梳指式采棉机关键部件设计与仿真

表 １ 示。 所
式中 ￡ 一梳指工作段长度 ； 梳指 工作 段 内被拉 过 的茎秆 长度 ；
一 一
拉茎辊工作时的倾角。
最终 确定 梳 指 的长度 Ｌ ６０ ｍ。 ＝ ５ｍ 新 疆 每 公 顷产 棉 花约 ４５０ ｇ搅 龙 输 送 的物 质 包 ０ ｋ ，
括棉花 、 棉壳等杂质 ， 每公 顷需输送 ５ ５ ｋ 棉花及其 ０ｇ ２ 杂质 。根据输棉搅龙的输送量公式为
．
定
侍 狻 ０
ｍ
棉
…
，
…
砾
蓄
Ｈ
图 ４ 清铃机三维模 型
４ 基于 Ａ ＡＭＳ运 动学仿真 Ｄ
运动副
，
生似正兰的台 类与旋 摘 曲 终
铀 ：
Ａ 露
当棉花被输送到输棉搅龙后将
…
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Ａｄ ｍｓ抒 他 由 Ａ ａ － Ｔ＋ ＂Ｉ＇ ｖ ｖＩ Ｉ
中图分类号 ：￥ ２ ．１ ２ ５ ９ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — ８ Ｘ（ ０ １ ０ － １ ２ ０ ０ ３ １８ ２ １ ）９ ０ ３ － ４
０ 引言
近年 来 ， 国 农 业 发 展 迅 速 ， 械 化 水 平 不 断 提 我 机
棉 。采摘 台负责棉铃 的采集 ， 由一组疏指的棉铃剥 它
Ｑ＝６ ６３ｋ ｎ ０／ Ｒ Ｄ 。
图 ２ 清铃机传动示意 图 表 １ 清铃机 的传动参数
式中
Ｑ 输 送量 ； 一
一
物料 填充 系 ；
—
倾 斜 系数 ； 螺距 与直 径 ；
一
Ｊ 物料 容重 ； Ｒ 一 ｎ 输 棉搅 龙 的转数 ； 一
Ｄ 一输棉搅龙 的螺旋直径。
＂
然后进行运 动学仿真 ｏ －
，
对关键部件 沏 “ 什 添加
步
兰篓 芋 直 比＝ ， 棉的 ５ 径 ｊ时 采机 与 ｝ 在 ｌ 耋慧 ｈ ６ ｈ以 ． 可嘉 ４ ∥ 会 生棉 题 所 ， 棉一。ｕ ；、 发堵 问 以 采。 ～ 在
行 摊
—
。
图 输棉搅龙机构的位移
２１ ０ １年 ９月
农 机 化 研 究
第 ９期
梳 指 式 采 棉 机 关 键 部 件 设 计 与 仿 真
袁 逸 萍 ，孙 文 磊 ，黄 帅 ，刘 国浩 ，黄 少 华
（ 疆 大 学 机 械 工程 学 院 ，乌 鲁木 齐 新 ８００ ） ３ ０ ８
摘
要 ： 为 了 提 高机 采 棉 普 及 率 ， 合新 疆 棉 花 品 种 、 植 特 点 、 候 条 件 以及 收 获 要 求 ， 梳 指 式 采 棉 机作 为 结 种 气 以
ａ ； ｒｎ 采摘 台的功率需求是 ３ Ｗ， ｉ ｋ 清铃 机的功率需求是
５ｋ 。 Ｗ
２ ２ 采摘 台部件 设计 ． 采 摘 台主 要 组 成 部 分 有 输 棉 搅 龙 、 棉 总 成 、 刮 梳 指 总 成 。梳 指 总 成 即 梳 子 型 棉 花 剥 离 器 。梳 子 型 棉
基金项 目 ：新疆 自治 区科技 攻 关项 目（ ０ ９ ２ １ ； ２ ０ ３ １ ８） 国家 大学 生创 新 实验计划项 目（９ ０ ５ ２ ０ １ ７ ５ ３）
于全英文 目录下 ， Ａ ａ ｓ 用 ｄｍ 软件 中的“ｍ ｏ ” 令将 Ｉ ｐｒ 命 ｔ
模型导入 Ａ ａ ｓ ｄｍ 软件 中， 便可进行运动学仿真 的相关
工作。
图 ３ 采摘 台三维模型
选交式真是本以 茎失 薹 择互仿还脚仿及 型 真： 等 ” 楚
数 竺 进分 ， 测 保存仿真所得结果 行 析 １ …一
集 棉箱 ， 完成 整个 工作 任 务 。
棉机 ， 以美 国迪尔和凯斯 为代表生产 的垂 直摘 锭采棉
机 和我 国贵 航水 平 机 械 公 司 国产 的垂 直 摘 锭 采 棉 机 ，
后续较高 的使 用维护成本使 该种 机型在 新疆机 采棉 市场普遍受 到限制 。梳指 式采棉 机和摘 锭式采棉 机
农 机 化 研 究
第 ９期
这些长钉 是 弹性 安装 的， 平行 于前 进方 向。工 作 且 中， 采摘 台通过液压驱 动 ， 梳指与地 面成 １。 ２ 。 使 ５ ～ ５ 夹角 ， 确保疏指前端接近于地面。根据《 农业机械学》
所 提 供 的 公式 ， 即
Ｌ Ｌｃｓ ＝ ｓｏ０ （） １
收 稿 日期 ：２ １ —１ — ９ ０ ０ １ ０
主要技术参数 ： 该机 的工作效率为 １０～ ９ ｈ ８ １５ｍ／
ｈ 行进 速 度 为 ３ ５—５ ｍ／ ， 台 的 割 幅 为 ２ ２ 动 ， ． ｋ ｈ割 ． ｍ； 力 源为 Ｌ Ｈ ０ ／０ Ｙ ４０ ４ ４拖 拉 机 ， 动 力 输 出 转 速 ７ ０／ 其 ６ ｒ
考 虑 到现 场 工 作 中 ， 棉 搅 龙 的实 际 工 作 部 分 仅 输
为其整个圆周 的 １３— ／ 。因此 ， ／ １２ 输棉搅龙 的实际输
送 量在 ４ ２～ ．ｔｈ ． ６４／ 。
采摘台的设计参数如下 ＿ ： ５
采 棉 机工作 效 － ｈ ３ ｍ ・ 一：８ ￣／ ｈ １０—１５ ９ 采 棉 机行进 速 度／ ｍ ・ ～：． ５ ｋ ｈ ３５～
作者简 介 ：袁逸萍 （９３ ）女 ， １７ 一 ， 乌鲁 木齐 人 ， 副教 授 ， 博士 ， 士生 导 硕
・
师 ， Ｅ－ ｉ ｙｐｎｙａ ＠ １３ ｔｍ。 （ ｍａ ）ｉｉｇｕ ｎ ６ ．ｏ ｌ
・
花剥离器 由一组间隔等距 的 Ｖ型刚性金属长钉组 成 ，
１２・ ３
２ １ 年 ９月 ０ １
１ 采摘台 ．
２ 拖拉机 ．３ 输送 系统 ．４ Nhomakorabea清铃机 ．
５ 集棉箱 ．
图 １ 梳指式采棉机结构
２ 主 要 结构 设 计
２ １ 动 力选型 与 匹配 ．
１ 工 作 原 理
梳指式采棉机由采摘 台 、 清铃机 、 集棉箱 、 配套拖 拉机及其连接 附件等几部分组成 ， 图 １所示。梳指 如 式采棉机采摘 原理 可 以归纳 为采集棉 铃一清理一集
性能 的影响。文献 ［ ］ ３ 阐述 了 Ｆ４ ２ Ｓ Ｍ一 Ｒ软摘锭采 棉
机 的基 本 结 构 和 工 作 原 理 ， 绍 了 各 组 成 部 分 的 设 介 计 。同 时 ， 国机采 棉 市场 上 机 型也 普遍 是摘 锭 式 采 我
拉， 将籽棉取 出， 并将棉壳及其 杂质去除 ， 拨棉辊将籽 棉刷 出并送至输送系统 ， 由风机将棉花 吹人到专 门的
、
趣 、 陵 加速度曲线
・
１４ ． ３
２１ ０ １年 ９月
农 机 化 研 究
［ ］ 新疆农机化 ，０ ８ ５ ：３ １． Ｊ． ２ ０ （ ） １ — ５
第 ９期
５ 结 论
梳指式采棉机具 有结构 简单 、 性价 比高 等优点 ，
但 目前 技术 不 成 熟 。本 文 结 合 国 内 外 梳 指 式 采 棉 机 的技术 基 础 ， 复 杂产 品设 计 和 仿 真 有 机 集 成 于梳 指 将 式采 棉 机 的 开发 过 程 中 ， 项 技 术 的开 发 有 助 于解 决 该
出现 于 同一 时期 ， 于 棉 花 清 理 加 工 技 术 的 滞 后 ， 由 导 致 梳 指式 采 棉 机发 展 缓 慢 。２ ０ ０ ６年 以阿 根廷 Ｄ ｌｉ ｏｂ 农
机公司成功研 发梳指式 采棉机有 力论证 了梳指 式采 棉 机 的 可 行 性 。梳 指 式 采 棉 机 价 格 低 廉 ， 用 成 本 使 低， 结构布局灵活 ， 可以与棉农现有拖 拉机配套使用 ， 能为 广 大棉 农 所 接受 。
梳 指 长度／ ０ ６ ｍ：． ５ ．
梳 指 自然 间 隙／ ｍ：５ ｍ １
３ 基 于 Ｐ ｏ Ｅ三维模型建立 ｒ／
采用 自底 向上 的层次化 的建模方法 ， 建立梳指式
工作时梳指头间隙／ ｍ： ０ ｍ ２ ０
梳 指倾 角／ 。 ２ （ ）：０ 输 棉搅 龙 的转 Ｌ／ ｍｉ ：０ ￥ ｒ・ ｎ ６
采棉机数字化样机产 品零件分层次 的信息模 型， 包含
零件可视化模 型 、 物理属性模 型 以及几何拓 扑模型 ， 以满足对梳指式 采棉机样 机 的不 同分析要 求 。在 ｊ
此 基 础 上建 立 梳 指式 采 棉 机 虚 拟 样 机 产 品装 配 模 型 ， 包 含 的信息 主 要 有 ： 部 件 间 的 层 次 组 成 关 系 ； 配 零 装
清 铃 机 的动 力 来源 于配 套 拖 拉 机 ， 拉 机 的柴 油 拖
机输 出转速大约 ７０／ ｉ， ６ ｒｍｎ 经减速至 １０／ ｉ ２ ｒｍｎ左右时
输入清铃机的排棉搅 龙 ， 然后经过一系列 的传递至风
机部位 。由于单朵棉花 的质量一般不超过 ５ （ ｇ 包括棉
花 粘 在 棉枝 上 有 一 定 的连 接 力 ） 因 此 吸 棉 口 风 速 一 ，
带和链传动具有结 构简单 、 噪声小 、 调节 和安装 比较 容易的特点 ， 且农用机械要求较低成本和适应较恶劣 工作环境 ， 以传动 系统均采 用带传动 。要求皮带的 所 安 装位 置 要 准 确 ， 差 不 应 超 过 ３ ｍ， 带 安 装 不 应 偏 ｍ 皮 打滑 ， 在皮带运动部位要有安全 防护措施 。清铃机 的传动示意 图如 图 ２所示。各轴传动的功率 、 转矩如
研 究对 象 ， 出关 键 部 件 采摘 台 和清 铃 机 的 设计 方案 ， 时结 合 虚 拟 样 机 技 术 和运 动 学 分 析 技 术 ， 用 Ｐｏ Ｅ建 提 同 使 ｒ／ 立 清铃 机 的虚 拟 样 机 ， 用 Ａ Ａ Ｓ对 关 键 部件 进 行 运 动 学 仿 真 ， 获得 数 据 可 为 更 深入 研 究 提 供依 据 。 运 ＤＭ 所 关键词 ：梳指式 采棉机 ；采摘 台；清铃 机 ；仿真
离 器 组 成 ， 摘 台在 行 走 的过 程 中 ， 指 型 剥 离 器 就 采 梳
会剥离棉铃 ， 被剥离的棉铃会 在刮板和输棉搅龙的作 用下聚集 ， 再由输送系统 （ 风机带动的输送 通道） 送至 清理工作单元 。清铃 机负责棉铃 的清理 ， 清铃机 由多
组旋 转 辊 ， 括 开 松 辊 、 条 辊 、 包 刺 回收 辊 、 棉 辊 以及 拨 输棉 系 统 组成 。当 棉铃 被 集 中 到 清 铃 机 的顶 部 时 ， 先 经 过开 松 辊 的 敲 打 ， 后 通 过 刺 条 辊 和 回 收 辊 的 钩 然
传动 的三维模型如图 ３和图 ４ 所示 。 建模时采用 ＰｏＥ软件 ， ＰｏＥ软件 中建好清 ｒ ／ 在 ｒ ／ 铃机整机 的三维模 型后 ， 其保存为 “ － ” 将 Ｘ ｔ 格式并存
般控制在 １ １ｍ ｓ这个 风速可 以有效地将棉 花吸 ０— ５ ／ ， 人采棉机中。吸棉 口形状采用 圆形喇叭 口， 材料选 用 塑 料 或 不锈 钢 ， 内壁 一 定 要 光 滑 、 毛 刺 ［ 。 由 于皮 无
，
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型 。仿真 的参数主要 包括
擤 对
过 Ａ Ａ Ｓ提供 的后处理模 ＤＭ
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速 指 机 棉 龙 构 度 时变 圭 梳 式 棉 输 搅 机 随问采
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一
数据 的对 比可知 ．
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过程 中， 输棉搅龙将会产 生
位 ３ 移
．
１
移 输棉搅－ ＝．转 藉 主 旋￣ ３ｍ ８ ｏ此时 ， 龙将会使 － ｉＡ ￣
高， 随着棉花种植 面积 的不 断增加 ， 花生产全 程机 棉 械化正在进一步完善 ¨ 。 目前 ， ｊ 国内相关 院所主要 针
对 摘 锭 式采 棉 机 进 行 了 广 泛 研 究 。例 如 ， 献 ［ ］ 文 ２ 利 用虚 拟 样 机 技 术 建 立 了 水 平 摘 锭 式 采 棉 机 采 棉 滚 筒 的模 型 并 进行 运 动仿 真 ， 析 了采 摘 速 比系数 对 采 摘 分
螺旋直径／ ０ ３ ｍ：．
螺距 直 径 比 ： １ 梳 指弹 簧 刚片厚 度／ ｍ： ． ｍ ０ｕ ２ ３ 清 铃机 部件 设计 ．
约束关 系 ， 包括零部件 间的位置关 系、 联接关系 、 配合 关 系和运动约束关 系； 不同层次装配关 系 中设计参数
的约束和继 承关 系等。建好 的采摘 台及清铃 机整机