基于PRO/E和ADAMS的斜置旋耕機刀輥動平衡仿真試驗分析

Pro/E教程 靳永超 江蘇大學現代農業裝備與技術省部

  斜置旋耕機的刀輥在耕作時,由于刀盤安裝的不對稱和安裝誤差,會引起很大的動不平衡力矩,導致軸兩端的軸承經常容易壞,機器不能正常工作。為此,利用參數化建模軟件PRO/E和動力學仿真軟件MSC.ADAMS,對不同相位角的斜置旋耕機刀輥進行了不同轉速下的仿真試驗對比分析。試驗結果表明,轉速和旋耕刀安裝相位角的不同,對到刀輥的徑向動不平衡量影響比較大;刀輥的軸向動不平衡量很小,說明刀輥在工作時幾乎沒有軸向扭動。

  引言

  斜置旋耕吸取了驅動圓盤犁滑動切削、撕裂土壤且圓盤另一側為已耕土和切削功耗小的優點,采納了鏵式犁順序切土和耕翻性能好的工作原理,并且保留了旋耕機碎土性能好、刀片用材比驅動圓盤犁少以及制造成本低的特點。刀輥的斜置產生兩個結果:一是由于斜置旋耕刀切土時有一個沿刀輥軸向的相對速度,使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓;二是由于采用同向順序切土,除第1列旋耕刀外,其它旋耕刀切土時減少了1個約束面,使土壤更容易破壞,由此達到旋耕節能降耗的目的。

  斜置旋耕機的刀輥在耕作旋轉時,由于刀盤安裝的不對稱和安裝誤差會,引起很大的動不平衡力矩,導致軸兩端的軸承經常容易壞,機器不能正常工作,嚴重影響農忙時搶收搶播的進度。本論文通過旋轉法,利用計算機仿真手段,對斜置旋耕機刀輥空轉的動平衡問題進行了數值分析計算,為改進其動平衡狀態提供了一種有效和可行的方案。

1、旋耕刀三維模型的建立

  旋耕刀具有復雜的曲面形狀,運用描點法或參數法建模難度較大且精確性不高,因此采用反求設計技術完成旋耕刀實體建模。反求設計技術(Reverse Engineering)即逆向工程,是以產品或設備的實物、軟件(圖紙、程序、技術文件等)或影像(圖片、照片等)作為研究對象,應用現代設計理論方法、生產工程學、材料學和有關專業知識進行系統深入地分析和研究,探索掌握其關鍵技術,進而開發出同類的先進產品的一門技術。

  采用德國GOM公司的ATOS2掃描系統,對國標R245旋耕刀進行了三維掃描并反求重構,最終得到的旋耕刀重構模型曲面,如圖1所示。

在PRO/E中建立的旋耕刀三維模型

圖1 在PRO/E中建立的旋耕刀三維模型

2、建立斜置旋耕刀輥模型

  由于完全按照實際尺寸和形式繪制的模型在仿真分析時會需要大量的計算機內存,因此本文對刀輥進行了簡化,采用了8把刀安裝的刀輥。在建模過程中,簡化了一些對仿真結果影響很小的零件,并對零件的一些細節進行修改,將零件分為刀輥、簡化軸承Ⅰ和簡化軸承Ⅱ。為了進行對比仿真試驗,選取了兩刀在同一列上相位角為180°,同一螺旋線線上分別為30°,60°和90°,如圖2所示。

同一螺旋線上相位角為30°刀輥安裝圖

圖2 同一螺旋線上相位角為30°刀輥安裝圖

  與普通的旋耕機不同,由于有斜置刀輥的旋轉角速度w,再加拖拉機組向前的運動速度v,使得旋耕刀的運動曲線不是簡單的余擺線,而是變成了復雜的空間曲線,使刀輥的動平衡問題變得更加復雜。為了仿真計算的方便,在PRO/E中建立的簡化的斜置旋耕機模型圖,如圖3所示。

斜置旋耕機模型圖

圖3 斜置旋耕機模型圖

5、結語

  本文通過反求技術在PRO/E中對旋耕刀進行了重構建模,建立了不同相位角的刀輥模型,導入到MSC.ADAMS中進行了不同工況下的動平衡分析。該技術可高效、方便地分析出在各種不同的工況下刀輥的動不平衡規律,得到一些具有廣泛意義的結論,為刀輥的軸承設計計算提供了理論依據,節省了物理驗的成本,指導了產品的實際設計。采用基于虛擬樣機技術的方法,一方面可以減少針對刀輥慣性力計算的工作量,縮短刀輥平衡設計周期;另一方面,還可以得到刀輥平衡的更優化的設計結果,為動平衡以及減振研究提供了一種新的方法。