牧草方形打捆機打結(jié)器的設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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- 1 - 目錄 1 前言 - 4 - 題研究的目的與意義 ........................................................................................... - 4 - 草打捆機打結(jié)器國內(nèi)外發(fā)展狀況 ...................................................................... - 5 - .................................................................................. - 5 - .................................................................................. - 5 - 計的主要內(nèi)容和任務 ........................................................................................... - 5 - 章小結(jié) ................................................................................................................... - 6 - 第二章 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的組成與虛擬樣機模型 ............................................. - 7 - 2 ． 1 D 型打結(jié)器部件 ................................................................................................... - 7 - 2 ． 1 ． 1 打結(jié)器部件 ........................................................................................... - 7 - 2 ． 2 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的機構(gòu)組成 ............................................................. - 8 - .......................................................................................... - 9 - ........................................................................................................... - 9 - ....................................................................................................... - 10 - ................................................................................................... - 11 - 2 ． 3 D 型打結(jié)器虛擬樣機模型 .............................................................................. - 12 - 章小結(jié) ............................................................................................................... - 14 - ...................................................................................... - 14 - 3 ． 1D 型打結(jié)器的結(jié)構(gòu)分析 .................................................................................. - 14 - 3 ． 1 ． 1 ．齒盤結(jié)構(gòu)分析 .............................................................................. - 14 - 3 ． 1 ． 2 割繩刀臂結(jié)構(gòu)分析 .......................................................................... - 15 - 3 ． 1 ． 3 夾繩盤 ............................................................................................... - 16 - 3 ． 2 仿人雙指打結(jié)器的結(jié)構(gòu)設計與參數(shù)優(yōu)化 ..................................................... - 16 - 3 ． 2 ． 1 錐齒輪設計 ....................................................................................... - 16 - 3 ． 2 ． 2 打結(jié)器支架的優(yōu)化設計 .................................................................. - 19 - 4 ． 2 ． 3 復合齒盤的優(yōu)化設計 ...................................................................... - 22 - 3 ． 2 ． 4 仿人雙指打結(jié)器裝配體模型 ......................................................... - 24 - 章小結(jié) ............................................................................................................... - 25 - .................................................................................................................................... - 26 - 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 摘要 受國家對農(nóng)業(yè)政策的傾斜和國際環(huán)境的影響，牧草正逐漸走向產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的道路。為了適應牧草產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的趨勢，牧草收割機械化就變的尤為重要，我國牧草機械起步晚，與國外產(chǎn)品有較大的差距，尤其是牧草打捆機大部分依賴進口，而牧草打捆機打結(jié)器必須依靠進口。進口配件存在周期長，費用高，更換不及時的缺點。 打結(jié)器國產(chǎn)化制造是我國牧草打捆機生產(chǎn)中至 今沒有得到解決的問題，以打結(jié)器國產(chǎn)化制造為目標，從方形打捆機打結(jié)器捆繩成結(jié)原理的分析出發(fā)，應用機構(gòu)創(chuàng)新方法提出新型捆繩打結(jié)結(jié)構(gòu)，具有重要的研究意義和巨大的應用價值 在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)：不同時期，不同品牌的打結(jié)器復雜程度和可靠性都存在差異。綜合各打結(jié)器的性能，挑選可靠的了 D 型打結(jié)器作為本課題國產(chǎn)化的對象。 針對調(diào)研過程有些部件容易損壞及其易損部位，結(jié)合打結(jié)器工作在低速的實際情況，課題對部分參數(shù)改進后所建部件的虛擬模型進行了結(jié)構(gòu)靜力分析和疲勞分析 , 分析結(jié)果能很好的溫合實際破壞情況，為以后參數(shù)的靈敏度分析和優(yōu)化 設計提供了方向。 本課題可以為打結(jié)器國產(chǎn)化提供一些借鑒和參考。 關鍵詞：牧草；打結(jié)器；結(jié)構(gòu)分析 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 of to is to is a on on is s of of of in in of of as of to of of in of be a of 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 前言 題 研 究 的 目 的 與 意 義 一個國家的畜產(chǎn)品人均消費量在很大程度上反映了該國人民生活水平的高低，從長遠 的觀點看，畜產(chǎn)品人均消費量的多少將會影響到整個民族的身體素質(zhì)。在丹麥，耕地 的 20% 直接用于種飼草；在美國，耕地的 28% 直接用于種飼草：在荷蘭，耕地用于種飼 草的比例更高達 52% 。在發(fā)達國家，約有 73% 的肉類由草轉(zhuǎn)化而來，例如美國和加拿大 兩個草業(yè)大國，年產(chǎn)草量均達 1 億噸，產(chǎn)值均超過 100 億美元。 [1] 據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有各類天然草地面積約 4 億公頃 [1]，在這 4 億公頃的草地種可利用的草地面積 約為 公頃，人均草地面積不到世界人均面漆的一半，但是我國草地面積卻是占農(nóng)牧業(yè)總面積的 30% 以上。由于自然和人為的原因，我國已有近 1 億公頃的草地退化，沙化或者堿化，而且草的質(zhì)量也在下降。 飼草產(chǎn)業(yè)作為一種低投入，高產(chǎn)出，且有利于生態(tài)良性循環(huán)的新型產(chǎn)業(yè)，它的經(jīng)濟效益十分顯著。有資料顯示，如果飼草的產(chǎn)值為 1 ，將飼草用于畜牧業(yè)，產(chǎn)值增加 3 ，其后的肉，奶，皮毛加工產(chǎn)值可達到 10。這是一個龐大的連鎖產(chǎn)業(yè)，飼草產(chǎn)業(yè)則是基礎。[1]我國經(jīng)過 20多年的改革開放，國民經(jīng)濟已進入一個平穩(wěn)，持續(xù)，快速發(fā)展的時期。隨著綜 合國力逐步增強和經(jīng)濟建設的步伐不斷加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正逐步得到優(yōu)化調(diào)整，畜牧業(yè)將成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化建設中的一項重要內(nèi)容，其在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中的比重越來越大。加之隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，草原建設，草原改良，退耕還草，生態(tài)恢復建設蓬勃興起。由此形成的牧草產(chǎn)業(yè)將成為集生態(tài)，經(jīng)濟和社會效益于一體的新型綜合性產(chǎn)業(yè)。 [2]因此發(fā)展飼草業(yè)，不僅可以滿足我國畜牧業(yè)發(fā)展的需要，而且可以成為國民經(jīng)濟的重要組成部分。 國外的牧草機械有技術(shù)含量高、工作效率高、作業(yè)質(zhì)量好、故障少、耗油小和 機動性好等優(yōu)勢。而我國在牧草打捆機的研究上還和 發(fā)達國家存在很大差距，國 內(nèi)目前的打捆機無論在數(shù)量上還是在質(zhì)量上都遠不能滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需要。在解 決飼料產(chǎn)業(yè)化問題上，打捆機是非常重要的工藝設備，提高國產(chǎn)打捆機的質(zhì)量，無疑會對飼料業(yè)的發(fā)展起到革命性作用，因此對打捆機性能方面的研究開發(fā)意義重大。 目前，國內(nèi)市場上未見性價比較好的國產(chǎn)產(chǎn)品，而進口產(chǎn)品價格都比較高，不適合 國內(nèi)的消費水平。所以，開發(fā)性能良好、自動化程度高且價格適中的國產(chǎn)打捆機將 是我國飼草商品生產(chǎn)的關鍵設備之一，對促進飼草產(chǎn)業(yè)化進程會起到舉足輕重的作 用。但由于其核心部件打結(jié)器結(jié)構(gòu)較復雜， 設計制造困難 ( 目前主要從國外進口 ) ， 造成方捆打捆機制造成本高，價格也較高，嚴重制約著我國牧草收獲。打結(jié)器成了 解決方捆打捆機制造成本的瓶頸問題。鑒于我國目前對打捆機打結(jié)器的研究狀況，我們首先要逐漸擺脫單純仿制模擬階段，逐步向系統(tǒng)理論階段發(fā)展，達到自行研制的水平。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 再逐步添加打結(jié)器的控制系統(tǒng)，增加人機對話界面，同時把一些新材料新成果運用上去，使之更安全，更可靠，更有效地工作。進而從基本理論，整機結(jié)構(gòu)和性能方面趕上或者超過世界先進水平，形成自主品牌的打捆機的核心部件一打結(jié)器。 草 打 捆 機 打 結(jié) 器 國 內(nèi) 外 發(fā) 展 狀況 結(jié)器的國外發(fā)展現(xiàn)狀 在飼草商品化生產(chǎn)過程中，首先遇到的問題就是草捆密度小，無論是存儲還是運輸都占用很大空間，使儲，運成本增加。因此根據(jù)實際需要，把飼草打成高密度的草捆后再存儲或者運輸是飼草產(chǎn)業(yè)化，商品化的重要一環(huán)。 飼草打捆機是將飼草壓實并捆成一定形狀的設備。打捆機的關鍵技術(shù)是捆繩的打結(jié)器及其傳 動機構(gòu)的協(xié)調(diào)性?，F(xiàn)在國外已經(jīng)有很多的專業(yè)廠家專門生產(chǎn)打結(jié)器。例如德國的拉斯佩公司專門生產(chǎn)打結(jié)器，其專業(yè)化程度高，質(zhì)量可靠，打結(jié)的成捆率在 99% 以上。年銷售收入在百 億美元級的約翰。迪爾公司，凱斯紐 荷蘭公司；年銷售收入在幾十億美元級的阿格科公司，久寶田公司，克拉斯公司；年銷售收入在幾億美元級的沙姆道依茲法爾公司，庫恩公司，格 蘭公司等都擁有自己的專利品牌的可靠的打結(jié)器。 [3] 結(jié)器的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 目前國內(nèi)還沒有專門的打結(jié)器生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)打捆機的廠家所用的打結(jié)器基本都從國外進口。國內(nèi)有些廠家現(xiàn)在也有開始仿制生產(chǎn)打結(jié)器的某些，但是僅僅停留在仿制實物結(jié)構(gòu)的階段，對各部件的運動分析和理論計算往往被忽略，目前國內(nèi)打結(jié)器上根本還沒有涉及有關電子監(jiān)測設備和人性化的設計 .[4] 計 的 主 要 內(nèi) 容 和 任 務 針對國產(chǎn)方捆打捆機研發(fā)中打結(jié)原理處于定性描述狀況、設計分析方法落 后和亟需打結(jié)器國產(chǎn)化制造的問題，本文進行了如下的研究工作，現(xiàn)概括如下： 1 ． D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的組成與虛擬樣機模型的建立 以苜邦 9入分析打結(jié)器及其輔助機 構(gòu)的組成，各機構(gòu)的工作原理和功能，通過測繪苜邦 9 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 的相關零件，可獲得大多數(shù)平面零件的圖紙，但是對于平面不規(guī)則零件，比如 凸輪、復合齒盤等復雜零件，傳統(tǒng)測繪誤差大。對于平面不規(guī)則零件，采用基 于圖像處理的提取零件輪廓 和安裝相位，進行零件的反求設計。對反求的打結(jié) 器及其附屬機構(gòu)建立其機構(gòu)的 檢查機構(gòu)的裝配干涉情 況． 2 ． D 型打結(jié)器的結(jié)構(gòu)改進與參數(shù)優(yōu)化 分析現(xiàn)有國外 D 型打結(jié)器結(jié)構(gòu)特點，進行結(jié)構(gòu)改進設計，解決現(xiàn)有 D 型打 結(jié)器基座 5 個軸孔成復雜異面空間角度而造成制造困難的問題，將基座軸孔的 異面結(jié)構(gòu)設計為平面結(jié)構(gòu)，利用上一步得出的各機構(gòu)相對位置，各執(zhí)行機構(gòu)的 動作時序，建立打結(jié)器機構(gòu)的角度關系模型，通過所得到的打結(jié)器機架上的打 結(jié)嘴、夾繩盤、割繩刀臂的動作的角度關系，設計出打結(jié)器機架五個軸孔角度 均為平面角的打結(jié)器，同時將復合齒盤上的斜齒錐齒輪設計成直齒錐齒輪。 對錐齒輪設計，打結(jié)器支架設計，打結(jié)嘴設計及對其的參數(shù)優(yōu)化來進一步研究仿人雙指打結(jié)器，建立仿人雙指打結(jié)器裝配體的模型。 本章在介紹了國外飼草收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，分析了 D 型打 結(jié)器結(jié)構(gòu)復雜難以制造的原因，指出了對國外 D 型打結(jié)器結(jié)構(gòu)進行改進研究的 必要性，并給出了本文的主要研究內(nèi)容及任務。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 第二章 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的組成與虛擬樣機模型 2 ． 1 D 型打結(jié)器部件 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)主要包括有送繩機構(gòu)、撥繩機構(gòu)、草捆長度控制 機構(gòu)、主軸離合器和打結(jié)器?，F(xiàn)分別介紹各機構(gòu)的組成和功能作用。 2 ． 1 ． 1 打結(jié)器部件 打結(jié)器部件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，為一空間復合傳動機構(gòu)。復合齒盤為精密 鑄造而成，盤面上設置徑向錯開的兩段不完全錐齒輪，一段為直齒錐齒輪，一 段為斜齒錐齒輪，兩錐齒輪齒數(shù)為 7 ，模數(shù)為 4 。在復合齒盤的輪轂與不完全錐 齒輪之間設置控制割繩刀架動作的凹槽凸輪。割繩刀架前端固定割刀，與打結(jié) 嘴弧形相切的位置具有脫繩的凹槽結(jié)構(gòu)，在割刀和脫繩凹槽之間具有導繩缺 口， 其功能是支撐割刀，起導繩、割繩和脫繩作用，在送繩階段引導捆繩搭在打結(jié) 嘴上，在脫繩階段，割斷捆繩，并強制將打結(jié)嘴上繩結(jié)脫掉。 打結(jié)器的動力由與打結(jié)器主軸固結(jié)的復合驅(qū)動齒盤輸入，分 3 條傳動路線 完成打結(jié)動作：一路是夾繩盤錐齒輪帶動蝸桿驅(qū)動與斜齒輪固連的夾繩盤夾繩， 一路驅(qū)動打結(jié)嘴錐齒輪帶動打結(jié)嘴繞繩打結(jié)，最后一路是齒盤凸輪形滑道驅(qū)動 割繩刀架完成拉緊、割繩、脫扣動作。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 ．復合驅(qū)動齒盤； 2 打結(jié)器支架； 3 ．夾繩盤錐齒輪； 4 斜齒輪； 5 ．蝸桿； 6 ．夾繩盤： 7 ．打結(jié)嘴； 8 ．鉤鉗； 9 巖 4 繩刀架； 10．打結(jié)嘴錐 齒輪 圖 1 打結(jié)器 2 ． 2 D 型 打 結(jié) 器 及 其 輔 助 機 構(gòu) 的 機 構(gòu) 組成 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)主要包括有送繩機構(gòu)、撥繩機構(gòu)、草捆長度控制 機構(gòu)、主軸離合器和打結(jié)器。通過測繪苜邦 9 8042型撿拾壓捆機上的相關零 件，可獲得大多數(shù)平面零件的圖紙，但是對于平面不規(guī)則零件，比如凸輪、復 合齒盤等復雜零件，傳統(tǒng)測繪誤差大。在此，對于平面不規(guī)則零件，采用基于 圖像處理的提取零件輪廓和安裝相位，進行零件的反求設計，可獲得比較滿意 的效果 。。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 捆長度控制機 構(gòu) 草捆長度控制機構(gòu)由圖 2 中構(gòu)件拉簧、支座、凸輪擋板、控制凸輪、凸輪 滾子、連桿、限位塊、外齒輪、內(nèi)弧形齒輪、計量輪組成，將草捆視作齒條， 草捆推動計量輪轉(zhuǎn)動，形成齒條齒輪傳動，那么該機構(gòu)為齒條齒輪傳動，內(nèi)弧 形齒輪機構(gòu) (8和 9)和擺動盤形凸輪機構(gòu) (4、 3 、 5 和 5)串聯(lián)而成。其作用是 控制草捆長度，其中限位塊可以用來調(diào)節(jié)草捆長度，當壓縮機構(gòu)推動秸稈往草 捆出口移動時，草捆推動計量輪轉(zhuǎn)動，與計量輪固連在一起的外齒輪轉(zhuǎn)動，帶 動內(nèi)弧形齒輪向上運動，外齒輪會嵌入內(nèi)弧形齒輪的豁口，此時凸輪擋板在拉 簧的拉力作用下繞 著支座的回轉(zhuǎn)中心逆時針轉(zhuǎn)動一個角度，主軸離合器脫離控 制擺桿的作用，離合器工作，控制凸輪與驅(qū)動主軸固連，打結(jié)器轉(zhuǎn)動時，推動 凸輪滾子移動，當移至凸輪遠行程時，內(nèi)弧形齒輪豁口脫離外齒輪，內(nèi)弧形齒 輪在重力作用下自然下落，限位擋塊會與外齒輪接觸，內(nèi)弧形齒輪停止下落， 并與外齒輪嚙合進入下一次草捆長度計量，如此往復。 1 ．拉簧； 2 ．支座； 3 ．凸輪手當板； 4 ．控制凸輪； 5 ．凸輪滾子； 6 ．連桿；7 ．限位塊； 8 ．夕 p 齒輪： 9 ．內(nèi)弧形齒輪； 10．計量棘輪 圖 2 草捆 長度控制機構(gòu) 繩機構(gòu) 撥繩機構(gòu)為一空間四連桿機構(gòu)，如圖 3 所示，其中曲柄 ，、 撥繩軸、擺桿是 焊合在一起的，轉(zhuǎn)軸套在機架上，可以自由轉(zhuǎn)動，拉桿一端通過連接銷軸與曲 柄連接，使之可以相互轉(zhuǎn)動，撥繩板通過螺栓軸與繞機身轉(zhuǎn)動達到撥繩的效果。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 撥繩動力由撥線凸輪推動焊接在撥繩軸上的驅(qū)動擺桿提供，撥繩凸輪與凸輪滾 子靠拉簧的拉力保持接觸。其中驅(qū)動撥桿桿長為 88桿長度為 285曲 柄長度為 88繩板兩回轉(zhuǎn)中心長度為 53線機構(gòu)的作用是撥繩板撥 動捆繩偏移一定位置，強制使捆繩進入夾繩盤豁口 位置，使之能夠順利被夾繩 盤夾持，同時使捆繩可靠地附著在打結(jié)嘴的表面，為順利繞繩做準備。 1 ．撥繩板； 2 ．螺栓軸： 3 ．拉簧； 4 ．拉桿； 5 ．連接銷軸； 6 ．曲柄； 7 ．撥繩軸； 8 ．驅(qū)動撥桿； 9 ．凸輪滾子 圖 3 撥線機構(gòu) 繩機構(gòu) 送繩機構(gòu)為一曲柄連桿機構(gòu)，如圖 4 所示，引針架、連接片通過焊接固連 在一起，起搖桿的作用，送繩針通過調(diào)節(jié)螺栓連接在引針架上，送繩針的姿態(tài) 可調(diào)，在引針架的軸套上設置了摩擦片，摩擦力的大小可由調(diào)節(jié)片進行調(diào)節(jié)， 設置摩擦 片的目的是為了防止送繩針機構(gòu)由于在自身自重的作用下發(fā)生運動而 影響整個機器的運行。曲柄通過鍵連接固結(jié)在主軸上，主軸驅(qū)動曲柄周轉(zhuǎn)，帶 動搖桿左右擺動使得送繩針上升和下降，從而送繩和回位，其中曲柄長度為 134 ． 5連桿長度為 372 ． 5搖桿長度為 165曲柄與擺桿的軸心距離 為 464 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 ．送繩針； 2 ．引針架； 3 ．連接片； 4 ．旋轉(zhuǎn)軸； 5 ．摩擦片； 6 ．調(diào)節(jié)片；7 ．連桿； 8 ．曲柄； 9 ．主軸 圖 4 送繩機構(gòu) 軸離合器 是用來離合動力傳遞給主軸的，它主要由離合擺桿、拉簧、離 合滾子、離合 楔塊、鏈輪座、離合控制凸輪、連接座、安全螺栓組成，其中拉 簧用于提供離合擺桿回位力的，楔塊與鏈輪座固連，連接座通過鍵連接在主軸 上，離合控制凸輪空套在主軸上，通過安全螺栓與安全螺栓固連，當主軸上的 打結(jié)器部件發(fā)生故障或過載時，安全螺栓被剪斷，起到安全保護的作用。離合 器的離合由凸輪擋板控制。工作時，凸輪擋板擋住離合擺桿，使得擺桿被頂起， 離合滾子同時被頂起越過離合楔塊，這樣離合器不結(jié)合，動力不傳遞至主軸， 當草捆計量機構(gòu)達到計量值后，凸輪擋板逆時針轉(zhuǎn)動一個角度，沒擋住離合擺 桿，在拉簧的拉力作用啦，離合擺桿 回位，離合滾子與離合楔塊結(jié)合，離合器開始工作傳遞動力 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 ．凸輪擋板； 2 ．離合擺桿； 3 ．拉簧； 4 ．離合滾子； 5 ．離合楔塊； 6 ．鏈輪座； 7 ．離合控制凸輪： 8 ．連接座； 9 ．安全螺栓 圖 5 主軸離合器 2 ． 3 D 型 打 結(jié) 器 虛 擬 樣 機 模 型 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的三維實體建模采用的是 件，采用 形內(nèi)核，有著全面的零件實體和裝配體建模功能，為用戶提供了豐 富的建模手段，本文采用由二維 紙導入 件快速恢 復 成三維圖形的方法，快捷、效率高。同時 供了卓有成效的高效、 方便的裝配體建模，通過同心、重合、距離、相切等約束工具建立裝配體模型。 分別建立撥繩機構(gòu)、送繩機構(gòu)、打結(jié)器、草捆控制機構(gòu)、離合器的配體模型， 持子裝配體，將上面所建立的子裝配體裝配成總裝圖，如圖 6a 和 6 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的裝配體模型。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 6 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的裝配體模型 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 本章以苜邦 9 8042型撿拾壓捆機為研究對象，分析了 D 型打結(jié)器及 其輔助機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 組成以及各機構(gòu)所執(zhí)行的功能。利用 數(shù)化建模軟件，結(jié)合實測參數(shù)設計了打結(jié)器支架、割繩刀臂等空間復雜零件。 3. 打結(jié)器的結(jié)構(gòu)設計與參數(shù)優(yōu)化 通過對國外 D 型打結(jié)器的仿真分析，分析打結(jié)器各機構(gòu)動作時序以及各構(gòu) 件結(jié)構(gòu)的在捆繩打結(jié)中所起的作用。本章在此基礎上改進了國外 D 型打結(jié)器的 結(jié)構(gòu)，進行新型打結(jié)器結(jié)構(gòu)設計與分析，解決了國外 D 型打結(jié)器機架五個軸孔 成復雜空間異面角度的問題，新打結(jié)器結(jié)構(gòu)各軸孔軸線在一系列相互平行的平 面上，期望改變國外 D 型打結(jié)器因結(jié)構(gòu)復雜而造成制造困難的狀況。 3 ． 1D 型打結(jié)器的結(jié)構(gòu)分析 由于國外 D 型打結(jié)器復雜的空間異面結(jié)構(gòu)，而打結(jié)器本身結(jié)構(gòu)精巧，各機 構(gòu)高度精準配合，各軸孔之間的角度需要嚴格保證才能使得打結(jié)器可靠的完成 打結(jié)動作，這就給打結(jié)器的加工制造造成了很大的麻煩，制造成本高且精度不 易保證本文擬在吃透國外 D 型打結(jié)器動作時序，打結(jié)器各部件結(jié)構(gòu)特點和用處 的基礎上對國外 D 型打結(jié)器進行結(jié)構(gòu)改進，使改進的打結(jié)器易于制造，加工精 度易于保證。 3 ． 1 ． 1 ． 齒 盤 結(jié) 構(gòu) 分 析 國外 D 型打結(jié)器的驅(qū)動齒盤如圖 7 所示，是一個復合零件。該齒盤由兩 段錐齒輪組成，其中一段錐齒輪是斜齒錐 齒輪，兩段錐齒輪之間的相位差為 55°，該相位差決定了夾繩盤和打結(jié)嘴動作之間的時序關系，齒盤內(nèi)圈為一內(nèi)凸 輪輪廓，與齒盤連接的外凸輪輪廓組成一凸輪滑道，當打結(jié)嘴完成繞繩、咬繩 動作后用于驅(qū)動割繩刀完成割繩脫繩動作，凸輪遠行程與直齒錐齒輪的相位差 為 116 °，該相位差決定了割繩刀臂在打結(jié)嘴動作后進行割繩脫繩動作的時序關系。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 7 齒盤結(jié)構(gòu)圖 3 ． 1 ． 2 割 繩 刀 臂 結(jié) 構(gòu) 分 析 打結(jié)器割繩刀臂的三維立體圖如圖 8 所示，為一不規(guī)則零件。割繩刀臂有 三個方面的作用，割繩刀 臂上裝一割繩刀用于割斷捆繩；割繩刀臂上的導繩槽 用于當送繩針將捆繩送到夾繩盤處后，由于捆繩有一定的負載，所以繩子在負 載力的作用下沿著導繩槽滑行至槽底，從而使捆繩可靠的搭在打結(jié)嘴上，為成 功打結(jié)做準備；強制脫扣缺口，當打結(jié)器完成繞繩后，將繩圈從打結(jié)嘴表面強 制脫下，并在脫扣的過程中使繩結(jié)拉緊，最終將繩子的一端從繩圈里掏出形成 一個繩結(jié)。 圖 8 割繩刀臂 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3 ． 1 ． 3 夾繩盤 夾繩盤的結(jié)構(gòu)如圖 9 所示，圓盤四周有四個夾繩缺口，當送繩針將捆繩送至其中一個缺口以后，夾 繩盤轉(zhuǎn)動將捆繩夾入與夾繩盤配套使用的夾繩片之間 的空隙，使捆繩牢牢的被夾住。 圖 9 夾繩盤 3 ． 2 仿人雙指打結(jié)器的結(jié)構(gòu)設計與參數(shù)優(yōu)化 國外 D 型打結(jié)器由于結(jié)構(gòu)復雜制造困難，基于此特點，改進型打結(jié)器要求 打結(jié)器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易成本較低，設計要求如下： 1 ．打結(jié)器兩對錐齒輪軸交角 E=90°。 2 ．復合齒盤兩段錐齒輪均為直齒錐齒輪。 3 ．打結(jié)器支架上 5 個軸孔的角度相互呈平面角度。 3 ． 2 ． 1 錐 齒 輪 設 計 1 ．打結(jié)嘴錐齒輪設計 已知的國外 D 型打結(jié)器打結(jié)嘴錐齒輪參數(shù)如下表 1 所示。 表 1 國外 D 型打結(jié)器打結(jié)錐齒輪參數(shù) 小齒輪理論齒數(shù) (大錐齒輪理論齒數(shù)（ m α Σ 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 8 56 4 20° 于采用不完全錐齒輪傳動，小錐齒輪有效齒數(shù)為和大錐齒輪有效齒數(shù)均為 7 個。 為了使打結(jié)器的各部件運轉(zhuǎn)時間相同所以改進的打結(jié)器結(jié)構(gòu)也應當有與國 外 D 型打結(jié)器相應的特性，根據(jù)結(jié)構(gòu)設計要求打結(jié)器打結(jié)嘴錐齒輪的參數(shù)如下表 2 所示。 表 2 設計的打結(jié)嘴錐齒輪基本參數(shù) 小齒輪理論齒數(shù)（ 大錐齒輪理論齒數(shù)（ m α Σ 8 56 4 20 ° 90 設計計算 (1) 小錐齒輪設計 傳動比： 78/56/ 21 ??? 小錐齒輪分度圓錐角： ???? o t1 a ? 大錐齒輪分度圓錐角： ???? 2 ?? 變位系數(shù)： 4 5 0 6.0]c o s/c o 21 ?? ??X 大端齒頂高 : )*( 11 ????? ）（大端齒根高： 1 9 *( 11 ???? 大端錐距： 11 ?? ?齒根角： ??? 6 1 a r c ta n ( 111 Rh 齒頂角： ??? 9 3 5 a r c ta n ( 111 th 頂錐角： ???? ?? 根錐角： ??? 11 ?? 大端分度圓齒厚： 592.7)ta 11 ??? ? 齒槽寬： 1 ?? (2) 大錐齒輪設計 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 變位系數(shù)： 2 ?? 大端齒頂高： 1 9 7 5 0 4)*( 22 ????? 大端齒跟高： *( 12 ???? 齒根高： ??? a r c ta n ( 122 Rh 齒頂高： ??? a r c ta n ( 122 Rh 頂錐角： ???? ?? 根錐角： ??? 22 ?? 2．夾繩錐齒輪設計 (1) 已知的國外 D 型打結(jié)器夾繩蝸桿錐齒輪參數(shù)如下表 3 所示 表 3 國外 D 型打結(jié)器夾繩齒輪 參數(shù) 小錐齒輪理論齒數(shù) (大錐齒輪理論齒數(shù)（ m α Σ 8 38 4 20° 了使打結(jié)器的各部件運轉(zhuǎn)時間相同所以改進的打結(jié)器結(jié)構(gòu)也應當有與國 外 D 型打結(jié)器相應的特性，根據(jù)結(jié)構(gòu)設計要求打結(jié)器夾繩錐齒輪的參數(shù)如下表 4 表 4 設計的打結(jié)器夾繩齒輪參數(shù) 小錐齒輪理論齒數(shù) (大錐齒輪理論齒數(shù)（ m α Σ 8 38 4 20° 90 設計計算： 傳動比： 8/ 21 ??? 小錐齒輪分度圓錐角： ???? 8 8 o t1 a ? 大錐齒輪分度圓錐角： ????? 11 2 ?? 變位系數(shù)： 4 3 9 6.0]c o s/c o 21 ?? ??X 大端齒頂高 : 4)*( 11 ????? 大端齒根高： *( 11 ???? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 大端錐距： 6 6 9 11 ?? ?齒根角： ??? a r c ta n ( 111 齒頂角： a r c ta n ( 111 ?? Rh 頂錐角： ???? ?? 根錐角： ??? 11 ?? 大端分度圓齒厚： 56.7)ta 11 ??? ? 齒槽寬： 511 ??? (2) 大錐齒輪設計 變位系數(shù)： ??? 大端齒頂高： 4)*( 22 ????? 大端齒跟高： 7 5 8 *( 12 ???? 齒根高： ??? 9 7 a r c ta n ( 122 Rh 齒頂高： ??? 6 5 a r c ta n ( 122 Rh 頂錐角： ???? 76 ?? 根錐角： ??? 22 ?? 3 ． 2 ． 2 打 結(jié) 器 支 架 的 優(yōu) 化 設 計 國外 D 型打結(jié)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、巧妙等眾多優(yōu)點，但是其軸孔復雜的空間 異面結(jié)構(gòu)給設計制造帶來不便。為優(yōu)化打結(jié)器結(jié)構(gòu)，從國外 D 型打結(jié)器的結(jié)構(gòu)特 點出發(fā)，設計結(jié)構(gòu)更為簡單的打結(jié)器。國外 D 型打結(jié)器各軸角度關系如下表 5 ： 表 5 國外 D 型打結(jié)器各軸孔夾角 投影面 軸交角 l ° 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 軸 1 和軸 2 軸 1 和軸 3 軸 1 和軸 4 軸 1 和軸 5 0 打結(jié)嘴軸孔和央繩盤蝸桿軸孔之間的夾角為 24°，打結(jié)器軸孔軸線與打結(jié) 器動力軸孔相交，而夾繩盤蝸桿軸孔與 Y 軸平行，與動力軸孔偏距為 22 所以夾繩盤蝸桿軸軸孔軸不通過軸線是為了打結(jié)嘴和夾繩盤之 間有足夠的間隙 用于割繩刀割繩，且使繩頭有足夠的長度使形成的繩結(jié)可靠，不至于脫落，另 個方面的原因就是夾繩片的安裝，如果蝸桿孔軸線通過動力軸孔軸線，且與打 結(jié)嘴軸孔線的夾角為 24°的話會造成夾繩盤片安裝產(chǎn)生干涉打結(jié)嘴軸孔和夾盤軸孔軸分別于動力軸孔軸在 面上的夾角分別為 80． 36°和 81． 12°， 之所以這樣是為了解決夾繩盤豁口與捆繩之間位置的問題，使得捆繩已送上來 就處于夾繩盤豁口里，確保夾繩成功，同時也解決了送繩針與打結(jié)器支架之間 的干涉問題。 通過前面 3 ． 2 ． 1 打結(jié)器各錐齒輪的設計得知打結(jié)嘴軸孔軸 和夾繩盤蝸桿軸 與打結(jié)器動力軸孔軸之間的夾角均為為 90°，且三軸孔軸線相交于一點，國外 D 型打結(jié)器打結(jié)嘴軸與夾繩盤蝸桿驅(qū)動軸之間的夾角為 23． 82°，夾繩盤軸與夾 繩盤蝸桿軸之間的夾角為 78． 18°，所以夾繩盤面與打結(jié)嘴軸之間的夾角為 12° ，如圖 6 a 所示。對國外 D 型打結(jié)器結(jié)構(gòu)的改進，由于驅(qū)動齒盤錐齒輪均為 直齒錐齒輪，所以央繩蝸桿軸要通過動力軸孔軸，為了使夾繩盤面與打結(jié)嘴軸 孔之間有足夠的空間所以改進型打結(jié)器機架上的打結(jié)嘴軸與夾繩蝸桿軸之間的 夾角應當適當增大，初步定打結(jié)器軸與夾繩蝸桿軸的夾角為 30°， 如圖 6b 所示，夾繩盤面與打結(jié)嘴之間的夾角不宜過大，過大的夾角會致使夾繩盤在夾 繩時，靠近打結(jié)嘴的夾繩盤面的豁口不能央到捆繩，參考國外 D 型打結(jié)器的夾 繩盤面與打結(jié)嘴軸之間的夾角，那么改進后的打結(jié)器支架夾繩盤軸與蝸桿軸之 間的央角為： θ =90 ° -(30°一α ) 式中：α =12 ° 所以θ =72 °，按照此參數(shù)建立打結(jié)器三維模型進行裝配發(fā)現(xiàn)，夾繩盤附件 與機架、夾繩盤、存在嚴重干涉且不可消除，所以以上按照國外 D 型打結(jié)器的 設計參數(shù)不能設計出結(jié)構(gòu)合理的打結(jié)器機架，參數(shù)調(diào)整，夾繩盤面與 打結(jié)嘴軸 之間的夾角不宜過大，首先調(diào)整參數(shù)α =14 °，那么θ =74 °，所設計的蝸桿導程 角為 15． 64°，所以修正秒θ =74 ． 36°，以此參數(shù)建模，裝配后裝配體存在干涉，通 過改進夾繩盤片結(jié)構(gòu)可以順利消除打結(jié)器裝配體的干涉，改進前后夾繩片的結(jié) 構(gòu)如下圖 10和 11所示， 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 a ．國外 D 型打結(jié)器在 面的角度關系 b．改進的打結(jié)器在 面的角度關系 1 ．夾繩蝸桿軸線； 2 ．打結(jié)嘴軸線； 3 ．夾繩盤軸線； 4 ．夾繩盤： 5 ．動力軸孔 圖 12打結(jié)器支架 軸孔角度圖 圖 13國外 D 型打結(jié)器夾繩片 圖 14改進后的夾繩片 ·夾繩蝸桿軸孔軸線、打結(jié)嘴軸線、夾繩盤軸線、割繩刀臂軸孔軸線與動力 軸孔軸線在 面投影的夾角均為 90°，據(jù)此建立的打結(jié)器支架的三維模型 如圖 4 ． 9 所示，以動力軸孔軸為 Z 軸，夾繩盤蝸桿軸孔軸為 Y 軸， z 軸 Y 軸交 點為 0 點， X 軸為通過 O 點且垂直于 面，支架各個軸孔參數(shù)見表 4 示，表 5 和表 6 的參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)改進的打結(jié)器結(jié)構(gòu)參數(shù)相對國外 D 型打結(jié)器支 架參數(shù)，結(jié)構(gòu)更為合理，易于制造。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 15改進的打結(jié)器支架三維圖 表 6 改進后的打結(jié)器支架軸孔夾角 投影面 軸交角 l ° 軸 1 和軸 2 軸 1 和軸 3 軸 1 和軸 4 軸 1 和軸 5 4 ． 2 ． 3 復 合 齒 盤 的 優(yōu) 化 設 計 由于支架結(jié)構(gòu)改進了，所以復合驅(qū)動齒盤的兩段錐齒輪之間的相位也有 所變化，如圖 16a 所示復合齒 盤外側(cè)錐齒輪第一個齒和內(nèi)測錐齒輪第一個 齒之間的相位差為 55° . 在此認為當齒盤上錐齒輪第一個輪齒與打結(jié)嘴或 蝸桿軸重合則認為傳動開始，如圖 16b 所示，夾繩盤驅(qū)動錐齒輪首先嚙合， 開始夾繩動作，此時打結(jié)嘴驅(qū)動大錐齒輪第一個齒與打結(jié)嘴轉(zhuǎn)軸之間的夾角 為 38° — 24° =14 °，所以在復合驅(qū)動齒盤設計時，兩段錐齒輪之間的夾角要遵 循國外復合齒盤的相位關系，如圖 17 所示，齒盤上兩段錐齒輪夾角： α =30 ° +14 ° =44 ° 根據(jù)上面的齒盤相位關系，建立改進的復合齒盤三維模型，如圖18所示。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 a 重合前位置 1 ．打結(jié)嘴人錐齒輪第一個齒， 2 ．夾繩盤人錐齒輪第一個齒， 3 ．打結(jié)嘴軸， 4 ．蝸桿軸 圖 16齒盤打結(jié)器軸位置角度關系 a 重合前位置 b 重合后位置 1 ．打結(jié)嘴人錐齒輪第一個齒， 2 ．夾繩盤大錐齒輪第一個齒， 3 ．打結(jié)嘴軸， 4 ．蝸桿軸 圖 17 齒盤打結(jié)器軸位置角度關系 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 18復合齒盤三維圖 3 ． 2 ． 3 打結(jié)嘴的設計 國外 D 型打結(jié)器由于兩對錐齒輪之間的軸交角大于 90°，所以打結(jié)嘴有個翹 的姿態(tài)如圖 16所示，這樣打結(jié)嘴在搭繩方面比較可靠且送繩針可以避免與機架 產(chǎn)生干涉。結(jié)構(gòu)改進的打結(jié)器為了滿足搭繩的需要將打結(jié)嘴結(jié)構(gòu)作了一些改變， 使得打結(jié)嘴更長些，這樣捆繩可以比較可靠的搭在打結(jié)嘴上，如圖 17所示。 圖 19國外 D 型打結(jié)器裝配圖 圖 20 改進的打結(jié)嘴結(jié)構(gòu) 3 ． 2 ． 4 仿 人 雙 指 打 結(jié) 器 裝 配 體 模 型 通過上面計算設計，改進了打結(jié)器相關部件，使其更加有利于實現(xiàn)制造降 低生產(chǎn)成本，通過 i 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 21 改進的打結(jié)器的裝配體模型 在充分分析國外 D 型打結(jié)器結(jié)構(gòu)特點的基礎上，提出打結(jié)器結(jié)構(gòu)改進方案， 優(yōu)化其結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過設計計算將打結(jié)器的錐齒輪設計為直齒錐齒輪，將打結(jié) 器支架的空間異面結(jié)構(gòu)改進成可用一系列平行平面包括進去的平面結(jié)構(gòu)，簡化 了打結(jié)器支架的結(jié)構(gòu)，降低了打結(jié)器支架的制造難度。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4. 結(jié)論 牧草撿拾壓捆機的設計、生產(chǎn)和使用必須保證其作業(yè)安全可靠，各機構(gòu)動 作時序不可紊亂并且有著可靠的工作性能，打結(jié)成功率高的指標。牧草撿拾壓 捆機在國外經(jīng)過多年的發(fā)展形成了各種類型的產(chǎn)品，有小方捆、大方困以及圓 捆，各大農(nóng)機公司的產(chǎn)品也各成體系，各類機型自動化程度也越來越高，可靠 性、打結(jié)成功率也不斷提高其中打結(jié)成功率達到 99％。國外關于撿拾打捆機的 研究已趨于成熟，尤其是打結(jié)器部件經(jīng)過幾十年的發(fā)展，相關設計制造技術(shù)已 相當成熟 。國內(nèi)由于設計制造基礎相對薄弱，打結(jié)器的國產(chǎn)化制造一直是我國 撿拾壓捆機生產(chǎn)中沒有解決的問題。 對 D 型打結(jié)器及其輔 助機構(gòu)的不規(guī)則平面零件進行圖像反求設計和空間零件的三維建模，在 建立 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的 3示了 D 型打結(jié)器的成結(jié)原理。樣機動作試驗 表明反求的 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)模型準確，運動仿真正確再現(xiàn)了捆扎打結(jié) 要求的預定動作過程，為 D 型打結(jié)器及其輔助機構(gòu)的優(yōu)化設計和國產(chǎn)化制造提 供依據(jù)和參考。 (2) ．通過分析國外 D 型打結(jié)器打結(jié)原理和結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化打結(jié) 器及其輔 助機構(gòu)的動作時序，提出了仿人雙指打結(jié)器。按照打結(jié)器的角度模型，利用 件建立了仿人雙指打結(jié)器的三維裝配體模型，對打結(jié)器支架和復 合驅(qū)動齒盤等主要零件進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，使進口打結(jié)器支架的復雜空間異 面結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，解決了國外打結(jié)器支架上 5 個軸孔成異面空間角而造成加 工制造困難的問題，改進的打結(jié)器制造精