基于adams的稻麦联合收割机清粮机构优化设计

基于adams的稻麦联合收割机清粮机构优化设计

我国水稻联合收割机的应用越来越广泛，其工作性能也得到了逐步提高。然而，目前联合收割机和稻壳机存在许多问题。其中，收获机低损失率和杂种率十分突出。因此,对清粮机构进行优化研究,减少含杂率和损失率,具有重要意义。计算机仿真技术是一门新的工程技术,利用其进行优化设计可以达到节省研究资金、减少研究时间的目的。本文针对广西农业机械研究所研制的4LZ-1.2型全喂入稻、麦联合收割机清粮机构存在损失率、含杂率较高[含杂率(高于国标4%)为5%],和喂入量稍微增加筛面被抛物出现严重堵塞等问题,应用计算机仿真技术,采用ADAMS仿真软件,对其进行运动学仿真优化研究,获得了适合于生产需要较优的运动参数和结构参数,为4LZ-1.2型全喂入稻、麦联合收割机清粮机构的改进设计提供了重要依据。1清粮机构模拟模型的构建和实验1.1仿真模型的建立由于本研究主要通过对清粮机构进行运动学仿真优化参数,因此采用ADAMS软件建模时,略去筛子上的鱼鳞孔及鱼鳞片的影响,做薄片处理。其它参数均是根据现有物理样机确定的(包括材料、质量、尺寸等),所建的仿真模型如图1所示。其中,筛板长度825mm,宽度880mm,厚度1.5mm,铰接位置距离筛子前端155mm,后吊耳距离筛子后端177mm,前吊耳长度90mm,后吊耳长度130mm,连杆长度295mm,摇臂长度162mm,宽度24mm,厚度9mm,曲柄半径20mm。1.2验证结果的测定根据清粮机构的特点和有关的研究,本研究以前、后吊杆与筛面铰接位置的垂直、水平振幅为验证依据,对物理样机和仿真样机分别进行了测定,获得了相应振幅大小如表1所示。由表1可知,物理样机和仿真样机前、后吊耳与筛面铰接位置的水平振幅及垂直振幅近似一致,表明仿真模型精确度高,可用于仿真优化研究。2模拟优化运动参数和结构参数2.1最佳振动频率的确定影响清粮机构工作性能的主要因素是:筛面的安装倾角、振动方向角及振幅、振动频率等。其中,振幅是较重要的因素。清选时,为了达到良好的清选效果,要求筛子前端垂直振幅较大,中间、后端垂直振幅较小。因此,清粮机构必须采用前吊杆短、后吊杆长的设计。在本文的仿真研究中,主要考虑上述因素。其中,曲柄的最佳转速(即筛子的最佳振动频率)由经验公式算出,为299r/min。但它是以4根吊杆长度相等为前提算出的。因此,其值不是实际需要值,实际最佳值应高一些。本研究取曲柄转速为330r/min,筛子的安装倾角由4根吊杆长度来确定。2.2杆件位置坐标的关系由于以前吊杆铰接在机架的固定点为坐标原点,因此筛子运动到后极点各杆件的位置坐标之间的关系,如图2所示。其中,后吊杆与垂直方向的夹角α=24°,摇臂与水平线的夹角β=26°。由图2的坐标关系得如下方程组解方程组得式中:a=(150-b)×tan24o+5002.3筛子整体振幅筛子的振幅大小对筛子的工作性能有较大的影响。在一定的振动频率下进行工作的筛子,如果振幅大,则碎秆等杂物脱离筛面的速度快,生产效率高。但随着振幅增大,筛子传给机架的冲击力也增大,机架振动严重,谷物可能因来不及分离而被抛出机外。反之,如果振幅小,则谷粒混杂物等在筛面上停留的时间长,谷粒有更多的机会通过筛孔被分离出来,损失就小,但生产率低,易造成堵塞,影响收割机的正常工作。有关的试验研究表明:筛子水平振幅为37mm,垂直振幅为26mm时(摇杆处于前后两极点位置时,摇杆与筛架铰接点中心的水平位移称为筛子的水平振幅,垂直位移称为筛子垂直振幅),分离效果好,且对筛子的冲击力较小。故本研究选取目标值的水平振幅为37mm,垂直振幅为26mm。3模拟优化结果分析3.1筛子振幅的影响本研究采用ADAMS对清粮机构进行了125个组合,运动学仿真试验,获得近似满足目标值的参数组合如表2所示。但各组合下的试验仿真结果达不到目标值(垂直振幅26mm,水平振幅37mm),因此只能取近似的值。由于筛子安装角大,被筛物在筛面上清选时间长,能提高分离效果,故选取8.6°。而筛子垂直振幅过大,筛子会被振坏,夹带抛出的谷物增多,损失率增高。故初步选取筛子垂直振幅24.2mm。将已选取的参数再次进行仿真运行,测量筛子前端、后端的振幅,其值分别为:筛子最前端的水平振幅29.7mm、垂直振幅46.7mm;筛子最后端的水平振幅36.2mm、垂直振幅0mm。最前端水平振幅为29.7mm能达到使物料产生少许后抛的目的,垂直振幅为46.7mm能达到使物料上抛并充分散开,有利于谷物和稻秆分离;最后端水平振幅为36.2mm,有利于物料向后逐,垂直振幅为0,使得物料与筛面充分接触,使谷物易从筛孔筛下。3.2筛孔减少或增大垂直振幅表3是优化前后筛子各位置的振幅。由表3可知,优化后的筛子前端水平振幅和垂直振幅均增大,后端水平振幅增大而垂直振幅减小,这样更适合谷物分离条件的要求。因为筛子前端被筛物多,厚度大,容易把筛孔堵塞。为了使混杂物中的谷粒有更多的机会通过筛孔,要求增大垂直振幅,使筛子前端能反复地把被筛物抛离筛面。这样不仅能防止轻杂物遮盖住筛孔,且也能充分发挥风扇气流的吹选作用。由于被筛物反复被抛起,气流就可以从筛子前部的筛孔吹射出去,把轻杂物吹起向着筛子尾部运动,而谷粒则因质量较重而始终处于底层,容易穿过筛孔被分离出来。大部分谷物从筛子前端分离出来,这样筛子的中后部物料逐渐减薄,而且愈靠近筛子尾部谷粒含量愈少,而杂物的含量相对愈来愈多。为了增加谷粒与筛孔接触的机会,故减小筛子中后端垂直振幅,相应增加水平振幅,有利于物料后逐、谷物从筛孔筛下。可见,优化后的筛子的运动在理论上能满足谷物充分分离的要求。4筛子的安装与分级(1)通过建立清粮机构仿真模型及进行仿真优化研究,获得的优化结果为:前吊杆长度72mm;后吊杆长度147mm;前吊杆与筛子的铰接位置距离筛子前端150mm;后吊杆与筛子的铰接位置距离筛子后端197mm;筛子安装角8.64°;筛子振动方向角18.