離過程是結合過程的逆向。仿真結果顯示，在進行到12.9s時，測量項1達到閾值，表示主離合已經結合，此時手柄桿的角度為64.5°，符合設計初衷，仿真結果如圖4所示。

如果想實現不同的手柄桿結合角度，可以在建模中對各連桿參數進行調整，根據杠桿原理調節(jié)杠桿長短，從而改變仿真結果。

圖4　運動仿真結果

3　結語

利用UGNX對玉米聯合收獲機的動力離合控制機構進行建模裝配與運動仿真，可以實時觀測各部件運動過程，極大地減少了人工計算的工作量。通過對手柄桿和分離桿的實時測量，可以驗證設計方案是否滿足工作要求。同時可以對各部件參數進行優(yōu)化設計，重新仿真，以達到最優(yōu)解。

參考文獻：

［1］北京兆迪科技有限公司.UG NX 10 0運動仿真與分析教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［2］吳艷英，吳錦行.基于UG平臺的往復式切割器的運動仿真分析［J］.安徽農學通報，2011.17.

［3］田多林.基于UG軟件的四連桿運動仿真分析［J］.數字技術與應用，2015.11.