盧煜海，孟 強(qiáng)，畢 偉，李昊達(dá)，馬彥杰

(廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南寧 530004)

?

基于UG與Adams對高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真

盧煜海，孟 強(qiáng)，畢 偉，李昊達(dá)，馬彥杰

(廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南寧 530004)

對于甘蔗在運(yùn)輸上車目前均為人工作業(yè)，并應(yīng)對運(yùn)輸汽車的車廂底板高度不一的問題，提出一種甘蔗運(yùn)輸機(jī)用于實(shí)現(xiàn)甘蔗運(yùn)輸車的半機(jī)械、半人力作業(yè)。通過虛擬樣機(jī)Adams動態(tài)仿真，以及運(yùn)用MatLab對仿真結(jié)果進(jìn)行分析的方法，對甘蔗運(yùn)輸機(jī)工作可行性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，甘蔗運(yùn)輸機(jī)可以滿足農(nóng)民對甘蔗運(yùn)輸上車的要求。

高度可變；甘蔗；運(yùn)輸上車；仿真；Adams

0 引言

目前，農(nóng)民在甘蔗運(yùn)輸上車作業(yè)均為人工，不僅耗費(fèi)了不必要的人力，增加了運(yùn)輸?shù)某杀?，而且也加大了工作農(nóng)民的勞動強(qiáng)度，易引發(fā)各種并發(fā)癥，影響勞動工人的生活質(zhì)量。由于汽車噸位不一而導(dǎo)致的運(yùn)輸高度不一，難以實(shí)現(xiàn)良好的、可靠的機(jī)械工作性能，也是亟需解決的問題。

針對上述兩個(gè)問題，本文設(shè)計(jì)了高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)甘蔗運(yùn)輸上車的半機(jī)械、半人力操作，以減少人工的數(shù)量及工作強(qiáng)度，并良好地應(yīng)對運(yùn)輸汽車的車廂底板高度不一的問題。但是，盲目的依靠經(jīng)驗(yàn)和技巧對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，必定會造成不必要的材料和時(shí)間的損失。為此，本文運(yùn)用UG三維造型進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，并運(yùn)用虛擬樣機(jī)Adams進(jìn)行動態(tài)仿真并運(yùn)用MatLab對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出可靠運(yùn)行的高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)由4部分主成，分別為機(jī)架部分、動力傳輸部分、運(yùn)輸部分及高度調(diào)節(jié)部分。其三維造型圖紙如圖1所示。

1.2 高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)工作原理分析

高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)由電動機(jī)提供動力，通過變數(shù)器進(jìn)行速度與扭矩的調(diào)節(jié)；然后，通過鏈系結(jié)構(gòu)，將動力傳輸?shù)竭\(yùn)輸架上；最后，由運(yùn)輸架帶動甘蔗運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)甘蔗的運(yùn)輸上車。

1.底座機(jī)架 2.變速箱 3.電動機(jī) 4.運(yùn)輸支架 5.鏈條 6.鏈輪 7.支撐軸承 8.運(yùn)輸架 9、10.調(diào)劑絲杠 11.調(diào)節(jié)套筒

在設(shè)計(jì)過程中，考慮到各種運(yùn)輸汽車的車廂底板的高度不一致及甘蔗運(yùn)輸上車過程的摔傷問題，設(shè)計(jì)了由絲杠和調(diào)節(jié)套筒組成的高度調(diào)節(jié)裝置。該裝置由兩個(gè)反向的螺紋副組成，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套筒，使得調(diào)節(jié)絲桿從調(diào)節(jié)套筒內(nèi)伸出或縮進(jìn)，以達(dá)到調(diào)節(jié)高度的目的。

2 高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)動態(tài)仿真

將UG三維造型完成的模型導(dǎo)入到Adams虛擬樣機(jī)中，進(jìn)行動態(tài)仿真，目的在于是否存在機(jī)械運(yùn)動過程的零件干涉問題，并得出高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)兩種極限位置的運(yùn)輸架運(yùn)動軌跡及甘蔗的運(yùn)輸軌跡的相關(guān)數(shù)據(jù)，為高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)的工作性能分析做鋪墊。

Adams虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果表明：該機(jī)結(jié)構(gòu)可行，并得到相關(guān)數(shù)據(jù)。以運(yùn)輸最高點(diǎn)為例，此時(shí)運(yùn)輸支架為垂直狀態(tài)，其仿真模型如圖2所示。對于運(yùn)輸最低點(diǎn)，只需改變運(yùn)輸支架與地面法線的角度至30°即可。

圖2 高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)仿真圖

2.1 高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)位于高度最低時(shí)

經(jīng)過動態(tài)仿真后，對于甘蔗及運(yùn)輸架，得到其運(yùn)動過程中運(yùn)動軌跡的X、Y隨時(shí)間變化曲線及甘蔗與運(yùn)輸架接觸點(diǎn)力在X、Y上的力隨時(shí)間的變化的曲線，如圖3～圖8所示。

圖3 甘蔗運(yùn)動軌跡X坐標(biāo)圖

圖4 甘蔗運(yùn)動軌跡Y坐標(biāo)圖

圖5 運(yùn)輸架運(yùn)動軌跡X坐標(biāo)圖

圖6 運(yùn)輸架運(yùn)動軌跡Y坐標(biāo)圖

圖7 甘蔗與運(yùn)輸架接觸點(diǎn)力X方向圖

圖8 甘蔗與運(yùn)輸架接觸點(diǎn)力Y方向圖

2.2 高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)位于高度最高時(shí)

經(jīng)過動態(tài)仿真后，對于甘蔗以及運(yùn)輸架，得到其運(yùn)動過程中運(yùn)動軌跡的X、Y隨時(shí)間變化曲線以及甘蔗與運(yùn)輸架接觸點(diǎn)在X、Y方向的力隨時(shí)間變化的曲線，如圖9～圖14所示。

圖9 甘蔗運(yùn)動軌跡X坐標(biāo)圖

圖10 甘蔗運(yùn)動軌跡Y坐標(biāo)圖

圖11 運(yùn)輸架運(yùn)動軌跡Y坐標(biāo)圖

圖12 運(yùn)輸架運(yùn)動軌跡X坐標(biāo)圖

圖13 甘蔗與運(yùn)輸架接觸點(diǎn)力X方向圖

圖14 甘蔗與運(yùn)輸架接觸點(diǎn)力Y方向圖

3 甘蔗運(yùn)輸架仿真結(jié)果分析

經(jīng)過以上仿真可知：高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)運(yùn)動穩(wěn)定可靠性。以下將通過MatLab對仿真得到的相關(guān)軌跡進(jìn)行分析，以便分析高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)工作性能的可靠性。將Adams圖標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入MatLab，并進(jìn)行編程處理，可得到高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)的工作有效范圍圖，如圖15所示。

由圖15可知：其各曲線交點(diǎn)以下的甘蔗軌跡曲線，即為運(yùn)輸汽車車廂底板所在位置，可根據(jù)汽車車廂底板高度的不同而選取不同的底板與甘蔗運(yùn)動軌跡的交點(diǎn)；如地理位置所造成的高度變化超出單條軌跡可調(diào)節(jié)范圍時(shí)，可調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)器。由圖15可知：A,B 高度極限差值為8cm,以0.4的比例進(jìn)行還原可知，可變極限高度為20cm,最低交點(diǎn)到地面的高度設(shè)計(jì)為1.3m。由此可知，整體高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)可運(yùn)甘蔗高度范圍為1.3～1.5m。由于一般運(yùn)輸汽車車廂底板高度為1～1.3m，可知高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)工作可靠性良好。

4 實(shí)驗(yàn)及其效率測試

經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，試制了1臺高度可變式甘蔗運(yùn)輸機(jī)，并對其的運(yùn)輸能力及其運(yùn)輸效率進(jìn)行了測定?？勺兪礁收徇\(yùn)輸機(jī)的實(shí)物拍攝圖，如圖16所示。

-·-：最高位置時(shí)運(yùn)輸架運(yùn)動軌跡 - - -：最高位置時(shí)甘蔗運(yùn)動軌跡

圖16 實(shí)物圖

其相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 效率測試表

由表1可知：單次總最大載量為50kg，最大輸出效率為1.5kg/s。

試驗(yàn)表明：最大裝運(yùn)效率，可達(dá)到5.4t/h，就應(yīng)對現(xiàn)行的農(nóng)場生產(chǎn)和裝載效率來說，是可以達(dá)到所需的裝載目標(biāo)。同時(shí)，應(yīng)對大型農(nóng)場，可根據(jù)生產(chǎn)需要，改變其電動機(jī)規(guī)格和相應(yīng)的傳動系的結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可達(dá)到更高的生產(chǎn)效率與之相適應(yīng)。

5 結(jié)論

該高度可調(diào)式甘蔗運(yùn)輸機(jī)可實(shí)行甘蔗運(yùn)輸上車的半機(jī)械、半人力操作，減少的數(shù)量及工作強(qiáng)度，其工作高度范圍為1.3～1.5m，具有良好對地面高度不等以及車廂底板高度不等的適應(yīng)性，以及可靠的工作性能、就小型的高度可變式甘蔗運(yùn)輸機(jī)來說，最大裝運(yùn)效率來可達(dá)到5.4t/h，可良好地滿足現(xiàn)行的裝載效率。

[1] 張俊峰,李敬亞,張衍林,等.山地果園遙控單軌運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2012(2):90-95.

[2] 吳偉斌,趙奔,朱余清,等.丘陵山地果園運(yùn)輸機(jī)的研究進(jìn)展[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013(4):135-142.

[3] 歐陽玉，洪添勝，焦富，等.山地果園拆裝單向牽引式雙軌運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015(1):128-135.

[4] 吳偉斌,廖勁威,洪添勝,等.山地果園輪式運(yùn)輸機(jī)車架結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016(11):39-47.

[5] 龔志遠(yuǎn),李軼凡,劉燕德,等.山地果園軌道運(yùn)輸機(jī)的研究及其應(yīng)用進(jìn)展[J].食品與機(jī)械,2016(1):202-206.

[6] 李敬亞.山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)的研制[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[7] 孔德新.上山20°傾角混凝土皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[C]//河南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會.科技、工程與經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展—河南省第四屆青年學(xué)術(shù)年會論文集(上冊)，河南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會,2004.

Based on UG and Adams Simulation and Analysis of the Sugarcane Conveyor

Lu Yuhai, Meng Qiang, Bi Wei, Li Haoda, Ma Yanjie

(College of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004 , China)

For sugar cane and transportation are all artificial current problems, and to cope with the transportation vehicle platform floor height of the different problems, put forward in this paper a kind of sugar cane conveyor machine used to implement the sugar cane transport on machinery and manpower, and through the virtual prototype, Adams dynamic simulation and the method of using matleb analysis of simulation results, the feasibility analysis for sugarcane transport work.And from this article's final result, sugarcane conveyor can farmers on sugar cane transport on request.

height adjuutable； sugar cane； get in the car； transportation simulation

2016-07-18

廣西制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(1305109S03)；廣西大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410593052)

盧煜海(1970-)，女，廣西桂平人，講師，(E-mail)lyuhai@163.com。

S229+.1

A

1003-188X(2017)05-0052-05