基于SolidWorks的残膜清理滚筒的运动仿真

0 引言

    地膜覆盖栽培技术具有增温保墒、抑制杂草、促进成熟和农业增产等优点；但农用地膜主要由成聚乙烯制作而成，在自然条件下极难降解，可在土壤中存留300-400年，严重影响农业生产。因此，治理农田“白色污染”和保护农田的生态环境是地膜覆盖技术持续发展的关键所在。弧线往复式挑膜滚筒是新疆农业科学院农业机械化研究所研制的1JSM-1800型棉秸秆还田及残膜回收联合作业机中典型的地膜捡拾机构，运用SolidWorks软件对其关键部件滚筒进行运动仿真，分析挑膜齿运动轨迹及挑膜滚筒各运动参数，并讨论残膜捡拾效果的各个影响因素，为残膜回收机的优化设计提供理论依据。

1 SolidWorks Motion概述

    SolidWorks Motion是集成在SolidWorks三维CAD软件里的一个虚拟原型机仿真工具，可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学分析，得出系统中各个零件的速度、位移、加速度和受力等运动情况。

    机构问题是SolidWorks Motion的重点，机构是实现运动传递和力转换的机械装置。运动仿真是利用计算机模拟机构的运动状态和动力学状态。

    以下5种要素决定了机构的运动：各连杆之间的配合、部件的质量和惯性属性、受力、动力源和时间。

2 弧线往复式挑膜滚筒的工作原理

    如图1所示，滚筒主要由滚筒壁、凸轮盘(2组)、凸轮轴及挑膜齿组等构成。工作时，滚筒骨架由链轮驱动，绕着与机架固联的凸轮轴转动，挑膜齿组上的滚环在凸轮滑道中滚动，从而带动整个挑膜齿组作往复式旋转运动。凸轮中心与滚筒中心存在偏心距，运动时挑膜齿伸出用于捡膜挑膜齿缩回用于脱膜。

    图1 基于SolidWorks建立的滚筒三维结构模型

3 弧线往复式挑膜滚筒的三维建模

    进行运动仿真时，首先要完成弧线往复式挑膜滚筒的三维建模；为了节省计算机资源和提高运算度，要将模型做简化处理，如简化零件模型、去掉无关零件等。至于如何建立模型、简化模型以及装配，这里就不逐一赘述。由于凸轮盘的建模影响到整个运动仿真，因此只对滚筒的关键零件凸轮盘的建模进行详细介绍。

3．1 凸轮盘的建模

    零件建模一般过程：草图绘制—实体建模—特征操作—完成建模。凸轮盘的建模也一样，但是为了完成后续运动仿真中凸轮配合，必须要对凸轮的内槽面草图（见图2)进行缝合处理，步骤如下：

    1)如图1所示，选择样条曲线图标下的套合样条曲线命令。

    2)顺序选择1、2、3、4等4根圆弧。

    3)点击确定后，便形成了一根无断点的连续的闭合曲线。同理，选择环形内部的4根圆弧，将其套合成为1根无断点的连续的闭合曲线。

    图2 凸轮盘内槽面草图

    注意:不可退出草图拉升实体。在建模过程中，发现退出草图后拉伸实体总是不成功，而不退出草图拉伸，便成功拉伸实体。