基於剛柔接觸動力學的打結器設計方法與成結機構研究

《基於剛柔接觸動力學的打結器設計方法與成結機構研究》是依託江蘇大學，由尹建軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於剛柔接觸動力學的打結器設計方法與成結機構研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：尹建軍
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

針對方捆機打結器的設計難題和成結可靠性問題，本項目以課題組提出的仿人雙指打結器為研究對象，通過剛柔接觸動力學分析來研究打結器成結過程中捆繩被打結器執行機構作用的剛柔互動力學行為，提出基於剛柔接觸動力學理論的打結器虛擬打結實現方法，以打結器執行機構能否可靠打出繩結為評判準則，完成設計階段對打結器設計優劣的評價，並建立打結器機構分析與設計集成開發平台。提出輔助打結器繞扣的捆繩抱持機構，以仿人雙指打結器為基本原型設計具有強制脫扣機構和鉤結反力控制機構的新打結器，解決現有打結器不能可靠脫扣和打出活結的問題。開展打結器成結驗證和打結器可靠性分析研究，進行打結性能評價和分析，改進仿真計算模型和分析過程，指導打結器設計。項目研究成果將為打結器高速可靠打結提供新機構，為打結器一次性製造成功提供設計新方法，對剛柔接觸機械系統的分析與設計具有借鑑價值和普遍意義。

結題摘要

打結器是衡量方草捆打捆機成捆率的核心部件，直接影響打捆機作業性能和產品競爭力。國內企業長期依賴進口打結器製造打捆機，已成為制約我國打捆機技術發展的瓶頸，是困擾我國秸稈與飼草料行業30多年的行業難題。 本項目針對打結器的設計難題和成結可靠性問題，提出了基於剛柔接觸動力學的打結器設計新方法，突破了打結器設計技術壁壘。該方法通過建立大變形柔性捆繩與打結器剛性執行構件的多接觸約束動力學模型，研究了捆繩拉力作用下打結器成結的剛柔互動力學行為，對打結器結構創新與樣機製造前的打結直觀驗證起到重要作用，可在設計階段評價打結器設計優劣，對降低打結器製造投入風險具有顯著效果。 通過對打結器夾繩-繞扣-鉗咬動作參數分析、打結器脫扣機構的抗磨損設計與打結試驗、打結器咬繩機構的線接觸凸輪設計與載荷分析、打結嘴纏繩故障分析與曲面形態改進設計、打結器精密鑄造零件的摩擦特性分析等套用基礎研究，運用提出的打結器設計方法，基於D型打結器原理髮明了一種雙齒盤驅動打結器，創新設計特殊空間結構的打結器支架和空間傳動機構，實現了打結器核心技術自主化。試驗表明雙齒盤驅動打結器的成結率≥99%，打結次數≥6萬次，符合打結器行業標準要求。 為了驗證研發的雙齒盤驅動打結器工作原理，並檢驗交變負載下打結器的疲勞壽命，彌補田間試驗周期過長而且參數無法測量的缺點，提出了一種打結器連續打結試驗方法與疲勞試驗台設計方案，通過設計可模擬草捆回彈特性的拉繩裝置使其在水平面按矩形軌跡拉繩，在繩針送繩動作配合下在垂直面形成矩形繩環，使受測試的打結器完成打結。該成果為打結器研發與質量控制提供試驗平台，填補了國內空白，推動了打結器試驗技術水平的發展。