基于MBD-DEM耦合的联合收获机割台仿形机构设计与试验

摘要

为提高联合收获机割台仿形机构对田间地形变化感知的灵敏度和对田间地形仿形的准确度,该研究设计了一种主-副板压紧式割台仿形机构。基于对仿形机构的理论分析,以割台对副仿形板作用力、土壤对主仿形板作用力和土壤下陷距离为试验指标,以弹簧刚度系数、弹簧初始长度、副仿形板长度和主仿形板长度为因素,设计了二次回归通用旋转组合优化试验。运用粒子群优化算法确定各因素水平范围,基于多体动力学(Multi-Body Dynamics,MBD)-离散元(Discrete Element Method,DEM)耦合方法进行仿真试验,建立了各因素与指标间的数学回归模型。对模型进行参数优化,得到最优参数组合为:弹簧刚度系数464 N/m,弹簧初始长度90 mm,副仿形板长度484 mm,主仿形板长度450 mm。主、副仿形板宽度200 mm,材料为301不锈钢,弹簧材料为碳素弹簧钢丝,直径2 mm,外径20 mm,有效圈数45圈。田间试验结果表明:割台对副仿形板作用力均大于0,表明仿形机构始终处于正常工作状态,土壤对主仿形板平均作用力分别为85.23、85.80和86.08 N,与预测值基本一致,表明仿形机构感知地形变化较灵敏,对应的土壤平均下陷距离分别为5.4、7.1和6.4mm,均小于10mm,表明仿形机构对田间地形仿形准确度较高,参数设计合理。研究结果可为联合收获机割台仿形系统设计提供参考。