打捆机捡拾器多目标优化研究与设计

戚得众，雷亚阔，陈源，孙勇

（湖北工业大学湖北省农业机械工程研究设计院，湖北武汉430068）

来稿日期：2018-05-18

基金项目：国家重点研发计划（2017YFD0701100）；国家自然科学基金（51405142）作者简介：戚得众，（1984-），男，山东日照人，博士研究生，讲师，主要研究方向：机械优化设计，数字化制造；

陈源，（1971-），男，湖北阳新人，博士研究生，教授，主要研究方向：机械动力学分析，机械优化设计

1引言

随着畜牧业在农业产业中的比重加大以及焚烧秸秆带来的危害，打捆机的研究也得到了快速的发展，相较于国外对于打捆机的研究，国内还处于起步阶段。国外学者的研究一般只是集中在整机的综合研究上，对捡拾器理论分析的研究并不多。文献[1]建立了捡拾器运动参数模型，认为捡拾器是个“反转后的摆动从动件盘形凸轮机构”；文献[2]对捡拾器参数进行了分析，并提出了改进设计方案；文献[3]提出了参数化设计与运动学仿真相结合的优化方案；文献[4]通过分析捡拾器的参数，使得滑道滚筒式捡拾器弹齿的离地高度可低于（3~4）cm ，减少了牧草捡拾损失。滚筒式捡拾器作为打捆机的关键部件且捡拾结构较为复杂，自从盛凯建立了捡拾器的数学模型，国内学者近几年对其进行了深入研究，但

其研究仅聚焦在数学模型的建立与仿真分析，并没有提出一个最优的优化设计方案。

2捡拾器运动学分析

在没有加速度突变的前提下影响捡拾器捡拾效果的主要从两方面体现：捡漏区面积最小和弹齿与物料接触速度最小。根据科研人员推导的方程，推导出捡漏区面积以及物料与弹齿刚接触的线速度数学模型。

2.1捡漏区面积数学模型的建立

捡漏区面积是衡量捡拾器捡拾效果好坏的一个重要标准，它可以通过捡漏区的高度与跨度来表现。通过分析并构建捡拾器弹齿尖端摆线运动轨迹数学模型，得出捡拾器捡漏区高度与跨度。捡拾器运动模型，如图1所示。引入的符号，如表1所示。

摘要：针对打捆机捡拾器捡拾效果不理想的问题，提出评价捡拾效果优劣的两个重要指标：捡拾器捡漏区面积和弹齿

与物料的接触速度。通过对捡拾器进行运动学分析，构建捡拾器捡拾多目标优化设计数学模型。该模型以捡拾器捡漏区面积最小、捡拾器对物料损坏率低为目标，对滚筒转速、弹齿个数、行驶速度、滚筒半径、曲柄长度、基圆半径及弹齿长等参数进行优化设计，并采用遗传算法对该模型进行求解。最后通过ADAMS 软件对优化设计方案进行仿真验证，捡拾器捡漏区面积缩小了57.4%，接触速度减少了6%，从而验证了该优化设计方法的正确性和有效性。关键词：捡拾器；多目标优化设计；遗传算法；打捆机；仿真中图分类号：TH16；TH12

文献标识码：A

文章编号：1001-3997（2018）10-0153-04

Research and Design of Baler Pickup Mechanism

Based on Multi-Objective Optimization

QI De-zhong ，LEI Ya-kuo ，CHEN Yuan ，SUN Yong

（Hubei Agricultural Machinery Engineering Research and Design Institute ，Hubei University of Technology ，Hubei Wuhan 430068，China ）

Abstract ：In order to improve the pickup effect of baler ，two important indexes which include the missing area of the pickup and the contact speed of spring tooth and material to evaluate the pickup effect are proposed.A multi-objective optimization mathematical model which influences the pickup effect is established by analyzing the kinematics of pickup mechanism.The model which targets at the smallest missing area and the lowest material damage rate is set up ，the parameters such as the drum speed ，the number of teeth ，the running speed ，the drum radius ，the crank length ，the radius of the base circle and the length of the tooth teeth are optimized.And the genetic algorithm is used to solve the model.Finally ，the simulation is verified by ADAMS software.The area of the pickup was reduced by 57.4%，and the contact speed was reduced by 6%，which verifies the correctness and effectiveness of the optimization design method.

Key Words ：Pickup ；Multi-Objective Optimization ；Genetic Algorithm ；Baler ；Simulation

Machinery Design ＆Manufacture

机械设计与制造

第10期

2018年10月

153

万方数据