基于SolidWorks的压捆机六杆式压缩机构运动仿真

0 引言

    无论是设计新机械、还是利用现有机械或是作反求设计，对机构进行运动分析都是十分重要的。现代机械产品设计已逐步进入三维设计时代，众多优秀的三维CAD软件中，由于操作简单，使用方便，功能强大，得到了广泛应用。而Motion是一个与无缝集成的全功能运动仿真软件，内嵌ADAMS解算器，操作简单，可以对复杂机械系统或机构进行模拟装配、干涉分析、机械运动仿真，跟踪零件的运动轨迹，分析零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并将结果以动画、图形、表格等多种形式输出，以此来验证机构设计的合理性，指导修改零件的结构设计。

    1870年，美国人Dederic研制出了人类历史上第一台机械式固定牧草压捆机。压捆机解决了牧草收获中由于本身疏散造成收集、处理、贮存及运输困难的问题，已发展成为牧草收获的最重要、最普及的机械。其中，压缩机构是压捆机直接进行压缩工作的运动部件，压缩机构的设计很大程度决定了压捆机的性能以及最终产品的成捆密度。压捆机设计时必须对压缩机构的运动和受力状态进行分析和计算。压缩机构多采用四杆式曲柄滑块机构，也可以是六杆机构，其中六杆式压捆机需要配置的动力较四杆式的曲柄滑块机构小，具有省力的特点。为此，利用实现了六杆式压缩机构的三维实体造型、装配、机构运动仿真以及运动部件的干涉检查，旨在提高压捆机的工作性能，缩短设计周期，降低开发成本。

1 机构运动仿真方法

    利用进行机构运动仿真，为简单起见，可以在机构力学模型的基础上，根据机构运动简图建立实体模型，然后利用Motion插件进行运动分析。其操作步骤如下：①在中生成机构的三维实体模型（包括零件与装配体的模型）。②确保已激活Motion插件。此时由模型中的固定/浮动状态自动设置零件为静止或运动，由零件的装配方式自动设置约束类型。③将运动应用到零件。④运行模拟及生成可视化结果。⑤分析结果。

2 六杆式压缩机构力学模型

    压捆机工作时，通过输送喂入装置，把牧草喂入到压缩室，在压缩机构的作用下，活塞往复运动，对牧草提供压缩力，把牧草压成草捆，打结后推向压缩室出口。六杆式压缩机构简图如图1所示。其工作原理是：当曲柄1顺时针方向旋转，经过连杆2，4带动活塞5在机架上往复移动；杆件1，2，4及机架组成曲柄摇杆机构，推杆4分别连接在连杆2上铰链点C和活塞5的铰链点E处，推动活塞5在压缩室内往复运动，活塞右侧为牧草，活塞的往复直线运动实现对牧草的压实。工作时，曲柄1在动力机械的带动下以角速度ω顺时针匀速转动，对AB杆以B点为矩心考虑力矩平衡，因为AB长度大于BC的长度，故A点承受较小的力，就能对C点产生较大作用力。