陳 霓 劉正懷 夏勁松 王 冬 張正中 陳德俊

(1.金華職業(yè)技術學院機電工程學院， 金華 321017； 2.浙江理工大學信息學院， 杭州 310018；3.中國農業(yè)大學工學院， 北京 100083)

基于Petri網模型的收獲機軸流式脫分選裝置參數化設計

陳 霓1劉正懷1夏勁松2王 冬3張正中1陳德俊1

(1.金華職業(yè)技術學院機電工程學院， 金華 321017； 2.浙江理工大學信息學院， 杭州 310018；3.中國農業(yè)大學工學院， 北京 100083)

為實現(xiàn)設計的快速化和規(guī)范化，進行了基于喂入量變化的聯(lián)合收獲機軸流式脫分選裝置的參數化設計研究。通過建立喂入量與相關設計參數的數學模型，獲得可用于參數化設計的各個參數。在分析參數之間層次關系和依賴關系的基礎上，利用Petri網模型、通過參數傳遞構建了簡化設計的計算機模型并開發(fā)了設計平臺。應用結果表明:當在程序界面中輸入喂入量并選擇相關數據后，能自動生成各種所需的結構參數(柵格式凹板包圍面積、清選篩面積、脫粒滾筒齒數)以及工作參數(風量、功率)；將某部件所得結構參數輸入UG環(huán)境平臺，可獲得該部件的三維設計圖樣。經與現(xiàn)有成熟機型脫分選裝置結構參數和工作參數比較可知，計算機模型生成的設計參數和工作參數規(guī)范，獲得的三維圖樣符合設計要求。參數化設計平臺不但可以進行脫分選裝置的規(guī)范化設計、提高設計效率，還可以快速判別、修正現(xiàn)有機型脫分選裝置的設計參數。

聯(lián)合收獲機； 脫粒-分離-清選； Petri網； 參數化； 設計方法

引言

脫粒分離和清選裝置(簡稱脫分選裝置)是決定稻麥聯(lián)合收獲機工作性能的核心工作部件。同類型、系列化聯(lián)合收獲機的脫分選裝置類似通用化、標準化的定型產品，用于設計計算的數學模型及產品結構相對固定，僅在結構參數和工作參數上存在差異。喂入量是影響聯(lián)臺收獲機脫分選裝置工作性能的主要參數，相關學者開展了許多研究。陳度等[1]探索了聯(lián)合收獲機喂入量與收獲過程損失率之間關系，用二次方程建立的喂入量與收獲過程損失率的數學模型能較好反映實際工況；江崎春雄等[2]的實驗結論認為：半喂入聯(lián)合收獲機隨著工作流量(喂入量)的增加分離率有所下降，排草口夾帶損失急劇增加；市川友彥等[3]對通用型(全喂入)聯(lián)合收獲機的研究也得出了類似結果；文獻[4-8]通過建立輸送槽主動軸與喂入量之間的數學模型，提出了聯(lián)合收獲機喂入量測量方法和在線監(jiān)測方法，通過試驗獲得了與主動軸扭矩對應的喂入量值。GOMEZ等[9]在聯(lián)合收獲機上安裝全球定位系統(tǒng)接收器和顆粒質量流量傳感器，通過田間試驗及相關數據處理，建立了基于喂入量的作業(yè)速度控制模型。對于以喂入量為前提的脫分選裝置的參數化設計問題，閔敏等[10]以MDT 3.0為設計平臺，利用AutoLisp 等開發(fā)工具，建立了以數據庫為中心的三維參數化系統(tǒng)設計；陳田等[11]以滾筒工作性能要求為依據，提出了一種由用戶確定整個脫粒部件的技術數據，再根據系統(tǒng)存儲的參數化結構模型及相應的參數庫進行檢索、查詢來確定設計參數的軸流式聯(lián)合收獲機參數化設計的方法;徐靜等[12]采用功能分析的方法對脫粒裝置進行了模塊的劃分，結合參數化建模技術，運用 Solidworks的二次開發(fā)技術對其變參提高設計效率，達到縮短開發(fā)周期、減少生產成本的目的；孫江宏等[13]肯定了數字化技術實施的優(yōu)點，分析了其在農業(yè)機械中應用的不足，認為相對復雜的領域而言，必須在數學模型上加以突破；閻楚良等[14-15]詳盡論述了參數化設計的理論和方法，指出參數化為農機產品的可變性、重用性、并行設計等提供了手段，可方便地改動模型生成系列產品；周豐旭等[16]在UG 環(huán)境下對風篩式清選裝置參數化系統(tǒng)進行了二次開發(fā),可按設計要求自動生成或更新風篩式清選裝置三維模型，縮短了產品的開發(fā)周期。吳慶鳴等[17]提出了變型設計過程中參數的提取和傳遞的方法,但未能建立嚴格的模型，只能在一定條件下避免參數的干涉。以上研究表明,喂入量是聯(lián)臺收獲機脫分選裝置設計的主要依據，為規(guī)范設計參數和提高設計效率，學者們以不同方法和手段進行了喂入量檢測、計算和以喂入量為前提的參數化設計研究。但基于Petri網進行參數化設計研究未見報道。Petri網被廣泛應用于控制科學和系統(tǒng)科學的交叉領域，是對離散并行系統(tǒng)的數學表示，按引發(fā)規(guī)則驅動離散事件的演變，能充分描述參數的層次結構和多參數的異步傳遞關系。本文基于Petri網預設脫分選裝置數學模型，利用多目標參數依賴關系和相互傳遞的方法創(chuàng)建設計平臺，對脫分選裝置參數化設計進行研究，以達到脫分選裝置設計規(guī)范化和高效率的目的。

1 喂入量與工作性能的數學模型

1.1 桿齒式軸流脫粒裝置的生產率

軸流式脫粒裝置是依靠脫粒滾筒和柵格式凹板對作物進行多次加工而完成脫粒和分離的，因此決定其生產率的因素除與結構有關外，主要取決于脫粒滾筒與凹板的作用面積，即柵格式凹板的包圍面積[18]。軸流式脫粒裝置的生產率q計算式為

q=Fa=LRβa

(1)

其中

式中F——弧形柵格式凹板包圍面積， m2

a——凹板單位面積生產率，kg/(m2·s)，取1.4～2.0

q——軸流式脫粒裝置的生產率，即聯(lián)臺收獲機允許的喂入量，kg/s

L——柵格式凹板長度，m

R——弧形柵格式凹板半徑，即圓心至柵格凹板橫隔板上表面距離，m

β——柵格式凹板包角，rad

1.2 清選篩的生產率

清選篩的生產率取決于清選篩面積，而清選篩面積由進入清選篩的谷?；旌衔锏臄盗繘Q定[19]。脫粒分離出來的物料都進入清選篩清選，所需清選篩面積計算式為

(2)

式中F1——清選篩面積，m2

L1、B1——清選篩長度、寬度,mm

ξ——喂入量中已脫粒分離的比例，取0.40～0.45

a1——清選篩單位面積生產率(混合物)，kg/(m2·s)

聯(lián)合收獲機魚鱗篩和編織篩的a1為1.5～2.5;百葉窗式魚鱗篩籽粒下落面積比傳統(tǒng)沖孔魚鱗篩大一倍以上，根據經驗數據,a1上限取5.0 kg/(m2·s)。潮濕作物需減少30%。

1.3 清選風扇風量

清選所需的風量取決于谷粒混合物應清除的雜質量[19]，當聯(lián)合收獲機喂入量為q時，清選風扇所需風量計算式為

(3)

式中Q——風量，m3/s

μ——帶雜質氣流的濃度比，取0.2～0.3

ρ——空氣密度，取1.2 kg/m3

λ——需清除的雜質在喂入量中所占的比例,%

全喂入機型:水稻λ為10%～15%，小麥λ為15%～20%；半喂入機型:水稻λ為8%～12%，小麥λ為10%～15%。

1.4 脫粒滾筒齒數

脫粒滾筒齒數z由脫粒裝置的生產率(聯(lián)合收獲機喂入量q)決定[19]。

(4)

式中ψ——喂入作物中籽粒質量所占比率

qd——脫粒滾筒每個桿齒生產率，kg/s，當ψ=0.4時，全喂入qd取0.025 kg/s

據測定，半喂入脫粒滾筒每個弓齒的生產率可參照全喂入qd計算。

2 脫分選裝置參數化設計計算機模型

通過對模型進行參數化分析，研究了參數的傳輸依賴關系并編寫了計算機軟件?；谖谷肓康膮祷O計模型,為不同喂入量等級聯(lián)合收獲機系列產品的軸流式脫分選裝置建立了快速設計平臺。利用Petri網模型，設計了符合參數傳遞規(guī)則和依賴關系的參數輸入系統(tǒng)，建立了三維模型圖庫。用戶輸入喂入量和相關設計參數，系統(tǒng)可通過參數傳遞，驅動完成模型的參數化設計并生成新的產品三維模型，快速實現(xiàn)脫分選裝置參數化設計。

2.1 各部件結構參數選擇

(1)關鍵尺寸

指結構設計開始時已知的結構參數或用戶要求的參數。這些參數與產品的目的功能有密切關系,在設計階段是通過計算或者設計師交互輸入給定。

(2)裝配尺寸

由零部件裝配關系確定的參數，其設計約束一般為幾何約束。

(3)標準系列參數

即標準件的尺寸系列數據，這些數據來自有關企業(yè)的產品目錄、設計手冊或標準，經收集整理后，可放入數據庫中，通過查詢程序檢索。

2.2 脫分選裝置參數化設計的計算機模型

通過數學模型分析，可得到參數化設計中關鍵尺寸參數及裝配尺寸約束。參數化過程的實質就是變形參數在整個產品模型中的傳遞，并且最終反映到某些零部件的設計參數上。然而，一個復雜的機械產品，其參數間有依賴關系并且互相制約。這種有制約的依賴關系往往需要設計人員憑經驗依據合理的順序和約束規(guī)則來進行人工調整。為了用計算機軟件CAD來輔助產品設計，幫助管理約束和關聯(lián)以實現(xiàn)參數驅動的自動化設計，需要對參數進行分析。一般采用自頂向下分階段的設計，即先部件級設計，再組件級設計，最后元件級設計。為描述這種級聯(lián)的控制約束關系，采用Petri網來建模(圖1)。

圖1 參數分析Petri網模型Fig.1 Petri model of parameters

模型中，變遷表示一次成功的計算；庫所表示一次成功的計算需要獲得的參數資源；用箭頭變遷及上標表示一次成功的計算需要消耗參數資源的數量。基于Petri網的參數分析模型能夠表示出參數依賴的層次關系和依賴關系。

(1)產品參數分析

在自頂向下的參數設計過程中，需要解決以下問題：參數傳遞的順序問題；參數對其它參數的影響度。因此把參數分為4類。

總體參數：是影響整個產品功能、結構的主要性能參數。喂入量q是影響整個產品功能、結構的主要性能參數，直接影響關鍵部件脫粒滾筒的柵格式凹板包圍面積F和清選風扇的風量Q以及清選篩的面積F1。因此采用以喂入量q為總體參數，依據Petri圖的結果，自然形成3個設計模塊，即柵格式凹板、清選篩、清選風扇模塊。

輔助參數：輔助參數是Petri圖中影響一次計算(變遷)的輔助因素。它的存在會影響到設計結果，它的選取是在一個較小的范圍對設計結果進行微調。例如變遷T0的輔助參數是ξ，喂入量中已脫粒分離的比例,通常的取值范圍是0.40～0.45，等等，輔助參數需要在設計軟件中進行參數范圍的檢查以確保符合設計的要求。

中間參數：這些參數是上一層參數設計后計算的結果，同時，也是下一層部件設計的約束。但它們本身不是設計的結果。如柵格式凹板包圍面積F和清選篩面積F1。

目標參數：是產品模型的驅動參數，它是新的產品設計參數，被用來驅動三維參數化圖形軟件形成產品的三維設計模型。例如，在脫粒滾筒參數決定模塊中，先是由喂入量q這個總體參數來觸發(fā)一次設計，在輔助參數的作用下，完成一次變遷，形成中間參數F，繼而進一步確定脫粒滾筒的參數R、L和β，這3個目標參數會去驅動三維建模軟件，形成變形后的新三維設計圖。

(2)參數傳遞圖

根據參數分析，給出參數傳遞圖(圖2)。該圖反映了自頂向下的設計結構。

圖2 參數傳遞關系圖Fig.2 Transitive relationship diagram of parameters

(3)參數計算序

Petri網是對離散并行系統(tǒng)的數學表示，適用于描述異步的、并發(fā)的計算機系統(tǒng)模型。能夠刻畫出參數驅動的本質?？梢钥吹?，本模型中，T0、T1、T2、T3、T4就是一個合理的參數驅動順序。另外，T0、T4、T1、T2、T3也是合理的參數驅動順序。

(4)局部輔助計算

在脫粒滾筒模塊局部計算中，T1變遷需要被多次執(zhí)行，設計人員需根據經驗反復測試這3個參數的區(qū)間范圍來獲得理想的R、L、β。為此，程序設計了局部輔助解。

根據式(1)，當F被確定后，R、L、β存在多組解。根據經驗規(guī)則，給出如下算法：

給出L和R的初始值，L=600，R=200。

DO WHILE (L和R在最大值以內)

IFβIN (220°～230°)，則輸出一組解并退出

否則增加L和R的值

step=20

END DO

IF 無解

則將β范圍擴展到(180°～240°)

重復上述循環(huán)

IF 仍無解，給出提示

3 設計平臺構建

3.1 設計流程圖和程序界面

利用Petri網模型開發(fā)符合參數傳遞規(guī)則和依賴關系的參數輸入系統(tǒng)和儲有所需零部件三維模型實例庫，用戶輸入設計參數，系統(tǒng)通過參數傳遞驅動產品設計，完成模型的參數化設計，系統(tǒng)能生成新的產品設計參數，并在UG 環(huán)境下自動生成三維模型。設計流程如圖3所示，新的產品設計參數由程序界面(圖4)生成。

圖3 設計流程圖Fig.3 Procedure diagram of design

圖4 程序界面 Fig.4 Interface of program

3.2 三維模型生成

通過結構研究與參數分析開發(fā)的設計平臺已將參數的設計流程融入到軟件中。設計者輸入總體參數喂入量q，繼而選擇并輸入各輔助參數，通過對輸入參數的判斷、處理，系統(tǒng)在判定滿足變遷的條件之后，形成一次變遷，獲得中間參數，最后對目標參數進行分析和驗證，得到新的產品實例。通過三維平臺的接口，可獲得新設計產品的三維圖。例如將在程序界面上輸入和將自動生成的柵格式凹板所有參數打包儲存于程序界面,將其輸出并導入UG環(huán)境即可生成橫軸流桿齒脫粒滾筒等8種三維模型，如圖5～12所示。

圖5 全喂入橫軸流桿齒脫粒滾筒三維模型Fig.5 3D model of finger-tooth threshing cylinder for crosswise axial-flow

圖6 全喂入橫軸流脫粒裝置柵格凹板三維模型Fig.6 3D model of grate-type concave for threshing unit of crosswise axial-flow

圖7 全喂入縱軸流脫粒桿齒脫粒滾筒三維模型Fig.7 3D model of finger-tooth threshing cylinder for longitudinal axial-flow

圖8 全喂入縱軸流脫粒裝置柵格凹板三維模型Fig.8 3D model of grate-type concave for threshing unit of longitudinal axial-flow

圖9 半喂入脫粒滾筒三維模型Fig.9 3D model of head-feed threshing rotor

圖10 半喂入脫粒裝置柵格式凹板三維模型Fig.10 3D model of grate-type concave for head-feed threshing unit

圖11 魚鱗式清選篩三維模型Fig.11 3D model of scales sieve

圖12 百頁窗式魚鱗篩三維模型Fig.12 3D model of shutters scales sieve

4 聯(lián)合收獲機脫分選裝置參數化

在選用柵格式凹板單位面積生產率a(1.4～2 kg/(m2·s))和清選篩單位面積生產率a1(聯(lián)合收獲機的魚鱗篩和編織篩為1.5～2.5 kg/(m2·s)，百葉窗式魚鱗篩籽粒下落面積比傳統(tǒng)的沖孔魚鱗篩大一倍以上，故a1上限取5.0 kg/(m2·s))時，取上限值的80%。

4.1 全喂入機型

4.1.1橫軸流機型,喂入量q=1.8 kg/s

(1)程序界面生成設計參數

在程序界面中輸入“喂入量q=1.8 kg/s”，選擇“全喂入機型”，輸入柵格凹板單位面積生產率a=1.6 kg/(m2·s)和魚鱗篩單位面積生產率a1=2.0 kg/(m2·s)(a和a1取上限的80%),進行相關操作后程序界面可自動生成以下參數：

柵格式凹板面積F=1.125 m2；清選篩面積F1=0.9 m2；柵格式凹板包角β=218.500 9°；清選篩長L1=918.367 3 m；脫粒分離功耗N=14.4 kW；風量Q=0.709 090 9 m3/s；脫粒滾筒齒數Z=71.999 99。

(2)4LZS-1.8型全喂入聯(lián)合收獲機實際設計參數

凹板內側半徑(圓心至柵格凹板橫隔板上表面距離)R=290 mm, 凹板面積F=0.93 m2；柵格式凹板包角β=220°,主篩魚鱗篩寬B1=980 mm，篩長L1=730 mm,清選篩面積F1=0.72 m2；當清選風扇轉速為1 120 r/min時，計算風量Q=0.72 m3/s。軸流滾筒齒數為76。

(3)生成結構參數與實際結構參數比較

a值和a1值取上限的80%時，實際柵格式凹板面積F比計算面積小0.195 m2；實際清選篩面積F1比計算面積小0.18 m2。

4.1.2縱軸流機型,喂入量q=2.5 kg/s

(1)程序界面生成設計參數

在程序界面中輸入“喂入量q=2.5 kg/s”，選擇“全喂入機型”,選擇柵格凹板單位面積生產率a=1.6 kg/(m2·s),選擇百葉窗式魚鱗篩單位面積生產率a1=4.0 kg/(m2·s)(a和a1取上限的80%)，進行相關操作后程序界面自動生成以下參數：柵格式凹板面積F=1.562 5 m2；清選篩面積F1=0.625 m2;柵格式凹板包β=197.730 9°；清選篩長度L1=791.139 2 mm；脫粒分離功耗N=20 kW；風量Q=0.946 969 7 m3/s；脫粒滾筒齒數Z=95.999 99。

(2)4LZZ-2.5型縱軸流聯(lián)合收獲機實際結構參數

柵格凹板長度L=1 372 mm，弧形柵格凹板半徑R=330 mm，柵格凹板包角β=220°，柵格式凹板面積F=1.74 m2；主篩為百頁窗式魚鱗篩，篩寬B1=790 mm，篩長L1=660 mm，清選篩面積F1=0.52 m2；當清選風扇轉速為1 336 r/min時，計算風量Q=1.05 m3/s；軸流滾筒齒數90，1 336 r/min時，計算風量Q=1.05 m3/s；軸流滾筒齒數90。

(3)生成結構參數與實際結構參數比較

a1取上限的80%時，實際清選篩面積F1比計算面積小0.105 6 m2。

4.2 半喂入機型(四行機)

(1) 程序界面生成設計參數

在程序界面中輸入喂入量“q=4.5 kg/s”(虛擬值,籽粒流量 1.5 kg/s)，選擇“半喂入機型”, 選擇柵格式凹板單位面積生產率a=2.0 kg/(m2·s);清選篩為百葉窗式魚鱗篩, 選擇單位面積生產率a1=4.0 kg/(m2·s)，進行相關操作后程序界面可自動計算生成以下參數：柵格式凹板面積F=0.642 5 m2；清選篩面積F1=0.371 25 m2；柵格式凹板包β=162.280 7°；清選篩長度L1=562.5 mm；脫粒分離功耗N=4.455 kW；風量Q=0.562 5 m3/s。

(2)4LBZ-145型半喂入聯(lián)合收獲機實際結構參數

柵格式凹板寬度B=750 mm、弧形柵格凹板半徑(圓心至柵格凹板橫隔板上表面距離)R=295 mm，柵格式凹板面積F=0.57 m2，柵格式凹板包角β=146°；清選篩寬度B1=660 mm，清選篩長L1=590 mm，清選篩面積F1=0.39 m2；當清選風扇轉速為1 120 r/min時，計算風量Q=0.74 m3/s。

(3)生成結構參數與實際結構參數比較

a取上限時，實際柵格凹板面積F比計算面積小0.072 5 m2；實際柵格式凹板包角β比計算包角小16°。但實際結構在弧形柵格凹板的始端和末端都設有多孔板，合計包角約40°，一定程度也替代了柵格凹板功能。

5 結論

(1)通過脫分選裝置的理論方程式，可以建立不同機型柵格凹板面積、清選篩面積、清選風機風量、脫粒滾筒齒數等與喂入量之間關系的數學模型，獲得可用于參數化設計的各個參數。利用Petri網開發(fā)的參數化設計平臺，可實現(xiàn)脫分選裝置的三維參數化設計，快速計算所需的設計參數,并在UG 環(huán)境下自動生成或更新機械零件三維模型。

(2)程序在不同條件要求下生成的各設計參數，經與相應的市售成熟機型脫分選裝置相應結構參數和工作參數比對，大部分數據相近，也發(fā)現(xiàn)實際設計的參數還需修正。同時，參數化設計的預設條件也可在一定范圍內取值，擴大了設計平臺的應用范圍。

(3)通過參數傳遞表彌補了簡單Petri網不能表達參數分類的缺陷。參數化設計提高了設計的效率，縮短了設計周期。利用Petri網開發(fā)的參數化設計平臺具有實際應用價值。

1 陳度,王書茂,康峰,等.聯(lián)合收割機喂入量與收獲過程損失模型[J].農業(yè)工程學報,2011,27(9): 18-21.

CHEN Du,WANG Shumao,KANG Feng,et al. Mathematical model of feeding rate and processing loss for combine harvester [J]. Transactions of the CSAE,2011,27(9): 18-21.(in Chinese)

2 江崎春雄，三浦恭志郎，今園支和，等. 自脫コンバインの高性能化に関する研究[M]. 日本農業(yè)機械化研究所，1972：28-30.

3 市川友彥，杉山隆夫，高橋弘行. 汎用コンバィンを開發(fā)研究(第2報)——水稻收獲性能[J].農業(yè)機械學會誌，1996，58(4)：87-94.

4 陳進，李耀明，季彬彬，等.聯(lián)合收割機喂入量測量方法[J]. 農業(yè)機械學報，2006,37(12)：76-78.

CHEN Jin，LI Yaoming，JI Binbin, et al. Study on measurement method of combine feed quantity[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2006,37(12): 76-78. (in Chinese)

5 梁學修，陳志，張小超，等.聯(lián)合收割機喂入量在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與試驗[J/OL]. 農業(yè)機械學報,2013,44(增刊2)：1-6. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=2013s201amp;flag=1.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2013.S2.001.

LIANG Xuexiu，CHEN Zhi，ZHANG Xiaochao, et al. Design and experiment of on-line-monitoring system for feed quantity of combine harvester[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2013,44(Supp.2): 1-6.(in Chinese)

6 MIOSZ T. Quality of combine-harvester performance as affected by construction of selected threshing-separating assemblies[J]. Problemy Inzynierii Rolniczej, 1994, 2(4):23-34.

7 潘靜，邵陸壽，王軻, 等.稻聯(lián)合收割機喂入密度檢測方法[J].農業(yè)工程學報,2010,26(8): 113-116.

PAN Jing，SHAO Lushou，WANG Ke， et al. Detection method on feed density for rice combine[J].Transactions of the CSAE,2010，26(8):113-116.(in Chinese)

8 陳進，李耀明，寧小波，等.聯(lián)合收獲機前進速度的模型參考模糊自適應控制系統(tǒng)[J/OL]. 農業(yè)機械學報， 2014,45(10) :87-91,86. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20141014amp;flag=1.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2014.10.014.

CHEN Jin，LI Yaomin， NING Xiaobo, et al. Study on measurement method of combine feed quantity[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2014,45(10):87-91,86. (in Chinese)

9 GOMEZ G J, LOPEZ L J, NAVAS GRACIA L M. The spatial low-pass filtering as an alternative to interpolation methods in the generation of combine harvester yield maps[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2011,27(6): 1087-1097.

10 閔敏，桑正中，王新忠，等.聯(lián)合收獲機脫粒裝置三維參數化系統(tǒng)設計[J]. 農業(yè)機械學報,2001,32(2): 42-44.

MIN Min，SANG Zhengzhong，WANG Xinzhong， et al. A three-dimensional parametril design system for threshing device[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2001,32(2): 42-44. (in Chinese)

11 陳田,殷國富,崔新維,等.聯(lián)合收獲機脫粒滾筒參數化CAD方法的研究[J]. 機械工程學報, 2001,37(1):104-108.

CHEN Tian, YIN Guofu, CUI Xinwei, et al. Study on parameterized CAD method for threshing cylinder of combine harvester [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2001, 37(1):104-108.(in Chinese)

12 徐靜，許燕，尹健，等.聯(lián)合收割機脫粒裝置的模塊化設計及參數化建模[J].貴州科學，2013，31(4)：33-36.

XU Jing， XU Yan, YIN Jian, et al. Modular design and parameter modeling for threshing device of combine harvester[J].Guizhou Science,2013，31(4)：33-36.(in Chinese)

13 孫江宏,徐小力,閏楚良,等．縱向軸流式聯(lián)合收割機參數化設計分析[C]∥中國農業(yè)機械學會2006年學術年會論文集，2006:843-845.

14 閻楚良.農業(yè)機械數字化設計新技術[M].北京：中國農業(yè)科學技術出版社，2003.

15 閻楚良，楊方飛.機械數字化設計新技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007:54-60.

16 周豐旭，李耀明，徐立章，等．基于UG的風篩式清選裝置參數化系統(tǒng)二次開發(fā)[J].機械設計與制造,2011(1)：94-96.

ZHOU Fengxu，LI Yaoming，XU Lizhang,et al.Parametric design and development of the air and screen cleaning mechanism based on UG[J].Machinery Design amp; Manufacture, 2011(1)：94-96.(in Chinese)

17 吳慶鳴，宗馳，張強，等．復雜產品變型設計及其參數傳遞方法研究[J]．中國機械工程，2008，19(24)： 2955-2960．

WU Qingming, ZONG Chi, ZHANG Qiang，et al.Research on variant design and parameter transfer method for complicated products [J].China Mechanical Engineering, 2008，19(24)： 2955-2960.(in Chinese)

18 王成芝, 葛永久. 軸流滾筒試驗研究[J]. 農業(yè)機械學報, 1982,13(1): 55-72.

WANG Chengzhi, GE Yongjiu. A research on axial-flow threshing cylinder [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,1982,13(1): 55- 72. (in Chinese)

19 中國農業(yè)機械化科學研究院．農業(yè)機械設計手冊：下冊[M].北京：中國農業(yè)科學技術出版社，2007.

ParametricDesignforAxialFlowThreshing-Separating-CleaningUnitBasedonPetriModel

CHEN Ni1LIU Zhenghuai1XIA Jingsong2WANG Dong3ZHANG Zhengzhong1CHEN Dejun1

(1.DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,JinhuaPolytechnic,Jinhua321017,China2.SchoolofInformationScienceandTechnology,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou310018,China3.CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

To support rapid design of an axial flow threshing-separating-cleaning unit of combine harvester, a formal methodology, which is a parametric approach based on the throughput was proposed. By building a mathematical model to establish the relationship between the throughput and the related data, the parameters of parametric design can be obtained. On the basis of analysis of the hierarchical relationship and dependency between the parameters, a computer platform was developed to realize the simplified design by using the Petri net model to solve the complicated parameter transfer structure. The results showed that the system can automatically generate the required structural parameters (e.g., area of crosswise axial-flow threshing unit grate-type concave and area of longitudinal axial-flow threshing unit grate-type concave, area of scales sieve and area of shutters scales sieve, finger-tooth quantity of whole-feeding axial-flow threshing cylinder and finger-tooth quantity of head-feed threshing cylinder) and relevant working parameters (e.g. air volume and power ) for a given throughput and some relevant data. By importing the result parameters into UG environment, the 3D model of the component can be reconstructed with these parameters. According to data comparison with the developed products, the design parameters of the computer model were accurate and reliable, and 3D model met the design requirements. Parametric design platform not only can carry out the standardized series design and improve the design efficiency, but also can help quickly refine the parameters of the existing products.

combine harvester; threshing-separating-cleaning; Petri NET; parametric; design method

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.015

S225.31

A

1000-1298(2017)11-0123-07

2017-02-24

2017-03-13

國家自然科學基金項目(51305182)和浙江省自然科學基金項目(Y1110647)

陳霓(1973—)，女，教授，主要從事現(xiàn)代農業(yè)機械設計與理論研究，E-mail： cyiny@163.com

陳德俊(1936—)，男，教授，主要從事水稻收獲機械設計與理論研究，E-mail： cdj0579@163.com