基于ANSYS水稻插秧机分插机构力学的分析与研究.pdfVIP

基于ANSYS 的水稻插秧机分插机构力学分析与研究 基于ANSYS 的水稻插秧机分插机构力学分析与研究 陈迎春，刘素梅，朱梅 （安徽农业大学工学院，安徽合肥，230036） 摘 要：随着我国传统农业向现代化农业的快速迈进，水稻插秧机得到了快速的发展，提高水稻插秧机零部件的质量及其可靠性就 显得极为重要。其分插机构作为水稻插秧机重要的运动和传力部件，易磨损，易振动。论文从分插机构的工作原理出发，对它的传力 特点和运动特点进行了分析，并利用有限元分析软件ANSYS 分别从静力学和动力学角度对其结构进行了分析，为水稻插秧机分插机构 的合理设计提供了重要参考，为提高水稻插秧机的质量和可靠性做了有意义的探索。 关键词：水稻插秧机；分插机构；ANSYS；力学分析； 中图分类号：S511.043 是目前应用最普遍的水稻秧苗栽植机构，该机构主要特 0 引 言 点是工作可靠、插秧质量好。以国内生产的较先进的 水稻是我国主要粮食作物之一，在我国农业精耕细 2ZT-935 型水稻插秧机为例，其分插部件就采用了这种 作中有着悠久的发展历史，但历来手工栽插的作业方式， 形式。 工作条件差，劳动强度大，作业效率低。因此，插秧工 序的机械化，取代传统的“弯腰曲背手插秧”是艰巨而 迫切的任务。我国于1953 年开始研究插秧机，是首先研 制并用于生产插秧机的国家之一。在此之前，国外只有 意大利、日本等国研究过插秧机，但因质量差、成本高 等原因均未得到广泛的推广应用。 纵观国内外，目前在插秧机的分析和设计方面取得 了一定的成果。但是针对插秧机关键零部件设计的相关 分析研究还不多见。论文首先从分插机构的工作原理出 发，对它的传力特点和运动特点进行了分析，并利用 图1 前插式插秧机图片 Ansys 软件针对插秧机的关键零件插植臂受力进行静力 Fig.1 Figture of forward rotary transplanter 学分析，并在此基础上对其进行动力学模态分析，了解 其动力学特性参数，为水稻插秧机分插机构的合理设计 提供了重要参考[1]。? 1 插秧机分插机构及其工作原理 1.1 分插机构结构介绍 曲柄摇杆式分插机构根据分布方式可以分为两种类 型：卧式布置（又称前插式或秧箱前倾式）指曲柄和摇 图2 后插式插秧机图片 杆在机架上的铰结点连线基本平行于地面，按左右排列 Fig.2 Figture of backward rotary transplanter 的插秧机，如图1 所示；立式布置（又称后插式或秧箱 曲柄摇杆式分插机构由曲柄、栽植臂（连杆）、摇杆 后倾式）指曲柄和摇杆在机架上的铰结点连线基本垂直 和机架固定杆组成四连杆机构。插植臂拨叉起到力和运 于地面，按上下排列的插秧机，如图2 所示。分插机构 动的传递作用，它很容易受损，因此材料要选用机械性 能比较高的材料，且在接触的地方要求耐磨。 ? 收稿日期： 2011-9-20 修订日期： 项目基金：项目名称（编号） 作者简介：陈迎春（1961—），女（汉族），安徽，副教授，本科，研究方向： 1.2 分插机构的工作原理 机械工程设计与研究工作，通讯地址，安徽农业大学工学院，邮编230036，Email: chyc_666@163.com 对于农业机械上各类机构运动参数，如位移、速度、 基于ANSYS 的水稻插秧机分插机构力学分析与研究 加速度、角加速度、力矩等向量采用复数矢量法进行分 维实体模型，方便快捷，是对实际问题有效模拟和 析研究。下面以复数矢量法来分析曲柄摇杆式分插机构 仿真的前提。其模型如图4 所示[2]。 运动学的数学模型。 1.2.1 将机构图画成矢量图，利用复数矢量来表示各构 件 以O 点作为坐标原点，机架杆B1、曲柄B2、辅助矢 量B3、连杆B4、摇杆B5、秧爪B6、秧爪尖矢径B7，运 算中所用符号：B 为复数矢量的模，θ 为其幅角，W 为 i i i 同下标矢量的角速度，ε 为其角加速度。 i 图4 插植臂实体模型 Fig.4 Solid model of transplanting arm 2.2 Ansys模型建立 图4所示的三维模型并不能直接进行有限元分析计 算，通过CATIA 另存为Stp格式模型文件，然后导入 ANSYS，并进行结构上适当的修改。由于插植臂两端和 其它零件接触，传递运动和力，所以在网格时尽量细化 图3 曲柄摇杆式分插机构矢量图 和有规则，以使传来的力很好的到达插植臂，为以后分 Fig.3 Vector diagram of crank-rocker transplanting mechanism 析做准备。网格化后如图5所示[3-4]。 1.2.2秧爪尖的位移解。用