２０１０年３月 农机化研究 第３期
一
种联合收割机割台升降装置的设计与研究
许兵宗，卢博友，卢军党
（西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌
７１２１００）
摘要：针对联合收割机割台升降液压缸的一些不足，设计了一种割台升降电动缸工作原理，对运动特性进行
分析。利用Ｐｒｏ／Ｅ和ＡＤＡＭＳ软件建立电动缸传动结构零部件和装配体的三维模型，进行运动分析，得出运动曲
线，为进一步设计和物理样机的性能预评估提供依据。运用ＡＮＳＹＳ软件，对割台升降电动缸传动部件进行有限 元模态分析，为抗振性研究提供理论依据。 关键词：联合收割机割台；升降电动缸；有限元 中图分类号：Ｓ２２５．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）０３－０１４０－０４
０ 引言
联合收割机在我国农业生产过程中具有重要的
作用，是农业机械中结构最为复杂、科技含量较高的 农机产品。由于联合收割机作业对象的时效性，在农 忙收割时，如遇到收割机因突发性故障的出现而被迫 停机检修的情况，不仅使收割机失去了最佳作业时 间，而且也给机手带来巨大的经济损失。联合收割机
１．前耳环
２．端盖
３．丝杠
４．套筒
５．缸体
工作环境恶劣，常常会导致液压系统在工作时出现故
障，而对于液压缸来说，油液的泄漏是最主要，也是最
６．电机７．螺母８．轴承９．齿轮减速器１０．后耳环
图１电动缸结构图（折返式）
频繁发生的故障之一＿ｌ Ｊ。
目前，割台升降装置主要使用液压缸来实现升降 功能。考虑到液压缸的漏油、维护不便等因素，可以
１．２运动特性
割台升降电动缸作为线性执行器，实现割台的升 降往复运动，主要技术指标有运动行程、线速度，位移 和加速度等。耳环与联合收割机铰连接，在有效工作 行程内的一次连续工作行程为
采用电动缸替代液压缸实现割台升降功能。
１ 割台升降电动缸传动结构设计
＝
１．１ 工作原理
割台升降电动缸实现将电机的回转运动转换为 丝杠副的直线往复运动。电动缸主要由丝杠副、减速
Ｊｃ ｎ・ｔ・Ｌｄ ＝ ＿ ・ ・ｄｔ（ｔ）
式中凡一丝杠转速；
￡一丝杠导程；
一
器、电机、承载套筒等组成，如图１所示。电机通过减 速器将扭矩传递于丝杠，丝杠副螺母做直线运动。套
减速器传动比； （ｔ）一电机角速度。
筒与螺母固连，套筒一端连接割台。螺母做往复直线 运动时，套筒推动割台同步做升降运动。根据电机与
丝杠主轴的安装位置，可以采用垂直式、折返式（丝杠 主轴与电机主轴平行）等形式。
将式（１）对时间求导，得二级电动缸的线速度，即
｝ ＝ｄｘ／ｄｔ＝
・ｔｏ（￡）・ｔ
（２）
对线速度求导，得出位移加速度表达式，即 ０＝ｄＶ／ｄｔ＝
・［口（ ）・ｔ＋ （ｆ）］
（３）
收稿日期：２００９—０５—２６
作者简介：许兵宗（１９８２一），男，甘肃民勤人，硕士研究生，（Ｅ—ｍａｉｌ）
ｘｂｚ１３２７＠１２６．ｃｏｍ。
式中。（ｔ）一电机回转角加速度。 １．３割台升降电动缸传动结构造型
此处主要对割台电动缸传动结构进行零件建模
通讯作者：卢博友（１９５０一），男，陕西礼泉人，教授，博士生导师，（Ｅ—
ｍａｉｌ）ｌｕｂｏｙｏｕ＠１６３．ｃｏｍ。
２０１０年３月 农机化研究 第３期
和装配。利用Ｐｒｏ／Ｅ特征选项中的拉伸、旋转、剪切、
侧固定部件距离小于或等于ａ以及与右侧固定部件
螺旋扫描等操作命令建立电动缸传动结构装置的零
距离小于或等于ｂ时，电动缸停止工作。在ＡＤＡＭＳ 部件及装配模型。电动缸传动结构造型（剖视与结构 中创建传感器对实际设计中的限位开关和位移反馈
外观），如图２所示。
进行仿真。
图４行程限位不恿图
２．３运动分析
丝杠设计导程为６ｍｍ，余程取２４ｍｍ。此处ａ，ｂ
（ａ）装配剖视图
均取为３０ｍｍ。设定ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ的ｅｎｄ ｔｉｍｅ为１００，电
机驱动为１２０ｄ：Ｉ：ｔｉｍｅ，在仿真时间为６２．８８ｓ时，仿真 停止，弹出信息：ＷＡＲＮＩＮＧ：Ｓｅｎｓｏｒ．ＭＰＲＯ—ｍｏｄｅ１．
ＳＥＮＳＯＲ
＿
２ ｈａｌｔｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｔ ｔｉｍｅ ６２．８８６ １２。位移
变化曲线如图５（ａ）所示。
ｎ ｕ Ｉ ５ ０ ２０ ０ ２５ ０
（ｂ）电动缸传动结构外观图
：： ： ： ：
图２电动缸传动结构造型
Ｐ舯
曲ｌ
２ 割台升降电动缸运动分析
运动分析在ＡＤＡＭＳ环境中进行，将定义了刚体
的Ｐｒｏ／Ｅ模型采用Ｐｒｏ／Ｅ与ＡＤＡＭＳ的无缝连接模块 （ １）ｌ２０ｄ＊ｔｉｍｅ位移曲线
（ｈ）传感器位移限位 恿
导人ＡＤＡＭＳ后 Ｊ，首先要添加约束和驱动。添加的
图５位移变化曲线（驱动１２０ｄ｛ｔｉｍｅ）
约束及其位置是否合理准确，直接影响到能否得出合
设定驱动函数为１０ ＳＩＮ（ｐｉ％ｔｉｍｅ／１０）。在ＡＤ—
理的仿真结果。 ＡＭｓ／ｐ０ｓｔｐｒ０ｃｅｓｏｒ中进行仿真结果分析。推力套筒位
２．１ 添加约束和驱动
移与速度结果如图６所示。根据设定的两个传感器，
定义缸体与大地之间为固定副（ｆｉｘｅｄ ｊ 