e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAD

基于CATIA的马铃薯挖掘铲参数化建模

2014/5/8    来源:万方数据    作者:侯占峰  王春光  薛晶      
关键字:马铃薯挖掘铲  CATIA  参数化建模  
文章论述了马铃薯挖掘机关键部件挖掘铲的设计方法,并基于土壤与铲体作用力学分析建立了挖掘铲牵引阻力数学模型,最终确定了挖掘铲设计参数。同时,详细地阐述了基于CATIA的挖掘铲三维参数化建模的基本方法。

0 引言

    挖掘是马铃薯收获过程的首要工序,挖掘铲是马铃薯收获机的关键部件之一,其性能参数直接影响马铃薯的挖掘性能和工作可靠性。只有正确选择挖掘铲的性能参数,才能降低伤署率和牵引阻力,同时提高挖净率、明薯率及挖掘效率。因此,国内外学者在进行挖掘铲研究和设计过程中的难题之一是如何降低挖掘阻力。近些年,国内很多单位都在研究设计挖掘铲,设计手段多采用CAD二维设计,在完成挖掘铲参数优化设计后,如果进行产品改型和改进设计则比较困难。鉴于此,利用三维参数化设计软件CATIA对挖掘铲进行参数化设计,构建马铃薯挖掘铲的性能参数,从而更加清晰地表达实物。由于所建模型的参数能很好地反应马铃薯挖掘铲的特征参数,在实际设计过程中,可以根据设计需要,利用所建立挖掘铲模型的参数、公式等特征驱动三维图形,及时方便地更改零部件的设计图纸,以解决传统CAD二维设计中的诸多不足,提高挖掘铲改进设计效率。

1 挖掘铲设计参数

    马铃薯挖掘机的挖掘装置由铲片及铲片固定架等组成。挖掘铲的铲尖角度通常设计为钝角,目的是降低挖掘时的无效动力消耗,减小挖掘铲的铲前入土深度,如图1确定。

挖掘铲受力分析

图1 挖掘铲受力分析

    挖掘铲正常工作时,土壤在铲刃上的滑切力应能克服摩擦力,即

公式

    其中,P为作用在铲刃的阻力;Ff为土壤作用于铲面的摩擦力,Ff=Ntgφ;φ为摩擦角。

    根据摩擦定律可知:Ff=Ntgφ,N=Pcos(90°-γ)。

    由上式推导得:γ<90°-φ。

    对于挖掘铲所使用的钢质材料,一般土壤所对应的摩擦角为φ= 26. 5°~ 35°,因此,本文选取γ=50°。

    对图1(b)进行受力分析,可求出挖掘铲的倾角δ、长度L等参数。如果忽略不计土壤的纯切削阻力,则

公式

    式中W-机具牵引力;

    N-土壤作用于铲面的法向载荷;

    Fa-土壤作用于铲面的附着力;

    Ff-土壤作用于铲面的摩擦力。

公式

    式中μ1一壤与挖掘铲摩擦因数;

    S-挖掘铲面积(cm2);

    Ca-土壤附着力因数(N/cm2)。

    根据试验地具体数据可计算得到挖掘铲的倾角δ。

    如图2(a)所示,挖掘铲的长度L可由挖掘深度h与挖掘铲的倾角δ计算得到,即L=h/sinδ。

挖掘铲模型的特征参数图

图2 挖掘铲模型的特征参数图

    由农艺条件可知:当挖掘深度为15~18cm时,挖掘铲才能在不损伤马铃薯的情况下将马铃薯完全从土壤里挖掘出来。本文选取h为17cm。马铃薯种植平均行距为40cm,故挖掘铲的宽度B取40cm。

责任编辑:程玥
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐