基于UG与Adams对高度可调式甘蔗运输机的设计与仿真

卢煜海，孟 强，毕 伟，李昊达，马彦杰

(广西大学 机械工程学院，南宁 530004)



基于UG与Adams对高度可调式甘蔗运输机的设计与仿真

卢煜海，孟 强，毕 伟，李昊达，马彦杰

(广西大学 机械工程学院，南宁 530004)

对于甘蔗在运输上车目前均为人工作业，并应对运输汽车的车厢底板高度不一的问题，提出一种甘蔗运输机用于实现甘蔗运输车的半机械、半人力作业。通过虚拟样机Adams动态仿真，以及运用MatLab对仿真结果进行分析的方法，对甘蔗运输机工作可行性进行分析，结果表明，甘蔗运输机可以满足农民对甘蔗运输上车的要求。

高度可变；甘蔗；运输上车；仿真；Adams

0 引言

目前，农民在甘蔗运输上车作业均为人工，不仅耗费了不必要的人力，增加了运输的成本，而且也加大了工作农民的劳动强度，易引发各种并发症，影响劳动工人的生活质量。由于汽车吨位不一而导致的运输高度不一，难以实现良好的、可靠的机械工作性能，也是亟需解决的问题。

针对上述两个问题，本文设计了高度可调式甘蔗运输机，用于实现甘蔗运输上车的半机械、半人力操作，以减少人工的数量及工作强度，并良好地应对运输汽车的车厢底板高度不一的问题。但是，盲目的依靠经验和技巧对机械进行设计与制造，必定会造成不必要的材料和时间的损失。为此，本文运用UG三维造型进行结构设计与分析，并运用虚拟样机Adams进行动态仿真并运用MatLab对仿真结果进行分析，设计出可靠运行的高度可调式甘蔗运输机。

1 结构与工作原理

1.1 结构

高度可调式甘蔗运输机由4部分主成，分别为机架部分、动力传输部分、运输部分及高度调节部分。其三维造型图纸如图1所示。

1.2 高度可调式甘蔗运输机工作原理分析

高度可调式甘蔗运输机由电动机提供动力，通过变数器进行速度与扭矩的调节；然后，通过链系结构，将动力传输到运输架上；最后，由运输架带动甘蔗运动，实现甘蔗的运输上车。

1.底座机架 2.变速箱 3.电动机 4.运输支架 5.链条 6.链轮 7.支撑轴承 8.运输架 9、10.调剂丝杠 11.调节套筒

在设计过程中，考虑到各种运输汽车的车厢底板的高度不一致及甘蔗运输上车过程的摔伤问题，设计了由丝杠和调节套筒组成的高度调节装置。该装置由两个反向的螺纹副组成，通过旋转调节套筒，使得调节丝杆从调节套筒内伸出或缩进，以达到调节高度的目的。

2 高度可调式甘蔗运输机动态仿真

将UG三维造型完成的模型导入到Adams虚拟样机中，进行动态仿真，目的在于是否存在机械运动过程的零件干涉问题，并得出高度可调式甘蔗运输机两种极限位置的运输架运动轨迹及甘蔗的运输轨迹的相关数据，为高度可调式甘蔗运输机的工作性能分析做铺垫。

Adams虚拟样机仿真结果表明：该机结构可行，并得到相关数据。以运输最高点为例，此时运输支架为垂直状态，其仿真模型如图2所示。对于运输最低点，只需改变运输支架与地面法线的角度至30°即可。

图2 高度可调式甘蔗运输机仿真图

2.1 高度可调式甘蔗运输机位于高度最低时

经过动态仿真后，对于甘蔗及运输架，得到其运动过程中运动轨迹的X、Y随时间变化曲线及甘蔗与运输架接触点力在X、Y上的力随时间的变化的曲线，如图3～图8所示。

图3 甘蔗运动轨迹X坐标图

图4 甘蔗运动轨迹Y坐标图

图5 运输架运动轨迹X坐标图

图6 运输架运动轨迹Y坐标图

图7 甘蔗与运输架接触点力X方向图

图8 甘蔗与运输架接触点力Y方向图

2.2 高度可调式甘蔗运输机位于高度最高时

经过动态仿真后，对于甘蔗以及运输架，得到其运动过程中运动轨迹的X、Y随时间变化曲线以及甘蔗与运输架接触点在X、Y方向的力随时间变化的曲线，如图9～图14所示。

图9 甘蔗运动轨迹X坐标图

图10 甘蔗运动轨迹Y坐标图

图11 运输架运动轨迹Y坐标图

图12 运输架运动轨迹X坐标图

图13 甘蔗与运输架接触点力X方向图

图14 甘蔗与运输架接触点力Y方向图

3 甘蔗运输架仿真结果分析

经过以上仿真可知：高度可调式甘蔗运输机运动稳定可靠性。以下将通过MatLab对仿真得到的相关轨迹进行分析，以便分析高度可调式甘蔗运输机工作性能的可靠性。将Adams图标数据导入MatLab，并进行编程处理，可得到高度可调式甘蔗运输机的工作有效范围图，如图15所示。

由图15可知：其各曲线交点以下的甘蔗轨迹曲线，即为运输汽车车厢底板所在位置，可根据汽车车厢底板高度的不同而选取不同的底板与甘蔗运动轨迹的交点；如地理位置所造成的高度变化超出单条轨迹可调节范围时，可调节高度调节器。由图15可知：A,B 高度极限差值为8cm,以0.4的比例进行还原可知，可变极限高度为20cm,最低交点到地面的高度设计为1.3m。由此可知，整体高度可调式甘蔗运输机可运甘蔗高度范围为1.3～1.5m。由于一般运输汽车车厢底板高度为1～1.3m，可知高度可调式甘蔗运输机工作可靠性良好。

4 实验及其效率测试

经过严格设计参数的确定，试制了1台高度可变式甘蔗运输机，并对其的运输能力及其运输效率进行了测定。可变式甘蔗运输机的实物拍摄图，如图16所示。

-·-：最高位置时运输架运动轨迹 - - -：最高位置时甘蔗运动轨迹

图16 实物图

其相应试验数据如表1所示。

表1 效率测试表

由表1可知：单次总最大载量为50kg，最大输出效率为1.5kg/s。

试验表明：最大装运效率，可达到5.4t/h，就应对现行的农场生产和装载效率来说，是可以达到所需的装载目标。同时，应对大型农场，可根据生产需要，改变其电动机规格和相应的传动系的结构参数，就可达到更高的生产效率与之相适应。

5 结论

该高度可调式甘蔗运输机可实行甘蔗运输上车的半机械、半人力操作，减少的数量及工作强度，其工作高度范围为1.3～1.5m，具有良好对地面高度不等以及车厢底板高度不等的适应性，以及可靠的工作性能、就小型的高度可变式甘蔗运输机来说，最大装运效率来可达到5.4t/h，可良好地满足现行的装载效率。

[1] 张俊峰,李敬亚,张衍林,等.山地果园遥控单轨运输机设计[J].农业机械学报,2012(2):90-95.

[2] 吴伟斌,赵奔,朱余清,等.丘陵山地果园运输机的研究进展[J].华中农业大学学报,2013(4):135-142.

[3] 欧阳玉，洪添胜，焦富，等.山地果园拆装单向牵引式双轨运输机的设计[J].华中农业大学学报,2015(1):128-135.

[4] 吴伟斌,廖劲威,洪添胜,等.山地果园轮式运输机车架结构分析与优化[J].农业工程学报,2016(11):39-47.

[5] 龚志远,李轶凡,刘燕德,等.山地果园轨道运输机的研究及其应用进展[J].食品与机械,2016(1):202-206.

[6] 李敬亚.山地果园单轨运输机的研制[D].武汉：华中农业大学,2011.

[7] 孔德新.上山20°倾角混凝土皮带运输机设计与应用[C]//河南省科学技术协会.科技、工程与经济社会协调发展—河南省第四届青年学术年会论文集(上册)，河南省科学技术协会,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

广西制造系统与先进制造技术重点实验室项目(1305109S03)；广西大学国家级大学生创新创业训练计划项目(201410593052)

卢煜海(1970-)，女，广西桂平人，讲师，(E-mail)lyuhai@163.com。

S229+.1

A

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