基于刚柔接触动力学的打结器设计方法与打结试验研究

发布时间：2020-07-14 09:58

【摘要】：针对打结器结构改进或参数调整后在设计阶段难以评判优劣而增加制造投入风险的问题,提出了一种基于刚柔接触动力学的打结器虚拟打结方法。利用设计的打结器性能检测与可靠性试验台对双齿盘驱动打结器设计的正确性进行试验验证和动力学分析。本文的主要研究内容包括:1)基于刚柔接触动力学的打结器设计方法研究以双齿盘驱动打结器为原型建立打结器虚拟打结的ADAMS样机模型,利用ADAMS的Bushing连接建立大变形柔性捆绳的动力学模型,通过对捆绳和刚性构件之间设置多接触约束和载荷施加,实现了完整的打结器虚拟打结仿真过程,研究了捆绳在拉力作用下成结的刚柔交互力学行为。利用该虚拟打结方法分析了打结嘴与夹绳盘动作时序差φ变化对打结器成结的影响,对判定打结器参数匹配后能否成结或成结优劣起到直观验证作用,分析得出,当α=98°、φ=12.5°±5时,可以实现虚拟打结,表明小齿盘上的不完全锥齿轮与大齿盘上的不完全锥齿轮的安装相位差允许在42.5°±5°间变动,约为半个齿的角度。2)打结器性能检测与可靠性试验台的设计与测试针对国内缺乏打结器连续打结的性能测试与疲劳试验系统,提出一种打结器连续打结的试验台方案:通过设计安装在十字滑台上的模拟草捆回弹特性的拉绳装置,控制十字滑台使拉绳装置按矩形轨迹运动,拉绳装置拉动捆绳的运动模拟草捆挤压捆绳的运动。拉绳结束后控制系统发出指令给电磁离合器接合,将调速电机动力传递给打结器主轴驱动打结器打结。试验台控制系统实现循环式的拉绳-打结过程,并测试打结过程中的捆绳张力、主轴转矩和主轴转角。按照所述方案进行了试验台关键部件的设计与选型计算,在Solid Works下建立了试验台的三维模型,并对其进行运动干涉分析与虚拟装配。按照提出的试验台控制流程设计了试验台测控系统,利用Labview设计了试验台系统的测量与控制程序。通过零部件外购与制造、安装与调试完成了试验台机电一体化系统,测试结果表明该试验台连续打结效率为3个/分钟,累计打结6000次设备运转正常。3)打结器虚拟打结验证与打结时序对比试验分别将进口德国打结器、双齿盘驱动打结器安装在打结器性能检测与可靠性试验台上采集两种打结器成结过程各动作对应的主轴转角,动作包括夹绳开始、拨绳动作开始、送绳结束、绕扣开始、绕扣90°、绕扣180°、拨绳到最大行程、绕扣270°、钳咬完成、割绳开始、脱扣结束和拨绳盘退回原位,获得了两种打结器的动作时序图,验证了双齿盘驱动打结器结构参数匹配正确,其夹绳与割绳动作优于进口打结器,成结率100%。通过对打结器样机的成结动作与虚拟打结的仿真结果进行对比分析,结果表明虚拟打结与实际打结过程非常吻合,验证了捆绳动力学模型与刚柔接触动力学仿真模型的正确性,可作为评价打结器设计优劣,保证打结器一次性制造成功的有效方法。根据实测的捆绳拉力,设置虚拟捆绳模型拉力为150N时的虚拟打结主轴扭矩变化曲线与实测主轴扭矩变化曲线基本吻合,其最大误差5Nm,可验证虚拟打结动力学分析结果可以用来指导打结器载荷分析。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225

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