基于PRO/E和ADAMS的斜置旋耕机刀辊动平衡仿真试验分析

　　斜置旋耕机的刀辊在耕作时，由于刀盘安装的不对称和安装误差，会引起很大的动不平衡力矩，导致轴两端的轴承经常容易坏，机器不能正常工作。为此，利用参数化建模软件PRO/E和动力学仿真软件MSC.ADAMS，对不同相位角的斜置旋耕机刀辊进行了不同转速下的仿真试验对比分析。试验结果表明，转速和旋耕刀安装相位角的不同，对到刀辊的径向动不平衡量影响比较大;刀辊的轴向动不平衡量很小，说明刀辊在工作时几乎没有轴向扭动。

　　引言

　　斜置旋耕吸取了驱动圆盘犁滑动切削、撕裂土壤且圆盘另一侧为已耕土和切削功耗小的优点，采纳了铧式犁顺序切土和耕翻性能好的工作原理，并且保留了旋耕机碎土性能好、刀片用材比驱动圆盘犁少以及制造成本低的特点。刀辊的斜置产生两个结果:一是由于斜置旋耕刀切土时有一个沿刀辊轴向的相对速度，使土壤尽可能地毁于拉而避免毁于压;二是由于采用同向顺序切土，除第1列旋耕刀外，其它旋耕刀切土时减少了1个约束面，使土壤更容易破坏，由此达到旋耕节能降耗的目的。

　　斜置旋耕机的刀辊在耕作旋转时，由于刀盘安装的不对称和安装误差会，引起很大的动不平衡力矩，导致轴两端的轴承经常容易坏，机器不能正常工作，严重影响农忙时抢收抢播的进度。本论文通过旋转法，利用计算机仿真手段，对斜置旋耕机刀辊空转的动平衡问题进行了数值分析计算，为改进其动平衡状态提供了一种有效和可行的方案。

1、旋耕刀三维模型的建立

　　旋耕刀具有复杂的曲面形状，运用描点法或参数法建模难度较大且精确性不高，因此采用反求设计技术完成旋耕刀实体建模。反求设计技术(Reverse Engineering)即逆向工程，是以产品或设备的实物、软件(图纸、程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入地分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的先进产品的一门技术。

　　采用德国GOM公司的ATOS2扫描系统，对国标R245旋耕刀进行了三维扫描并反求重构，最终得到的旋耕刀重构模型曲面，如图1所示。

图1 在PRO/E中建立的旋耕刀三维模型

2、建立斜置旋耕刀辊模型

　　由于完全按照实际尺寸和形式绘制的模型在仿真分析时会需要大量的计算机内存，因此本文对刀辊进行了简化，采用了8把刀安装的刀辊。在建模过程中，简化了一些对仿真结果影响很小的零件，并对零件的一些细节进行修改，将零件分为刀辊、简化轴承Ⅰ和简化轴承Ⅱ。为了进行对比仿真试验，选取了两刀在同一列上相位角为180°，同一螺旋线线上分别为30°，60°和90°，如图2所示。

图2 同一螺旋线上相位角为30°刀辊安装图

　　与普通的旋耕机不同，由于有斜置刀辊的旋转角速度w，再加拖拉机组向前的运动速度v，使得旋耕刀的运动曲线不是简单的余摆线，而是变成了复杂的空间曲线，使刀辊的动平衡问题变得更加复杂。为了仿真计算的方便，在PRO/E中建立的简化的斜置旋耕机模型图，如图3所示。

图3 斜置旋耕机模型图

5、结语

　　本文通过反求技术在PRO/E中对旋耕刀进行了重构建模，建立了不同相位角的刀辊模型，导入到MSC.ADAMS中进行了不同工况下的动平衡分析。该技术可高效、方便地分析出在各种不同的工况下刀辊的动不平衡规律，得到一些具有广泛意义的结论，为刀辊的轴承设计计算提供了理论依据，节省了物理验的成本，指导了产品的实际设计。采用基于虚拟样机技术的方法，一方面可以减少针对刀辊惯性力计算的工作量，缩短刀辊平衡设计周期;另一方面，还可以得到刀辊平衡的更优化的设计结果，为动平衡以及减振研究提供了一种新的方法。