本文探討了應用SolidWorks設計拋送式棉秸稈粉碎還田機相關內(nèi)容。

　　隨著科學技術的不斷進步，計算機的廣泛應用和設計方法的不斷更新，SolidWorks是一套應用在Windows系統(tǒng)下的3D實體模型構建軟件，它的三維設計功能強大，界面友好，能讓使用者以簡單的操作方式進行高效的產(chǎn)品設計²。其提供的基于特征選型的參數(shù)化造型功能，更是為開發(fā)者提供了良好的開發(fā)環(huán)境。在拋送式棉秸稈粉碎還田機的設計中也可以采用現(xiàn)代設計方法，從而實現(xiàn)快速、高效的設計與改進，計算機仿真已成為現(xiàn)在重要的科研手段，不僅在可行性論證、工程設計和尋求最佳方案等方面發(fā)揮著重要作用，而且可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高工作效率。

　　1整機機構仿真分析

　　虛擬樣機(Virtual Machine)技術指在制造第一臺物理樣機之前，以機械系統(tǒng)運動學、多體動力學、有限元分析和控制理論為核心，將產(chǎn)品各零件的設計和分析集成在一起，建立機械系統(tǒng)的數(shù)學模型，從而為產(chǎn)品的設計、研究、優(yōu)化提供基于計算機虛擬現(xiàn)實的研究平臺。因此虛擬樣機亦被稱為數(shù)學化功能樣機。

　　進行產(chǎn)品三維設計的同時，運用分析仿真軟件(CAE)對產(chǎn)品工作性能進行模擬仿真，發(fā)現(xiàn)設計缺陷，根據(jù)分析仿真結果，運用三維設計軟件對產(chǎn)品設計結構進行修改。重復上述仿真，找錯、修改的過程，不斷對產(chǎn)品社會計結構進行優(yōu)化，直至達到一定的設計要求。

　　1.1主要部件模型的建立

　　在對機具進行運動仿真之前，先進行其零件主模型的建立及整機虛擬裝配。利用機具的結構尺寸建立其主模型。秸稈粉碎還田及回收機采用由框架到零部件的裝配形式。整機的零件較多，為了使裝配緊湊，在組裝前，將某些相對固定配合在一起的零件先組裝成部件。在秸稈粉碎還田及回收機裝配過程中，有機架部件、動刀輥部件、懸掛架部件、限深輪部件、回收送料斗部件、軸承、皮帶輪等小零件。

　　1.2動態(tài)干涉檢查

　　運動仿真的一個重要的內(nèi)容就是進行零件之間的干涉檢查，對整體結構及尺寸進行檢查與驗證，使設計趨于合理。圖1為了分析秸稈粉碎還田及回收機主要工作部件動刀輥上甩刀運動軌跡及其與相關部件間的相對位置關系，通過SolidWorks軟件，對甩刀運動進行跟蹤分析，以便對甩刀在實際工作狀態(tài)中的運動軌跡進行分析研究。以動刀輥上甩刀為研究對象，對其在工作中的運動狀況進行跟蹤，顯示不同時刻甩刀運動位置的變化。通過分析甩刀在運動過程中的角加速度及角速度的運動曲線，就可以判斷出甩刀與粉碎室間及定刀是否發(fā)生了干涉，如果發(fā)生干涉可以迅速的查明甩刀和什么機構干涉，并做一調(diào)整。圖2

　　2動刀輥的運動仿真分析

　　2.1動刀輥的設置

　　為了研究動刀輥的動平衡問題，設置了一種動刀輥，對其進行運動仿真。由動刀輥的結構可知，由于機具動刀輥兩端軸承與機架相連，刀座固接在動刀輥上，可將其視為一體定義為一個構件。甩刀通過銷軸與刀座相連，并通過連接銷同刀軸一起轉(zhuǎn)動，故每一組甩刀、鉸鏈及其上連接螺栓可視為一個構件。圖3、圖4

　　2.2設置仿真參數(shù)

　　①創(chuàng)建運動副：運動副用來定義兩構件間的連接方式。由于機具動刀輥兩端軸承與機架相連，刀座固接在動刀輥上，可將其視為一體，且為固定件。該構件通過兩端軸承作勻速轉(zhuǎn)動，因而，在刀軸兩端分別設置兩個固定的轉(zhuǎn)動副，甩刀與銷子約束為同軸，有一個轉(zhuǎn)動副，并在其中一個轉(zhuǎn)動副的Motion Driver中填入相應的運動規(guī)律。該機構為加速一勻速轉(zhuǎn)動。采用0~2S為步進函數(shù)，從0加速到10 800 deg/s，2 S以后為衡速10 800 deg/s。圖5

　　②定義3D碰撞：甩刀與銷子約束為同軸，有一個轉(zhuǎn)動副，在COSMOSMotion界面，定義3D碰撞，選擇動刀輥為容器，將其余甩刀設為可與第一個容器中的動刀輥碰撞的零件。

　　③阻尼設置：對甩刀與銷子添加旋轉(zhuǎn)阻尼，可以在運動過程中逐步消耗能量，逐步降低運動的響應，對甩刀與銷軸的相對運動起反力。選擇第一個部件為甩刀，第二個部件為銷軸，選擇位置為甩刀與銷軸的接觸圓弧線，選擇方向為甩刀的側面。通常阻尼系數(shù)是剛度的0.1%～1%。現(xiàn)取50N-mm(see/deg)。

　　④重力設置：在參數(shù)預設置中，默認長度單位為°，時間單位為s，力的單位為N，重力加速度為-9 810mm/s2，方向沿z軸的負方向。

　　2.3動刀輥動平衡的校核

　　動刀輥兩端軸承受力結果為，到達1.6 S左右時動刀輥運動平衡，軸端所受力為自身的重力。當動刀輥轉(zhuǎn)動時，基本上滿足動平衡的要求。圖6

　　3甩刀的有限元分析

　　甩刀是棉稈粉碎機具的關鍵部件。由于刀輥做高速轉(zhuǎn)動n=1 800 r/min，并在旋轉(zhuǎn)過程中切割棉稈，所以甩刀切割作物時受到很大的沖擊載荷。在工作條件下，甩刀的強度、抗沖擊性、疲勞強度以及可靠性方面都有一定的要求。因此，對甩刀進行有限元分析，分析其在工作狀態(tài)下應力分布的狀況，是甩刀設計過程不可少的環(huán)節(jié)之一。

　　3.1甩刀的有限元計算結果

　　已知粉碎單株棉稈時所需剪切力的大小為6.5~19.9 MPa，可以將其做為參考。為增大安全性并選取其上限19.9 MPa為甩刀切割單株棉稈所受的力。對甩刀施加約束并在刀刃上施加F=19.9×πr*r=000 N的載荷(式中r為棉稈半徑)，隨后進行求解運算。圖7

　　在不同工況下，甩刀的應力分布及所受的最大應力。由此，可得當甩刀同時切割兩組棉稈時的甩刀所受應力最大，固選擇該種狀況下甩刀所受得最大應力進行甩刀的強度校核。圖7

　　由圖7可知該狀況下甩刀所受最大應力為：σmax=2.848*100000000n/m²

　　3.2甩刀的應力分析結果

　　①強度校核檢驗條件：[σ]> σmax;[σ]材料的許用應力，N/m²;σmax實際計算出的最大應力，N/m²

　　②計算結果

　　由上述應力計算結果可知，當同時切割兩組棉桿時，甩刀上所受應力最大。為安全起見以該情況下甩刀所受應力為甩刀應力校核的數(shù)據(jù)，校核過程及結果如下：

　　根據(jù)實際計算的應力結果：σmax =2.848*100000000 N/m²

　　甩刀許用應力為：[σ]=3.68*100000000N/m²，σmax。<[σ]

　　可見該機甩刀所受的最大應力遠小于材料的許用應力，因此此甩刀有足夠的穩(wěn)定性和強度。

　　4結論

　　利用SolidWorks軟件對機具進行了運動仿真，對其結構、尺寸進行檢驗與修改。運用SolidWorks中運動學及動力學處理方法，針對機具的機構動平衡，進行了相關分析與校核，以便為機具的設計提供一定的分析方法及驗證手段。

　　①通過對機具的整機裝配及仿真運動，對整體結構及尺寸進行檢查與驗證，使設計趨于合理。

　　②以Solidwo&s分析軟件為手段，在理淪分析的基礎上，通過運動學模擬及仿真，對甩刀排列不同的動刀輥進行動平衡測試，測試結果與理論分析基本符合，這有助于為機具的設計與分析提供新的方法。

　　③對甩刀進行有限元分析，根據(jù)實際運動狀態(tài)對甩刀進行有限元分析，經(jīng)驗證甩刀滿足秸稈粉碎使用要求。

　　此次運動仿真和有限元分析當中，沒有考慮到實際工況中的風阻及物料的對動刀輥的阻力，還有其它因素引起的變形、內(nèi)應力和強度以及材料的內(nèi)部缺陷等，所以計算的結果會有一定偏差，因此以上的分析結果和建議僅僅為實際設計和制造提供輔助手段。