本文探討研究了殘膜撿拾滾筒的Solidworks 3D設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真相關(guān)內(nèi)容。

　　農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需要更多生產(chǎn)效率高、性能良好的農(nóng)業(yè)機(jī)械。因此對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)提出更高的要求。目前，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械水平和世界一流技術(shù)還存在不少的差距，關(guān)鍵問題之一就是設(shè)計(jì)水平落后。要改變這一現(xiàn)狀，就必須重視現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究、推廣和應(yīng)用。

　　殘膜撿拾滾筒是我國耕前殘膜回收中比較典型的工作機(jī)構(gòu)，采用SolidWorks軟件和與其無縫集成的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真軟件COSMOS/Motion對(duì)4JSM-1800棉秸稈還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的撿拾滾筒進(jìn)行實(shí)例三維設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，探討了撿膜齒組數(shù)、機(jī)具前進(jìn)速度、撿拾滾筒的轉(zhuǎn)速以及撿膜齒的人土深度等因素對(duì)殘膜撿拾效果的影響，對(duì)殘膜撿拾機(jī)具研發(fā)和使用提供理論支持，展示了現(xiàn)代動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工具軟件在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。

　　1殘膜撿拾滾筒原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.1殘膜撿拾滾筒原理

　　4JSM-1800棉秸稈還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用弧形往復(fù)式挑膜齒殘膜清理滾筒，主要由滾筒壁、凸輪盤(2組)、凸輪軸、挑膜齒組等構(gòu)成[2f。工作時(shí)，滾筒壁由鏈輪驅(qū)動(dòng)，繞著與機(jī)架固聯(lián)的凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，挑膜齒組上的滾輪在凸輪槽中滾動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)挑膜齒組作往復(fù)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于凸輪中心與滾筒中心存在偏心距，運(yùn)動(dòng)時(shí)，挑膜齒相對(duì)滾筒表面伸出、縮回。挑膜齒伸出用于撿膜，挑膜齒縮回用于脫膜。

　　1.2殘膜撿拾滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　滾筒壁和地表必須有一定間隙以避免滾筒前壅土，因此挑膜齒需有一定的伸出長度。初步確定滾筒的直徑和挑膜齒的外形參數(shù)。采用SolidWorks三維軟件對(duì)各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)為了對(duì)比分析，采用不同的裝配配置。圖l。

　　2仿真軟件介紹及分析步驟

　　2.1 COSMOS/Motion軟件的特點(diǎn)

　　COSMOS/Motion與當(dāng)今主流的三維CAD軟件SolidWorks無縫集成，是一個(gè)全功能運(yùn)動(dòng)仿真軟件，可以對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，得出系統(tǒng)中各零部件的運(yùn)動(dòng)情況，如位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并將結(jié)果以動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式輸出，另外可將零部件在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況下的復(fù)雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中，進(jìn)行強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析。

　　2.2仿真分析步驟

　　為了便于分析，對(duì)滾筒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)簡化，只保留和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬相關(guān)的零部件，設(shè)計(jì)出簡化模型進(jìn)行裝配、添加零件間配合關(guān)系。COSMOS/Motion可以自動(dòng)識(shí)別Solidworks裝配體零件之間的約束副，也可以由COSMOS/Motion進(jìn)行定義。在進(jìn)行仿真之前，首先進(jìn)行基本參數(shù)設(shè)置，如力的單位、時(shí)間單位、重力加速度大小、以及與動(dòng)畫有關(guān)的幀時(shí)間間隔及幀數(shù)等。在進(jìn)行仿真分析時(shí)，設(shè)置力的單位為N，時(shí)間的單位是s。仿真動(dòng)畫的持續(xù)時(shí)間和幀數(shù)根據(jù)不同的需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。然后設(shè)置滾筒的運(yùn)動(dòng)初始狀態(tài)，即滾筒旋轉(zhuǎn)速度，機(jī)具前進(jìn)速度。設(shè)置完畢點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真，繪制出相鄰兩組撿膜齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，并將軌跡結(jié)果輸出。

　　最后采用COSMOS/Motion軟件對(duì)滾筒的動(dòng)態(tài)干涉進(jìn)行檢查。具體做法是在COSMOS/Motion的仿真過程結(jié)束后，選擇Check Interferences按鈕，然后再選擇需要進(jìn)行干涉檢查的零件即可。為了方便對(duì)比分析，將軌跡結(jié)果輸出為Excel格式，然后采用Lisp語言編程，在AutoCAD中繪制出軌跡曲線，進(jìn)行對(duì)比分析。圖2。

圖2 滾筒機(jī)構(gòu)仿真

　　3 殘膜撿拾滾筒運(yùn)動(dòng)仿真分析

　　相鄰兩組撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡曲線是否重合，其重合量大小對(duì)殘膜回收機(jī)的撿拾率有著很大的影響。而影響運(yùn)動(dòng)軌跡的因素有撿膜齒組數(shù)量、撿膜滾筒轉(zhuǎn)速、撿膜齒入土深度和機(jī)具工作速度等。分別改變這幾個(gè)影響因素的參數(shù)進(jìn)行仿真模擬，繪制出不同工作參數(shù)的軌跡曲線進(jìn)行分析以確定最佳工作參數(shù)。

　　3.1 撿膜齒組數(shù)對(duì)軌跡重合量的影響

　　滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)和機(jī)具工作速度一定時(shí)，撿膜齒組周向個(gè)數(shù)決定周向相鄰撿膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡重合量。圖中顯示了撿膜齒周向個(gè)數(shù)m分別為4、3和2時(shí)相鄰齒運(yùn)動(dòng)軌跡重合的仿真結(jié)果。圖中直線表示地表，撿膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡的最低點(diǎn)到地表線的垂直距離為撿膜齒入土深度。當(dāng)入土深度相同時(shí)，相鄰齒運(yùn)動(dòng)軌跡重合量隨撿膜齒數(shù)量的增加而增大。撿膜齒在周向的個(gè)數(shù)多，重合量大，引起漏撿的可能性小，撿膜率高。圖3。

　　撿膜齒數(shù)量多，重合量大，可防止漏撿，但撿膜齒組在滾筒內(nèi)的布置就困難，同時(shí)機(jī)具重量和成本增加。因此選取合理的撿膜齒組數(shù)，對(duì)撿拾滾筒的撿拾性能、重量和成本都有重要的影響。經(jīng)仿真綜合分析研究，確定需要配置3組撿膜齒。由于撿膜齒在軸向間隔錯(cuò)開布置，因此在滾筒內(nèi)共有6組撿膜齒。

　　3.2滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)軌跡重合量的影響

　　a、b、c、d四條曲線表示機(jī)具前進(jìn)速度一定時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速分別為40、60、80和160 r/min時(shí)的挑膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡。可以看出，撿膜滾筒轉(zhuǎn)速越低，撿膜齒在地表下停留的時(shí)間和軌跡越長，重合量越大。圖4。

　　3.3撿膜齒入土深度對(duì)軌跡重合量的影響

　　當(dāng)撿膜齒組數(shù)一定時(shí)，相鄰撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡重合量與撿膜齒入土深度有直接影響。入土深度增加，重合量增大;入土深度減小，重合量減少，甚至為負(fù)值，即相鄰撿膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡不重合。人土深度大，重合量大，撿膜滾筒撿拾率相應(yīng)提高，但將造成撿膜滾筒與地表層之間的間隙減小。過小的間隙易使?jié)L筒前壅土、堵塞，提高機(jī)具故障率，增加動(dòng)力消耗。入土深度小，重合量小，撿膜滾筒撿拾率低。因此在設(shè)計(jì)時(shí)可通過增大撿膜滾筒和地表層間隙，減少壅土現(xiàn)象，提高撿拾率。圖5。

　　3.4仿真分析結(jié)果

　　通過對(duì)影響運(yùn)動(dòng)軌跡的因素?fù)炷X組數(shù)量、撿膜滾筒轉(zhuǎn)速、撿膜齒入土深度和機(jī)具工作速度的模擬分析，結(jié)合秸稈粉碎部件的工作參數(shù)和棉田的實(shí)際工作環(huán)境等因素，初步確定了殘膜撿拾滾筒的工作參數(shù)。即撿膜齒入土深度3~5.5 cm;滾筒轉(zhuǎn)速42~48 r/mim，機(jī)具前進(jìn)速度5-6.5 km/h。

　　4 結(jié)束語

　　應(yīng)用Solidworks軟件對(duì)殘膜撿拾滾筒進(jìn)行3D設(shè)計(jì)、裝配和干涉檢查，并運(yùn)用COSMOS/Motion針對(duì)滾筒轉(zhuǎn)速、撿拾齒組數(shù)、人土深度、機(jī)具工作速度等參數(shù)對(duì)滾筒進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，得出撿膜齒運(yùn)動(dòng)軌跡，分析尋找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉(zhuǎn)速和合理的入土深度等工作參數(shù)，為殘膜回收機(jī)具的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

　　通過實(shí)際分析可以看出，利用機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真軟件COSMOS/Motion，可以大大簡化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)過程，縮短開發(fā)周期，明顯減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。Solidworks和COSMOS/Motion為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)設(shè)汁和分析提供了一種快速、有效的實(shí)用工具。經(jīng)殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)田問試驗(yàn)證明，根據(jù)模擬結(jié)果確定的工作參數(shù)，機(jī)具的撿拾率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。