清鈴機傳動系統設計與仿真

黃 帥，袁逸萍，孫文磊，黃少華，劉國浩

（新疆大學 機械工程學院，烏魯木齊 830008）

清鈴機傳動系統設計與仿真

黃 帥，袁逸萍，孫文磊，黃少華，劉國浩

（新疆大學 機械工程學院，烏魯木齊 830008）

0 引言

新疆是我國三大棉花產區之一，但棉花采摘多以手工為主。我國投入使用的采棉機普遍是摘錠式，且新疆生產建設兵團已提出在十一五末機采棉面積將占其種植面積80%的目標[1]。2006年阿根廷Dolbi農機公司成功研制出梳指式采棉機，該機結構簡單、成本較低、采摘時不受株距限制，所以梳指式采棉機的研究前景廣闊。清鈴機是梳指式采棉機的重要組成部分，它的工作性能直接影響到整機的各項工作指標。現主要研究的有FS4M—2P軟摘錠采棉機[2]；刮板毛刷式采棉機[3]；棉花和雜質相分離的軟摘錠采棉機六輥清雜裝置[4]等。

1 清鈴機的組成工作原理

梳指式采棉機[5]由采摘頭、清鈴機、集棉箱、配套拖拉機及其連接附件等幾部分組成，整機動力由配套拖拉機提供，棉花采摘由采摘臺完成，采摘臺與清鈴機之間有輸送棉花的管道相連，清鈴機的風機在工作時，輸送管道靠近采摘臺一端形成負壓，將采摘的棉花吸入清鈴機中。在清鈴機的進棉通道內自上而下安裝有轉網、閉風器、開松輥、刺條輥、撥棉輥、回收輥、清雜輥和排棉絞龍。清鈴機結構如圖1所示。

圖1 清鈴機結構示意圖

輸送系統將棉鈴輸送至清鈴機頂部后，首先經過開松輥的敲打，使棉鈴松散，之后落入刺條輥，由于刺條的鉤拉，將棉花纏繞在刺條輥上，刺條輥纏繞棉花并將雜質通過格條柵去除，剩余的棉鈴以類似的方式經過回收輥進行處理，干凈的棉花就纏繞在回收輥上，在與二者相切的位置上安裝高速旋轉的撥棉輥，它的速度大于刺條輥和回收輥的速度，且方向相同，撥棉輥取下的棉花經過釘輥，在釘輥旋轉的過程中，將撥棉輥甩出的籽棉再次拋甩，籽棉在被拋甩的過程中，籽棉的棉葉、棉枝、沙子等雜質就會再次分離，最后落入柵格板，從柵格中分出，然后通過螺旋輸棉絞龍輸送到出口，最后由風機將棉花吹入集棉箱。

2 清鈴機傳動傳動系統設計

清鈴機的動力來源于配套拖拉機，拖拉機的柴油機輸出轉速大約為760，經減速至120 左右時輸入清鈴機的排棉絞龍，然后經過一系列的傳遞至風機部位。由于皮帶和鏈傳動具有結構簡單，噪聲小，調節和安裝比較容易，且農用機械要求較低成本和適應較惡劣工作環境，所以傳動系統均采用帶傳動。要求皮帶的安裝位置要準確，偏差不應超3mm，皮帶安裝不應打滑，在皮帶運動部位要有安全防護措施[6]。清鈴機的傳動示意圖如圖2所示，各參數如表1所示。

圖2 清鈴機傳動示意圖表

3 基于Adams的運動仿真

3.1 基于Pro/E清鈴機整機建模

在Adams軟件中運動仿真，首先要建立三維模型。模型建立一般有兩種方法：一種方法是在Adams – View模塊中直接建模；另一種方法是在其他三維軟件中建好模型后導入Adams軟件中。此處采用的是第二種方法，建模時運用的是Pro/E軟件。

在Pro/E軟件中建好清鈴機整機的三維模型后，將其保存為“x-t”格式并存于全英文目錄下，用Adams軟件中的“Import”命令將模型導入Adams軟件中，便可進行運動學仿真的相關工作。建好的清鈴機整機傳動三維模型如圖4所示。

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圖3 清鈴機整機傳動三維模型

3.2 基于Adams的運動學仿真

將模型導入后，對刺條輥、撥棉輥、回收輥三者在Adams軟件中進行添加運動副，然后進行運動學仿真。在對模型進行仿真的過程中，ADAMS/View自動計算模型的運動特性，如：距離、速度信息等。使用ADAMS/View可以測量這些信息以及模型中物體的其它信息。圖4分別是刺條輥、撥棉輥、回收輥的速度，加速度，角速度，角加速度等數據：

由以上曲線的變化趨勢可得出以下的一些結論：

圖4 運動仿真所得相關數據

1）刺條棍和回收棍的速度、加速度（圖4a,e）變化趨勢基本一致，可推知它們的受力狀況基本相似，其原因是它們的功能相同，都是將棉鈴的棉殼打碎，并收集棉花纖維。

2）撥棉棍的速度和加速度（圖4-c）剛開始時與刺條棍和回收棍的變化趨勢不同（撥棉棍的加速度剛開始無變化趨勢），原因是剛開始工作時，刺條棍和回收棍上沒有纏繞棉花，撥棉棍不工作。

3）撥棉棍的角加速度（圖4-d）后面部分與刺條棍和回收棍的變化趨勢不同（刺條棍和回收棍在震蕩，而撥棉棍的角加速度為0），原因是刺條棍和回收棍上棉花層較薄時，撥棉棍不能將棉花刮下來，撥棉棍處于不工作狀態，所以受力為零，角加速度也為零。

4）三者所測的角加速度變化頻率較大，可知工作時受力情況較復雜，原因可能為棉花輸入時不均勻。

5）三者的角加速度變化范圍較小，可知力的變化范圍較小，原因是棉花的密度較小。

由以上的數據可知，工作時的速度等參數滿足設計要求。由分析可知，清鈴機的核心部件刺條輥、撥棉輥、回收輥雖然受力狀況復雜，但受力變化范圍較小，所以其結構不再進行特殊設計或改進，按現有結構即可滿足工作要求。

4 結論

本文通過對清鈴機的組成，工作原理，傳動系統設計以及建模和仿真，對清鈴機進行了深入的研究，并通過計算驗證了所設計的傳動系統，通過仿真驗證了整機的設計并獲得了在虛擬環境下清鈴機工作時的數據，由數據可得出結論，所設計的結構可滿足清鈴機的工作要求。

[1]陳發,閻紅山,王學農,薛理.棉花現代生產機械化技術與裝備[M].新疆:新疆科學出版社,2008.

[2]趙巖,王維新,等.FS4M一2R滾筒式軟摘錠采棉機的設計[J].新疆農機化,2008(5):13-14.

[3]楊懷君,周亞立,劉向新,等.刮板毛刷式采棉機采摘部件的研究[J].農機化研究,2010.3(3):49-53.

[4]賈順寧,王維新,張宏文.軟摘錠采棉機清雜裝置的設計[J].農機化研究,2009,12:114 -117.

[5]董偉.梳指式采棉機關鍵技術與研究[D].2006.

[6]仇建龍.采棉機的工作原理及設備選用[J].機械研究與應用,2008,21(1):114-116.

Design and simulation of qing-ling machine driving system

HUANG Shuai, YUAN Yi-ping, SUN Wen-lei, HUANG Shao-hua, LIU Guo-hao

針對梳指式采棉機在我國的技術還不是很成熟，而且目前機采棉清鈴效率不夠高的問題，本

文對梳指式采棉機的清鈴機部分工作原理進行深入研究，并對其傳動系統進行詳細設計和驗證。采用Pro/E對清鈴機整機三維建模，利用ADAMS對清鈴機進行運動學仿真，并利用仿真結果驗證是否符合設計要求，為更深入的研究提供相關數據。

梳指式采棉機；清鈴機；傳動系統；仿真

黃帥（1987 -），男，四川南充人，本科，研究方向為數字化樣機的建模與仿真。

TP391

A

1009-0134(2011)4(上)-0089-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).28

2010-10-12