基于PRO/E和ADAMS的斜置旋耕機(jī)刀輥動(dòng)平衡仿真試驗(yàn)分析

　　斜置旋耕機(jī)的刀輥在耕作時(shí)，由于刀盤安裝的不對(duì)稱和安裝誤差，會(huì)引起很大的動(dòng)不平衡力矩，導(dǎo)致軸兩端的軸承經(jīng)常容易壞，機(jī)器不能正常工作。為此，利用參數(shù)化建模軟件PRO/E和動(dòng)力學(xué)仿真軟件MSC.ADAMS，對(duì)不同相位角的斜置旋耕機(jī)刀輥進(jìn)行了不同轉(zhuǎn)速下的仿真試驗(yàn)對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速和旋耕刀安裝相位角的不同，對(duì)到刀輥的徑向動(dòng)不平衡量影響比較大;刀輥的軸向動(dòng)不平衡量很小，說(shuō)明刀輥在工作時(shí)幾乎沒(méi)有軸向扭動(dòng)。

　　引言

　　斜置旋耕吸取了驅(qū)動(dòng)圓盤犁滑動(dòng)切削、撕裂土壤且圓盤另一側(cè)為已耕土和切削功耗小的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)碎土性能好、刀片用材比驅(qū)動(dòng)圓盤犁少以及制造成本低的特點(diǎn)。刀輥的斜置產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果:一是由于斜置旋耕刀切土?xí)r有一個(gè)沿刀輥軸向的相對(duì)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?xí)r減少了1個(gè)約束面，使土壤更容易破壞，由此達(dá)到旋耕節(jié)能降耗的目的。

　　斜置旋耕機(jī)的刀輥在耕作旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于刀盤安裝的不對(duì)稱和安裝誤差會(huì)，引起很大的動(dòng)不平衡力矩，導(dǎo)致軸兩端的軸承經(jīng)常容易壞，機(jī)器不能正常工作，嚴(yán)重影響農(nóng)忙時(shí)搶收搶播的進(jìn)度。本論文通過(guò)旋轉(zhuǎn)法，利用計(jì)算機(jī)仿真手段，對(duì)斜置旋耕機(jī)刀輥空轉(zhuǎn)的動(dòng)平衡問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值分析計(jì)算，為改進(jìn)其動(dòng)平衡狀態(tài)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(fù)雜的曲面形狀，運(yùn)用描點(diǎn)法或參數(shù)法建模難度較大且精確性不高，因此采用反求設(shè)計(jì)技術(shù)完成旋耕刀實(shí)體建模。反求設(shè)計(jì)技術(shù)(Reverse Engineering)即逆向工程，是以產(chǎn)品或設(shè)備的實(shí)物、軟件(圖紙、程序、技術(shù)文件等)或影像(圖片、照片等)作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品的一門技術(shù)。

　　采用德國(guó)GOM公司的ATOS2掃描系統(tǒng)，對(duì)國(guó)標(biāo)R245旋耕刀進(jìn)行了三維掃描并反求重構(gòu)，最終得到的旋耕刀重構(gòu)模型曲面，如圖1所示。

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(shí)際尺寸和形式繪制的模型在仿真分析時(shí)會(huì)需要大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，因此本文對(duì)刀輥進(jìn)行了簡(jiǎn)化，采用了8把刀安裝的刀輥。在建模過(guò)程中，簡(jiǎn)化了一些對(duì)仿真結(jié)果影響很小的零件，并對(duì)零件的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，將零件分為刀輥、簡(jiǎn)化軸承Ⅰ和簡(jiǎn)化軸承Ⅱ。為了進(jìn)行對(duì)比仿真試驗(yàn)，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。

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(jī)不同，由于有斜置刀輥的旋轉(zhuǎn)角速度w，再加拖拉機(jī)組向前的運(yùn)動(dòng)速度v，使得旋耕刀的運(yùn)動(dòng)曲線不是簡(jiǎn)單的余擺線，而是變成了復(fù)雜的空間曲線，使刀輥的動(dòng)平衡問(wèn)題變得更加復(fù)雜。為了仿真計(jì)算的方便，在PRO/E中建立的簡(jiǎn)化的斜置旋耕機(jī)模型圖，如圖3所示。

圖3 斜置旋耕機(jī)模型圖

5、結(jié)語(yǔ)

　　本文通過(guò)反求技術(shù)在PRO/E中對(duì)旋耕刀進(jìn)行了重構(gòu)建模，建立了不同相位角的刀輥模型，導(dǎo)入到MSC.ADAMS中進(jìn)行了不同工況下的動(dòng)平衡分析。該技術(shù)可高效、方便地分析出在各種不同的工況下刀輥的動(dòng)不平衡規(guī)律，得到一些具有廣泛意義的結(jié)論，為刀輥的軸承設(shè)計(jì)計(jì)算提供了理論依據(jù)，節(jié)省了物理驗(yàn)的成本，指導(dǎo)了產(chǎn)品的實(shí)際設(shè)計(jì)。采用基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的方法，一方面可以減少針對(duì)刀輥慣性力計(jì)算的工作量，縮短刀輥平衡設(shè)計(jì)周期;另一方面，還可以得到刀輥平衡的更優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果，為動(dòng)平衡以及減振研究提供了一種新的方法。