切段式甘蔗联合收割机机架运动仿真分析

一、引言

    甘蔗含糖一般为14%左右，是制糖工业主要原料。近年来，由于甘蔗人工收获成本大幅上涨，生产成本不断增高，研究探讨甘蔗收获机械化技术对于我国甘蔗行业发展有着极其重要的意义。

    甘蔗作为一种多年生草本植物，如果宿根受到损伤或者破坏严重，则会大幅减少来年甘蔗宿根的发芽率。因此，机械化收获对甘蔗宿根破坏的情况对于来年甘蔗的产量影响很大，甘蔗机械化收获中所面临的一个难题即是如何降低甘蔗的宿根破头率。在多次甘蔗机械收获试验中发现，当收割机切割器进行入土切割——即切割器刀片以一定的线速度切入地面以下20～50mm对甘蔗进行切割的时候，对甘蔗宿根的损伤和破坏（主要是砍裂蔗头、损坏蔗芽）最小，且入土切割以后，会促使甘蔗宿根低位芽萌发，从而使宿根蔗粗壮、不易倒伏，提高甘蔗产量。

    广西农机院近年研发的4GZ 0180型切段式甘蔗联合收割机，其切割器固定在机架上，依靠左右前轮支撑油缸的伸缩来调整机架相对地面的高度，从而调整切割器刀盘相对地面的位置。

    本文以对切段式甘蔗联合收割机进行建模，运用模块对其切割器刀盘工作位置及相关零部件运动进行仿真分析，通过分析其仿真结果，对设计进行修正。

二、建立机架主体及切割器实体模型

    在中采用自底向上的设计方法对收割机的主体机架结构和切割器进行三维实体建模，并通过相应的装配关系将机架主体结构、支撑油缸、转向油缸以及切割器安装在一起，如图1所示。

三、仿真分析

    1.仿真目的

    下面以前轮支撑油缸升降的三个行程位置（最长、中位、最短）结合转向油缸的伸缩进行Motion分析仿真，主要目的是获取切割器刀盘的刀尖运动路径、相对地面高度，检查相应零部件干涉情况。

图1 检查相应零部件干涉情况

    2.仿真模型简化

    由于机架主体结构中上前轮、后轮都是左右结构对称，因此进行Motion仿真分析之前，先将模型简化，将与Motion仿真分析无关的部件以及标准件省略，并将机架右半侧进行压缩，对左半侧进行分析。

    3.仿真

    在中打开机架主体与切割器的装配体文件，并添加一个固定的ground零件作为地面，其余部件作为运动部件。