基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析[3D-UG]【28张CAD图纸和说明书】

摘 要

宽窄行插秧是由农艺专家提出的一种适合我国水稻种植要求的种植方式，该种植方式的目标是增加通风，减少病虫害，增加水稻产量。目前国内插秧机用分插机构都是等行距(30cm)形式，延吉插秧机制造有限公司和黑龙江农业机械研究所研制了一种宽窄行插机，采用等行距插秧用的曲柄摇杆式分插机构，只是在分插机构和秧箱的布置上做了一定的改进。实现了20cm-40cm的插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用20cm秧盘，与现有30cm秧盘不通用，机器不成熟，限制了机器的推广。另外，浙江理工大学赵匀等提出了多种行星轮系宽窄行分插机构，并进行了机构运动学的分析和参数优化。

宽窄行分插机构是宽窄行水稻插秧机的关键工作部件，其性能的优劣将直接影响水稻插秧质量、插秧机工作可靠性、使用寿命和插秧效率，直接决定插秧机的整体工作性能和品牌竞争力。因此，对宽窄行水稻插秧机分插机构进行运动学、动力学、强度方面的分析、研究，具有重大的现实意义和经济效益，对高速插秧机的发展，宽窄行分插机构的研制以及我国水稻种植机械化水平的提高具有重要的理论意义，同时还给零件的刚柔耦合分析提供了一种实现方法。

本课题以水稻插秧机宽窄行分插机构为研究对象，首先分析了分插机构在高速和低速运动下机座的受力变化情况，讨论了在多高的转速下需要考虑分插机构的不平衡现象，并通过在机构上增加配重来优化高速下机座受力变化幅度；其次将分插机构栽植臂壳体看作柔性体，对其在水稻插秧机分插机构工作过程中受到的应力、应变、位移进行了分析、研究，主要内容如下：

(1)实现UG与ADAMS的数据转换，实现虚拟样机的仿真；

(2)分析不同转速下机座受力；

(3)在ADAMS中进行动平衡研究；

(4)实现UG与ANSYS的数据转换，在ANSYS中生成取苗臂壳体中性文件；

(5)实现ADAMS与ANSYS的数据转换，在ADAMS中实现分插机构的刚柔耦合模型并进行仿真分析；

(6)仿真载荷文件的提取及在ANSYS环境下的取苗臂壳体强度分析；

关键词：宽窄行分插机构；动平衡；柔性体；ANSYS；ADAMS

Abstract

Wide-narrow distance planting is put forward by agricultural experts and is a cultivation mode suitable to China's rice planting requirements, the goal of this cropping system is to increase ventilation, reduce plant diseases and insect pests, increase the yield of rice. At present, domestic transplanter with mechanism are spaced (30cm), yanji transplanter manufacturing commpany and HeiLongJiang agricultural machinery have developed a wide-narrow distance transplating machine, adopting wide-narrow distance planting with the crank rocker mechanism, just do a certain improvement on the mechanism and the seedling box’s layout. Acheive the planting space of 20cm—40cm, but the seedling box fails to use effectively, especially using 20cm seedling box,which is not general using with the existing 30cm seedling box. Because machine is not mature, so it limit the promotion of the machine. In addition, Zhao Yun of ZheJiang Sci_Tech University put forward a variety of transplanting mechanism with planetary gear train spacing, and the analysis of kinematics and parameter optimization.

Wide-narrow distance transplating mechanism is the key part to the spacing of rice transplanter working parts, its quality performance will directly affect the quality of rice seedling transplanter, work reliability, service life and planting efficiency, the overall work performance and determine transplanter’s brand competitiveness. Therefore, the kinematics, dynamics, strength analysis and research for spacing rice transplanter mechanism has the significant practical significance and economic benefits, for the development of high-speed rice transplanter and that the development and the improvement of rice planting mechanization wide-narrow distance transplating mechanism in our country has important theoretical significance, it also provides an implementation method about the coupled analysis of part.

This reaserch object is about the rice transplanter wide-narrow distance transplating mechanism, firstly analyzes the stress of mechanism on high-speed and low-speed movement changes, discusses in how high speed we need to consider the mechanism imbalance, and optimization the variations in force through to add weight to the mechanism; Second regard the planting arm shell as flexible body, analysis and reaserch the stress, strain and displacement of rice transplanter mechanism in the process of working, the main content list as follows:

1) Realize the UG and ADAMS data conversion, and the simulation of virtual prototype;

2）Analysis of the chassis force in different speed;

3) Reaserch dynamic balancing in ADAMS;

4) Realize the UG and ANSYS data conversion, and generate the .mnf file;

5) To achieve data conversion of ADAMS and ANSYS, and realization the coupled model of the mechanism and the simulation analysis in ADAMS;

6) Extraction the load file of Simulation and take planting arm shell strength analysis in ANSYS;

Keywords: wide-narrow distance transplating mechanism；dynamic balance；flexible body；ANSYS；ADAMS

目  录

摘  要

Abstract

第一章  绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 行星系分插机构的研究现状 2

1.2.1 传统行星系分插机构 2

1.2.2 宽窄行行星系分插机构 4

1.3研究内容 5

1.4 课题的研究思路 6

1.4.1 联合仿真分析 6

第二章  UG三维建模及虚拟样机装配 8

2.1 虚拟样机技术 8

2.2 栽植臂装配图 8

2.3 UG建立分插机构虚拟样机的三维模型 9

2.4 ADAMS仿真步骤 11

2.4.1创建几何模型 11

2.4.2 创建约束和运动 11

2.4.3 施加力 12

2.4.4 添加驱动 12

2.4.5 仿真分析与结果后处理 13

2.5 建立分插机构虚拟样机 13

2.5.1 分插机构三维模型导入ADAMS 13

2.5.2 定义分插机构构件属性 14

2.5.3 添加运动副 15

2.5.4 施加载何及驱动 16

2.5.5 分插机构虚拟样机仿真 17

2.6 本章小结 19

第三章  基于ADAMS的配重研究 20

3.1 不同转速下支座力的研究 20

3.2 确定配重块位置 21

3.2 添加配重块 21

3.3 参数化配重块半径 21

3.4 设计研究 22

3.5 最优化求解 23

3.6 结果分析 23

3.7 本章小结 24

第四章  基于ANSYS和ADAMS的栽植臂壳体强度分析 25

4.1 ADAMS建立柔性体 25

4.1.1 离散柔性连接 25

4.1.2 利用有限元程序建立柔性体 25

4.1.3 利用ADAMS/AutoFlex创建柔性体 25

4.2 UG、ANSYS、ADAMS之间的数据转换 26

4.2.1 UG 与ANSYS之间的数据转换 26

4.2.2 UG与ADAMS之间的数据转换 26

4.2.3 ANSYS与ADAMS之间的数据转换 26

4.3 ANSYS生成模态中性文件 27

4.3.1 设置单位制 27

4.3.2 设定单元类型 27

4.3.3 定义材料属性 27

4.3.4 设置实常数 27

4.3.5 定义单元截面 28

4.3.6 划分网格 28

4.3.7 建立蜘蛛网模型 29

4.3.8 ANSYS生成柔性体中性文件 31

4.4 ADAMS生成载荷文件 31

4.4.1 替换刚性栽植臂壳体 31

4.4.2定义外部载荷 32

4.4.3 刚柔耦合模型运动仿真分析 32

4.4.4 输出载荷文件 33

4.5 栽植臂壳体强度分析 37

4.6 本章小结 39

第五章  总结与展望 40

5.1 总结 40

5.2 展望 40

参考文献 42

致谢 44

第一章  绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1 研究背景

   宽窄行插秧是由农艺专家提出的一种适合我国水稻种植要求的种植方式，该种植方式的目标是增加通风，减少病虫害，增加水稻产量。全中国水稻年产量达2000亿公斤，占世界产量的一半以上，平均单产是世界水平的1.6倍。水稻是我国主要粮食作物,在粮食安全中占有极其重要的地位。水稻常年种植面积约3000万公顷，占全国谷物种植面积的30％，世界水稻种植面积的20％；稻谷总产量近20000万吨，占全国粮食总产的40％，世界稻谷总产的35％；稻谷平均单产6.212吨／公顷，是单产最高的粮食作物。 但是我国水稻种植基本采用人工育秧、插秧、收获的“三弯腰”方式, 劳动强度大, 工作效率较低。我国虽在五六十年代就提出了水稻栽植机械化，但行动慢，步子小，进展不大。

据有关数据表明，水稻种植、收获两个环节实现机械化作业可分别减少劳动用工量40%和76%，大幅度提高工效；机械栽插比人工手插平均节约成本450元/公顷左右，提高单产375公斤/公顷以上；机械收获较人工收获节省成本300元/公顷。因此，提高水稻插秧机械化水平对我国只拥有7%的世界耕地却要养活22%世界人口的国家来说，具有重大的意义。

2013年农业部落实农业机械化发展目标任务，农业部要求，要积极争取各方支持，落实完善农机化发展扶持政策；加强农机与农艺、农机化与信息化融合，促进技术创新推广；大力推进农机社会化服务，加快发展农业生产全程和全面机械化。