【文章內(nèi)容簡介】 理想運動軌跡為最優(yōu)目標(biāo),建立連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型,因其技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)具有“模糊性”,所以運用模糊優(yōu)化原理和方法對機構(gòu)進行模糊優(yōu)化設(shè)計,以得到更加符合工作實際的最優(yōu)設(shè)計結(jié)果，從而進一步提高機構(gòu)的綜合性能。 近似直線、曲線相間運動的四桿機構(gòu)分析 參考資料，得知Hoeken型機構(gòu)能夠符合所需的軌跡效果，提供的是搖桿機構(gòu)，這是一個直線度與近于勻速度的最佳組合，機構(gòu)可以由一個電動機驅(qū)動來完成機構(gòu)運動。它的幾何配置、尺寸和連桿軌跡如41圖所示。由于CP線的角度是給定的，并且，因此只有兩個構(gòu)件比需要確定其幾何條件，如。如果曲柄為驅(qū)動構(gòu)件，角速度是常數(shù)，沿著桿件軌跡的直線部分的線速度將非常接近勻速，通過的曲柄角度為。通過把曲柄角度與整周角的比值作為構(gòu)件比的函數(shù)，經(jīng)優(yōu)化來實現(xiàn)所需的軌跡。 圖41 Hoeken 型四桿機構(gòu)示意圖　摟膜連桿機構(gòu)的工作原理和結(jié)構(gòu) 如圖42所示,該機構(gòu)由橫向排列的彈齒和四連桿機構(gòu)組成。工作時,連桿機構(gòu)帶動摟耙齒往復(fù)循環(huán)運動,可連續(xù)輸送和摟集殘膜。 圖42　摟膜連桿機構(gòu)簡圖摟耙齒固定在連桿上,橫向排列間距取20～30mm。摟耙齒有足夠的彈性,可以適應(yīng)復(fù)雜的工作臺面(如分離篩篩面或耕地表面)。工作時在不斷變化的阻力作用下產(chǎn)生彈性振動,可以有效地避免殘膜纏繞和粘附在摟耙齒上。該四連桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu),可實現(xiàn)預(yù)期的復(fù)雜運動軌跡。彈齒E點的軌跡是封閉的曲線,其運動方程為： （41）為了使殘膜輸送有較高的效率并且回程中不回帶殘膜,摟耙齒E點的理想運動軌跡應(yīng)該是:工作行程弧線近似為直線,并且|MN|的距離最大。在回程中為了避免回帶殘膜,E點的軌跡在y軸方向應(yīng)滿足: （42）其中 h= (1. 5～2. 0)t式中 　—彈齒E點的軌跡中E點和H點縱坐標(biāo)差值； 、—E點和H點縱坐標(biāo)值； t—被輸送殘膜的平均厚度。 但是,值越大消耗的無用功也越大,機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸亦增大,所以在滿足不回帶殘膜的條件下應(yīng)該取小值。　機構(gòu)的優(yōu)化模型 以實現(xiàn)E點的理想運動軌跡為最優(yōu)化目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù) (43)為簡化計算和數(shù)學(xué)模型,式(3)中的第1項是E點在x軸方向最大值和最小值之差的平方倒數(shù),相當(dāng)于|MN|的距離最大。第2項是E點在曲柄轉(zhuǎn)至與y軸重合位置時縱坐標(biāo)之差的平方,相當(dāng)于E點在y軸方向最大值和最小值差值最小。如圖43所示,xE取得最大和最小值分別是曲柄和連桿共線時極限位置,當(dāng)時有 (44)其中 當(dāng)時有 （45）其中當(dāng) 時 （46）其中： 在中當(dāng)時 （47）其中 在中 由此可見。 圖43 機構(gòu)極限位置分析 COSMOS Motion機構(gòu)運動軌跡模擬 Solid Works 是參數(shù)化三維實體造型軟件,COSMOSMotion是該軟件的一個全功能運動仿真插件,它可以對復(fù)雜機構(gòu)進行完整的運動學(xué)和動力學(xué)仿真,得到系統(tǒng)中各個零部件的運動情況,包括能量、動量、位移、速度、加速度、作用力與反作用力等結(jié)果，并能以動畫、圖表及曲線等形式輸出；還可將零部件在復(fù)雜運動情況下的載荷情況直接輸出到主流有限元軟件中，從而進行正確的強度和結(jié)構(gòu)分析。 圖44 四桿驅(qū)動COSMOS Motion運動軌跡模擬圖 用COSMOS Motion進行機構(gòu)運動仿真過程簡單,手段快捷。COSMOS Motion的機構(gòu)仿真一般步驟如圖44所示。在Solid Works裝配模塊下直接進入COSMOS Motion仿真環(huán)境。仿真前要對仿真運動參數(shù)進行設(shè)置，如力的單位、時間單位、重力加速度以及與動畫有關(guān)的幀時間、幀時間間隔等。在這里，設(shè)置力的單位為力的單位為N,時間單位為s，幀數(shù)為100，可根據(jù)仿真精度要求適當(dāng)調(diào)節(jié)時間，來完成仿真模擬。 四桿驅(qū)動試驗結(jié)果及分析 摟膜連桿機構(gòu)安裝在殘膜回收機后部,將分離篩篩面上殘膜摟入集膜箱。由前置的工作裝置將殘膜收集輸送到篩面上,殘膜摟凈率是被摟入集膜箱的殘膜量與篩面上殘膜總量的比率。在不同曲柄轉(zhuǎn)速下,殘膜摟凈率如圖45所示。 圖45　曲柄轉(zhuǎn)速與殘膜摟凈率關(guān)系圖曲線 試驗結(jié)果表明,當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)速在120～175 r/m in范圍內(nèi)增加時,殘膜摟凈率明顯提高。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加時,曲線趨于平緩,殘膜摟凈率逐漸達(dá)到極限。 四桿機構(gòu)桿位置分配算例及方案選擇 綜合四個四桿直線導(dǎo)向機構(gòu),其條件列于表41中(“,”表示沒有數(shù)據(jù))。用所編制的可視化軟件綜合表41中給定條件的機構(gòu),其綜合仿真圖見圖46。 表41 算例數(shù)據(jù)表 圖46 算例綜合結(jié)果仿真圖 在殘膜回收機中的四桿直線導(dǎo)向機構(gòu),其可描述為:設(shè)計一個四桿機構(gòu),使其連桿平面上某一點的運動軌跡中至少有一段是直線段，來完成摟耙樓殘膜的軌跡。另一段時弧線段，來完成摟耙抬起來卸膜的過程。四桿直線導(dǎo)向機構(gòu)按其連桿曲線中直線段的多少分為單直線導(dǎo)向機構(gòu)、雙直線導(dǎo)向機構(gòu)及多直線導(dǎo)向機構(gòu)。此次設(shè)計打破了以往求四桿機構(gòu)處于特殊位置時作直線運動的解、總結(jié)經(jīng)驗公式等求取四桿機構(gòu)的尺寸的傳統(tǒng)方法,采用COSMOS Motion運動軌跡模擬點附近的軌跡曲線來逼近直線的方法,綜合出滿意的四桿直線導(dǎo)向機構(gòu)如47圖兩套方案，最終選擇a方案。 （a）方案 （b）方案 圖47四桿機構(gòu)兩套方案比較圖 　四桿驅(qū)動部分結(jié)論 (1)該機構(gòu)在輸送殘膜時,殘膜摟凈率可達(dá)到84%以上,與其他裝置相比有較高的殘膜回收率。所以在滿足殘膜回收機總的殘膜回收率條件下,可以適當(dāng)降低曲柄轉(zhuǎn)速以減少磨損和機械振動。 (2)運用模糊優(yōu)化設(shè)計原理,可以設(shè)計更加符合工作實際的最優(yōu)化設(shè)計結(jié)果,使機構(gòu)更加緊湊,減小了質(zhì)量以及連桿機構(gòu)運動的慣性力和機械振動。 (3)合理選取和設(shè)計摟膜彈齒的材料及結(jié)構(gòu),以保證彈齒有良好的彈性。模糊優(yōu)化設(shè)計連桿機構(gòu),實現(xiàn)了預(yù)期運動軌跡,彈齒的工作行程、作用位置和角度都較好地滿足了工作要求,有效地避免了殘膜的纏繞。5 殘膜回收機起輸膜分析 起輸膜存在的問題及研究方法 起膜齒對松軟土質(zhì)地膜撿拾能力較好，如果土質(zhì)較硬，地膜緊貼地面，起膜齒僅從地表劃過難以入土，這不僅影響殘膜收凈率，出現(xiàn)漏收現(xiàn)象，而且所收地膜破損嚴(yán)重。針對試驗過程中出現(xiàn)的上述問題，本章對新樣機增設(shè)起膜部件。通過建立起、輸膜作業(yè)過程的動力學(xué)模型，應(yīng)用 MATLAB 軟件生成機具關(guān)鍵點的運動軌跡，通過分析軌跡與收膜作業(yè)間的相互關(guān)系，確定了機具相關(guān)關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)。 收膜機構(gòu)的工作原理 殘膜回