摘要:采用離散梁法建立玉米秸桿模型，利用UG建立分禾器和摘穗輥模型，導入ADAMS后添加相應約束進行仿真分析。通過該方法實現了分禾器和摘穗輥參數設計的系列化，得到了滿足實際需要的三維模型，縮短了開發周期，為新型自走式玉米收割機的研制提供了一定的理論依據。

　　關鍵詞:玉米收割機;分禾器;摘穗輥;仿真;ADAMS

　　0引言

　　我國玉米耕、種、收綜合機械化水平達到42．8%。其中，機耕水平達60%，機播水平達59%，機收水平僅為7．2%。玉米機收已成為玉米生產機械化的瓶頸，現有開發機型多為秸稈粉碎型，整機結構尺寸大。實踐證明，這種機型不適合東北地區的小田塊玉米收獲。因此，項目組提出了《新型自走式玉米收割機的研制》課題，旨在開發一種適應東北地區使用、配套動力14．7kW柴油機的自走式立輥型玉米收割機。其產品開發對提升東北地區玉米機收水平、帶動玉米產業的可持續健康發展具有十分重要的意義。在機械產品研發過程中，一般經過樣機設計、試制、試驗、改進等步驟，開發過程周期長、成本高，并且許多參數的確定是憑借設計者的經驗，對產品的質量產生了嚴重的影響。虛擬樣機技術是當前設計制造領域的一項新技術［1］，運用虛擬樣機技術開發農業機械產品，可以使前述狀況得到顯著改善。為此，通過UG構建分禾器和摘穗輥三維模型，運用ADAMS進行運動仿真分析［2］，為進一步研制新型自走式玉米收割機提供技術參考。

　　1玉米秸稈的建模

　　項目組研制的新型自走式玉米收割機中，分禾器是重要的工作部件之一。在工作時，其與玉米秸稈直接接觸，彼此間存在相互作用力。所以，對玉米收割收稿日期:2013－10－14基金項目:吉林省教育廳“十二五”科學技術研究項目(吉教科合字［2012］第296號);吉林省科技發展計劃項目(20120205)作者簡介:明哲(1972－)，男，吉林吉林人，副教授，碩士，(E－mail)jlnkjxgc@126．com。機主要工作部件進行運動仿真，必須對玉米秸稈正確建模，構建正確的玉米秸稈虛擬模型，在仿真過程中具有重要意義。為此，通過離散梁法在ADAMS中構建玉米秸稈模型，定義相應的約束力，最終得出玉米收割機的設計和性能參數。

　　2分禾器的仿真分析

　　玉米收割機在工作時，分禾器主要作用是將玉米秸稈喂入夾持輸送機構，以便對玉米植株進行不對行收獲。所以，分禾器設計得是否合理，直接影響玉米收割機的工作性能。具體創建方法如下:1)在UG中建立的分禾器模型，以ParaSolid格式導入ADAMS中;2)為分禾器添加移動副;3)為分禾器設置初始速度，設定X方向初始速度為1．38m/s;4)為分禾器和玉米秸稈添加碰撞類型SolidToSolid;5)設置X軸正向為分禾器的前進方向，Y軸正向為垂直地面豎直向上的方向，Z軸負向為分禾器工作時玉米秸稈的水平彎曲方向，仿真秸稈在極限位置，仿真情況如圖1和圖2所示。

　　2．1玉米秸稈與分禾器作用運動學仿真

　　參考工作實際情況，設置分禾器距地面0．25m，仿真時間0．35s，選取玉米秸稈上1．025m處為平均結穗高度。當分禾器行進速度為1．38m/s時，玉米秸稈結穗點在分禾器作用下沿X軸、Y軸、Z軸方向上的位移仿真曲線如圖3、圖4和圖5所示。由圖3～圖5可知，結穗點在X軸方向上的彎曲量為0．16m;隨著秸稈的運動，結穗點在Y軸方向上距離地面高度逐漸減小，從離地1．025m下降到0．832m，降低了0．193m;玉米秸稈在分禾器接觸擠壓下，在Z軸負向上有橫向彎曲，最大位移為0．43m。經計算得，在XY平面內，玉米秸稈與垂直地面方向最大彎曲角度為10．9°;在YZ平面內，玉米秸稈與豎直方向的最大彎曲角度為27．3°。由此可知，玉米秸稈與豎直方向的最大合成夾角為28．8°。

　　2．2與分禾器作用的玉米秸稈動力學仿真

　　分禾器在與玉米秸稈的作用過程中的作用力以摩擦力為主。當分禾器行進速度為1．38m/s時，作用力仿真曲線如圖7所示。

　　3摘穗裝置的分析與仿真

　　3．1摘穗輥的建模

　　摘穗輥的兩個輥采用齒輪傳動，建模時對其進行簡化，然后導入ADAMS，再添加一些相應的約束之后就可以進行運動仿真分析。在安裝摘穗輥的時候，一要保證兩個齒輪的準確嚙合位置，二要考慮果穗在摘穗輥上停留時間盡量較短，從而減少果穗的損失。因此，安裝時設置兩個摘穗輥不在同一高度上，內側摘穗輥低于外側摘穗輥。構建的摘穗輥模型如圖8所示。

　　3．2摘穗輥運動學仿真

　　按照工作實際情況，選擇平均結穗高度在玉米秸稈上1．025mm處，設置X軸正向為機器的前進方向，速度為1．38m/s;Y軸正向為豎直向上的方向;Z軸為橫向。設置摘穗輥轉速為1000r/min，仿真時間0．8s，步數500，對摘穗輥工作過程進行仿真，研究摘穗輥與豎直面夾角分別為25°和30°工作時，摘穗輥運動過程中各種參數。圖9～圖12為摘穗輥與豎直面成30°時在摘穗輥作用下玉米秸稈結穗點處的位移、速度變化曲線;圖13～圖16為摘穗輥與豎直面成25°時在摘穗輥作用下玉米秸稈結穗點處的位移、速度變化曲線。

　　比較仿真結果可以看出，摘穗輥與豎直面夾角為30°時，其工作性能更加穩定。因此，設計的新型玉米收割機選擇其摘穗輥與豎直面成30°角。

　　4結語

　　通過對玉米收割機的主要部件構建三維模型，并進行動力學和運動學的仿真分析，可以得到收割機工作時的一系列運動參數，從而縮短收割機開發周期，降低研制成本，為其進一步優化設計提供參考。

　　參考文獻:

　　［1］賈長治．MDADAMS虛擬樣機從入門到精通［M］．北京:機械工業出版社，2010．

　　［2］陳德民．精通ADAMS2005/2007虛擬樣機技術［M］．北京:化學工業出版社，2010．

　　［3］胡珊珊．履帶式小型甘蔗收割機虛擬樣機仿真分析及試驗研究田［D］．南寧:廣西大學，2005．

　　［4］吳修遠，刁培松，于紅鵬，等．基于虛擬樣機技術的玉米收獲機分禾器仿真分析［J］．農業裝備與車輛工程，2009(1):31－33．

　　明哲