【正文】 1懸掛機(jī)架 2切土圓盤刀 3挖掘鏟 4擺動(dòng)碎土機(jī)構(gòu) 5振動(dòng)輥 6桿條式升運(yùn)鏈 7擺動(dòng)篩 8傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 9限深輪 圖21 4SW馬鈴薯收獲機(jī) 工作過程：拖拉機(jī)的懸掛機(jī)構(gòu)與懸掛機(jī)架1上的三點(diǎn)懸掛處相連，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸與拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接。作業(yè)時(shí)，挖掘鏟3進(jìn)入土壤后，莖稈、薯塊及土壤等的混合物一起被掘起，并沿鏟面向后滑移被輸送到桿條式升運(yùn)鏈6上，經(jīng)抖動(dòng)、疏松、振動(dòng)、破碎，使小于輸送鏈桿條間距的土塊和夾雜物被篩下，落到桿條鏈下部壟溝內(nèi)。經(jīng)過擺動(dòng)篩的分離后，土壤從篩條的間隙落下，薯塊則成條狀鋪放在挖掘機(jī)的后面，再由人工撿拾完成馬鈴薯的收獲。首先完成各零件的三維建模，再通過裝配功能將零件模型依據(jù)霉部件之間的裝配關(guān)系，添加相應(yīng)裝配約束(如同軸、平行、重臺(tái)等)進(jìn)行模擬裝配，最后裝配各零部件生成整機(jī)的實(shí)體模型，在此過程中隨時(shí)進(jìn)行干涉檢查。把建好的樣機(jī)幾何模型轉(zhuǎn)換和導(dǎo)入到ADAMS/View環(huán)境中。SolidWorks可以以IGES格式、STEP格式和Parasolid格式將輸出的裝配體文件讀入ADAMS/View。以Parasolid格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換模型信息不丟失。本設(shè)計(jì)采用三點(diǎn)懸掛式機(jī)構(gòu)，由拖拉機(jī)后置三點(diǎn)懸掛和收獲機(jī)懸掛架構(gòu)成一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，它可以看作在縱垂面和水平面的兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。懸掛機(jī)構(gòu)是馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)機(jī)與拖拉機(jī)的聯(lián)接機(jī)構(gòu)。作業(yè)時(shí)，利用懸掛機(jī)構(gòu)將作業(yè)機(jī)降下使其工作部件滿足播深要求。對(duì)懸掛裝置進(jìn)行仿真，目的就是分析后懸掛機(jī)構(gòu)3個(gè)懸掛點(diǎn)的受力情況以及作業(yè)機(jī)工作部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并確定主要參數(shù)，進(jìn)而尋找滿足工作要求的懸掛機(jī)構(gòu)的最佳工作參數(shù)。要滿足這一原則, 必須做到:①鏟面傾角可合理設(shè)置。③不易纏掛秧莖。⑤輸出端與升運(yùn)鏈承接端相對(duì)位置合理, 能保證土、薯順暢輸送。（1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，以達(dá)到減少阻力的目的。多片鏟在工作發(fā)生局部磨損時(shí)，更換方便維修成本低。其結(jié)構(gòu)如圖31所示： 圖32 挖掘鏟 為了保證鏟刃的自動(dòng)清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即： (31)式中：為作用于鏟刃上的阻力；為 鏟刃上的正壓力；為鏟刃上的滑切力；為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。若鏟片數(shù)量為5個(gè)，單個(gè)鏟片寬度為100mm，長度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。 挖掘鏟角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)挖掘鏟及其角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖33所示。挖掘鏟所有鏟片的上表面共面, 鏟尖共線, 鏟片間距為20mm,挖掘鏟總寬度為680mm。挖掘鏟及其角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與機(jī)架下邊框聯(lián)接。 挖掘鏟主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有鏟刃斜角、鏟寬和鏟長。綜合研究成果, 本設(shè)計(jì)單個(gè)鏟片鏟刃斜角取為55,鏟片寬度取為112mm。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)螺桿在調(diào)節(jié)螺母的控制下上下移動(dòng)起到滑塊的作用，并且能夠在要求位置實(shí)現(xiàn)靜止。挖掘過程為：鏟刃切開土壤薯層，將薯壟崛起，薯壟沿平面鏟向上滑行，經(jīng)過剪切破裂到過渡桿條，桿條進(jìn)一步拱碎土壤，下層疏松的土壤開始下漏，得到的松碎土薯沿曲面桿條順向進(jìn)入輸送、分離裝置。擺動(dòng)篩在偏心輪和連桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下擺動(dòng)，其功能是將桿條式升運(yùn)鏈上輸送來的物料(馬鈴薯塊莖及少量土壤)進(jìn)行二次篩分，使篩上的大部分泥土落到篩下，而馬鈴薯塊莖被送到機(jī)器后面，在地面上鋪放成條。 擺動(dòng)篩的工作過程擺動(dòng)篩在偏心輪和連桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下擺動(dòng)，其功能是將桿條式升運(yùn)鏈上輸送來的物料(馬鈴薯塊莖及少量土壤)進(jìn)行二次篩分，使篩上的大部分泥土落到篩下，而馬鈴薯塊莖被送到機(jī)器后面，在地面上鋪放成條。由于篩上物料大部分是馬鈴薯塊莖，沒有足夠的土壤對(duì)薯塊進(jìn)行保護(hù)，故擺動(dòng)篩和篩上物的運(yùn)動(dòng)情況及相關(guān)參數(shù)與薯塊的損傷和篩分效率關(guān)系密切，需要合理確定擺動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。擺動(dòng)篩吊掛在兩對(duì)吊掛桿上，組成雙搖桿機(jī)構(gòu)，在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)擺動(dòng)。篩面傾角，擺動(dòng)方向角，擺動(dòng)方向與篩面夾角。連桿長度遠(yuǎn)大于曲柄半徑，故該機(jī)構(gòu)可看成是做振幅為A=2r(r為曲柄半徑)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的直線振動(dòng)篩。從上述方程可以看出，影響擺動(dòng)篩工作性能的主要參數(shù)是曲柄轉(zhuǎn)速和曲柄半徑。篩上物的運(yùn)動(dòng)情況關(guān)系著擺動(dòng)篩的篩分效率和處理能力，因此需要分析篩上物的運(yùn)動(dòng)特性，找出影響篩上物運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，從而為合理選擇擺動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和達(dá)到良好的篩分效果提供依據(jù)。這些作用都是隨機(jī)的，無法用確定的力函數(shù)表達(dá)，從而給進(jìn)一步的分析帶來了困難。篩上物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響振動(dòng)篩的篩分效率和處理能力, 所以為了合理選擇振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)參數(shù), 需先分析篩上物料的運(yùn)動(dòng)特性。要求馬鈴薯塊莖在不跳離篩面的情況下, 向前滑動(dòng)的距離應(yīng)大于向后滑動(dòng)的距離。一般認(rèn)為馬鈴薯損傷率, 因此要求篩子質(zhì)心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的合成加速度平均值,篩子質(zhì)心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的x方向速度,y方向速度[8]。針對(duì)上述問題，本文嘗試進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)：切秧器、拖掛式裝薯箱的設(shè)計(jì)。切秧臺(tái)呈三角狀，被切割的秧蔓將沿著切秧刀擺放方向向后滑移，從而在車體前行過程中達(dá)到切割秧蔓和將其置于車體兩側(cè)的目的。具體結(jié)構(gòu)如圖41所示。其中鋸齒齒向與齒刀齒向相反，齒刀齒向與行駛方向反向，便于滑切。切秧器運(yùn)作原理如圖42所示。讓其既符合當(dāng)今我國馬鈴薯收獲的現(xiàn)狀，又能夠?qū)崿F(xiàn)多工序收獲過程，提高效率、節(jié)省人力。本文創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)了較為可行的裝薯箱設(shè)計(jì)，它包括裝薯部分、桿式分離裝置、減震裝置、底架結(jié)構(gòu)以及地輪等。底架結(jié)構(gòu)與車體鉤式相連，單行收獲完畢后可取下裝薯箱并屯薯后繼續(xù)進(jìn)行之后工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)單行馬鈴薯收獲機(jī)械進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，76%～80%的土壤要求在裝箱前分離，然而仍存在部分土壤。裝薯箱結(jié)構(gòu)如圖43所示。 拖車底架設(shè)計(jì)拖車底架為裝薯拖車的重要部分，它的設(shè)計(jì)廣泛的受到周圍環(huán)境的影響，凸起的地面以及持續(xù)的震動(dòng)要求它具有良好的簡(jiǎn)易的身軀和抗震性能。底架采用普通碳素銅管經(jīng)過焊接、組合而成。由于拖車是依靠收獲機(jī)拖拽而行駛的，底架便成為承受行駛中所產(chǎn)生的沖擊載荷以及能否安全的運(yùn)載土豆的重要結(jié)構(gòu)體，底架結(jié)構(gòu)制造精度的優(yōu)劣，將直接影響土豆的傷薯率。圖45 拖車底架模型 拖車底架后叉管結(jié)構(gòu)猶如自行車后下叉管，組成后叉管的叉骨及分別位于叉骨兩端的勾爪及接頭與叉骨是一體成型的相互連接，減省了后叉管的加工程序，降低了成本，增強(qiáng)后叉管的強(qiáng)度。 桿式分離裝置設(shè)計(jì)圖46 桿式分離裝置 分離裝置的三維實(shí)體建模用的是Solidworks三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，它提供了從二維到三維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的概念、外觀、總體、結(jié)構(gòu)和零部件設(shè)計(jì)等功能。在拖車行駛過程中，車體存在著較大的震動(dòng)，對(duì)馬鈴薯的損害較大，故桿條采用橡膠制作。第五章 基于ADAMS軟件的虛擬仿真及優(yōu)化分析 虛擬樣機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD和FEA技術(shù))揉合在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工作情況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)[9]。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(AutomaticDynamic AnalysisofMechanical System)，是由美國MechanicalDynamicsInc公司研制開發(fā)的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)分析軟件，是世界上目前使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件。圖51 建模仿真分析步驟 ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)[12]。首先在ADAMS中建立仿真模型，然后通過仿真研究篩面加速度大小和方向的變化規(guī)律，再利用ADAMS的研究工具研究機(jī)構(gòu)各參數(shù)變化對(duì)篩面加速度的敏感程度，根據(jù)敏感程度的大小確定出擺動(dòng)分離篩機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)。所以要在ADAMS中將零部件“裝配”成整體并設(shè)置實(shí)體模型的質(zhì)量特性，從而建立完整的虛擬樣機(jī)模型。 圖52 馬鈴薯收獲機(jī)擺動(dòng)篩機(jī)構(gòu) 圖53 ADAMS中導(dǎo)入?yún)?shù)設(shè)置 (2)設(shè)置建模環(huán)境在ADAMS/View模塊中，選用笛卡爾坐標(biāo)系(Cartesian)作為全局坐標(biāo)。設(shè)置重力加速度沿Y軸負(fù)方向。(3)添加材料屬性模型的各個(gè)零件添加材料屬性。(4)添加約束副由于SolidWorks模型導(dǎo)入ADAMS后，模型中原有的裝配關(guān)系都已經(jīng)無效，故需要使用ADM