清鈴機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

黃 帥，袁逸萍，孫文磊，黃少華，劉國浩

（新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，烏魯木齊 830008）

清鈴機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

黃 帥，袁逸萍，孫文磊，黃少華，劉國浩

（新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，烏魯木齊 830008）

0 引言

新疆是我國三大棉花產(chǎn)區(qū)之一，但棉花采摘多以手工為主。我國投入使用的采棉機(jī)普遍是摘錠式，且新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)已提出在十一五末機(jī)采棉面積將占其種植面積80%的目標(biāo)[1]。2006年阿根廷Dolbi農(nóng)機(jī)公司成功研制出梳指式采棉機(jī)，該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、采摘時(shí)不受株距限制，所以梳指式采棉機(jī)的研究前景廣闊。清鈴機(jī)是梳指式采棉機(jī)的重要組成部分，它的工作性能直接影響到整機(jī)的各項(xiàng)工作指標(biāo)。現(xiàn)主要研究的有FS4M—2P軟摘錠采棉機(jī)[2]；刮板毛刷式采棉機(jī)[3]；棉花和雜質(zhì)相分離的軟摘錠采棉機(jī)六輥清雜裝置[4]等。

1 清鈴機(jī)的組成工作原理

梳指式采棉機(jī)[5]由采摘頭、清鈴機(jī)、集棉箱、配套拖拉機(jī)及其連接附件等幾部分組成，整機(jī)動(dòng)力由配套拖拉機(jī)提供，棉花采摘由采摘臺完成，采摘臺與清鈴機(jī)之間有輸送棉花的管道相連，清鈴機(jī)的風(fēng)機(jī)在工作時(shí)，輸送管道靠近采摘臺一端形成負(fù)壓，將采摘的棉花吸入清鈴機(jī)中。在清鈴機(jī)的進(jìn)棉通道內(nèi)自上而下安裝有轉(zhuǎn)網(wǎng)、閉風(fēng)器、開松輥、刺條輥、撥棉輥、回收輥、清雜輥和排棉絞龍。清鈴機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 清鈴機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

輸送系統(tǒng)將棉鈴輸送至清鈴機(jī)頂部后，首先經(jīng)過開松輥的敲打，使棉鈴松散，之后落入刺條輥，由于刺條的鉤拉，將棉花纏繞在刺條輥上，刺條輥纏繞棉花并將雜質(zhì)通過格條柵去除，剩余的棉鈴以類似的方式經(jīng)過回收輥進(jìn)行處理，干凈的棉花就纏繞在回收輥上，在與二者相切的位置上安裝高速旋轉(zhuǎn)的撥棉輥，它的速度大于刺條輥和回收輥的速度，且方向相同，撥棉輥取下的棉花經(jīng)過釘輥，在釘輥旋轉(zhuǎn)的過程中，將撥棉輥甩出的籽棉再次拋甩，籽棉在被拋甩的過程中，籽棉的棉葉、棉枝、沙子等雜質(zhì)就會再次分離，最后落入柵格板，從柵格中分出，然后通過螺旋輸棉絞龍輸送到出口，最后由風(fēng)機(jī)將棉花吹入集棉箱。

2 清鈴機(jī)傳動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

清鈴機(jī)的動(dòng)力來源于配套拖拉機(jī)，拖拉機(jī)的柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)速大約為760，經(jīng)減速至120 左右時(shí)輸入清鈴機(jī)的排棉絞龍，然后經(jīng)過一系列的傳遞至風(fēng)機(jī)部位。由于皮帶和鏈傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單，噪聲小，調(diào)節(jié)和安裝比較容易，且農(nóng)用機(jī)械要求較低成本和適應(yīng)較惡劣工作環(huán)境，所以傳動(dòng)系統(tǒng)均采用帶傳動(dòng)。要求皮帶的安裝位置要準(zhǔn)確，偏差不應(yīng)超3mm，皮帶安裝不應(yīng)打滑，在皮帶運(yùn)動(dòng)部位要有安全防護(hù)措施[6]。清鈴機(jī)的傳動(dòng)示意圖如圖2所示，各參數(shù)如表1所示。

圖2 清鈴機(jī)傳動(dòng)示意圖表

3 基于Adams的運(yùn)動(dòng)仿真

3.1 基于Pro/E清鈴機(jī)整機(jī)建模

在Adams軟件中運(yùn)動(dòng)仿真，首先要建立三維模型。模型建立一般有兩種方法：一種方法是在Adams – View模塊中直接建模；另一種方法是在其他三維軟件中建好模型后導(dǎo)入Adams軟件中。此處采用的是第二種方法，建模時(shí)運(yùn)用的是Pro/E軟件。

在Pro/E軟件中建好清鈴機(jī)整機(jī)的三維模型后，將其保存為“x-t”格式并存于全英文目錄下，用Adams軟件中的“Import”命令將模型導(dǎo)入Adams軟件中，便可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的相關(guān)工作。建好的清鈴機(jī)整機(jī)傳動(dòng)三維模型如圖4所示。

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圖3 清鈴機(jī)整機(jī)傳動(dòng)三維模型

3.2 基于Adams的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

將模型導(dǎo)入后，對刺條輥、撥棉輥、回收輥三者在Adams軟件中進(jìn)行添加運(yùn)動(dòng)副，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。在對模型進(jìn)行仿真的過程中，ADAMS/View自動(dòng)計(jì)算模型的運(yùn)動(dòng)特性，如：距離、速度信息等。使用ADAMS/View可以測量這些信息以及模型中物體的其它信息。圖4分別是刺條輥、撥棉輥、回收輥的速度，加速度，角速度，角加速度等數(shù)據(jù)：

由以上曲線的變化趨勢可得出以下的一些結(jié)論：

圖4 運(yùn)動(dòng)仿真所得相關(guān)數(shù)據(jù)

1）刺條棍和回收棍的速度、加速度（圖4a,e）變化趨勢基本一致，可推知它們的受力狀況基本相似，其原因是它們的功能相同，都是將棉鈴的棉殼打碎，并收集棉花纖維。

2）撥棉棍的速度和加速度（圖4-c）剛開始時(shí)與刺條棍和回收棍的變化趨勢不同（撥棉棍的加速度剛開始無變化趨勢），原因是剛開始工作時(shí)，刺條棍和回收棍上沒有纏繞棉花，撥棉棍不工作。

3）撥棉棍的角加速度（圖4-d）后面部分與刺條棍和回收棍的變化趨勢不同（刺條棍和回收棍在震蕩，而撥棉棍的角加速度為0），原因是刺條棍和回收棍上棉花層較薄時(shí)，撥棉棍不能將棉花刮下來，撥棉棍處于不工作狀態(tài)，所以受力為零，角加速度也為零。

4）三者所測的角加速度變化頻率較大，可知工作時(shí)受力情況較復(fù)雜，原因可能為棉花輸入時(shí)不均勻。

5）三者的角加速度變化范圍較小，可知力的變化范圍較小，原因是棉花的密度較小。

由以上的數(shù)據(jù)可知，工作時(shí)的速度等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。由分析可知，清鈴機(jī)的核心部件刺條輥、撥棉輥、回收輥雖然受力狀況復(fù)雜，但受力變化范圍較小，所以其結(jié)構(gòu)不再進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)或改進(jìn)，按現(xiàn)有結(jié)構(gòu)即可滿足工作要求。

4 結(jié)論

本文通過對清鈴機(jī)的組成，工作原理，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及建模和仿真，對清鈴機(jī)進(jìn)行了深入的研究，并通過計(jì)算驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)，通過仿真驗(yàn)證了整機(jī)的設(shè)計(jì)并獲得了在虛擬環(huán)境下清鈴機(jī)工作時(shí)的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)可得出結(jié)論，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可滿足清鈴機(jī)的工作要求。

[1]陳發(fā),閻紅山,王學(xué)農(nóng),薛理.棉花現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)與裝備[M].新疆:新疆科學(xué)出版社,2008.

[2]趙巖,王維新,等.FS4M一2R滾筒式軟摘錠采棉機(jī)的設(shè)計(jì)[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2008(5):13-14.

[3]楊懷君,周亞立,劉向新,等.刮板毛刷式采棉機(jī)采摘部件的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010.3(3):49-53.

[4]賈順寧,王維新,張宏文.軟摘錠采棉機(jī)清雜裝置的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,12:114 -117.

[5]董偉.梳指式采棉機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與研究[D].2006.

[6]仇建龍.采棉機(jī)的工作原理及設(shè)備選用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2008,21(1):114-116.

Design and simulation of qing-ling machine driving system

HUANG Shuai, YUAN Yi-ping, SUN Wen-lei, HUANG Shao-hua, LIU Guo-hao

針對梳指式采棉機(jī)在我國的技術(shù)還不是很成熟，而且目前機(jī)采棉清鈴效率不夠高的問題，本

文對梳指式采棉機(jī)的清鈴機(jī)部分工作原理進(jìn)行深入研究，并對其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。采用Pro/E對清鈴機(jī)整機(jī)三維建模，利用ADAMS對清鈴機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并利用仿真結(jié)果驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求，為更深入的研究提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

梳指式采棉機(jī)；清鈴機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；仿真

黃帥（1987 -），男，四川南充人，本科，研究方向?yàn)閿?shù)字化樣機(jī)的建模與仿真。

TP391

A

1009-0134(2011)4(上)-0089-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).28

2010-10-12