農作物秸稈是一種可以綜合利用的重要生物資源．農作物秸稈的開發利用是一項重要的農業工程。農作物秸稈的粉碎是對其開發利用過程中的一個重要的工序。目前，復合式秸稈粉碎機在農村中被廣泛的應用．由于沒有統一的設計標準和規范，其樣式和結構也多種多樣。轉子是復合式秸稈粉碎機的主要工作部件，其設計參數是否合理，對秸稈的粉碎處理質量、工作效率以及功耗等具有重要的影響。傳統的設計方法一般是根據客戶的要求繪制二維圖紙交由工廠進行制造，然后對組裝成的產品進行物理樣機試驗，檢驗機器的性能以及設計的合理性。該過程往往耗時長，成本比較高。本研究將虛擬樣機技術引入秸稈粉碎機械的設計領域，采用Pro/E進行三維造型設計，過程為：首先，根據二維的設計數據來生成三維零件；然后，對三維零件進行虛擬裝配，裝配完畢后進行模型分析，也可以對裝配體進行運動仿真，觀察其運動狀態；最后，根據模型分析和動態仿真結果確定修改方案。
1、復合式秸稈粉碎機轉子的三維建模
本研究以江蘇大學農業工程學院實驗室的F-500秸稈粉碎機轉子為設計原型，利用Pro/E建立復合式秸稈粉碎機轉子的虛擬樣機模型。在建模中主要運用了拉伸、旋轉、掃描混合等建模命令，富通新能源生產銷售的秸稈粉碎機如下圖所示：
1.1主要零件的建模復合式秸稈粉碎機轉子的零件數量很多，有幾十個，這里以主軸、動刀座、錘架板、錘片、動刀片等為例介紹零件的建模。
1)主軸。主軸是粉碎機轉子的重要組成部分，主要起傳遞動力的作用。軸上加工有鍵槽和螺紋，起固定錘架板和定位套筒的作用。階梯軸通過旋轉特征生成，然后再使用拉伸切除命令創建鍵槽特征，使用螺旋掃描(Helix Swept)生成螺紋特征。
2)動刀座。動刀座主要用來固定切割動刀，通過鍵與主軸一起旋轉運動。它主要通過拉伸(Ex-trude)、孔(Hole)等命令完成。
3)錘架板。錘架板主要起著固定銷軸和錘片的作用。其與主軸通過鍵槽傳遞動力。錘架板結構簡單，通過兩次拉伸命令即可生成。
4)錘片。錘片是粉碎秸稈物料的核心部件。它與銷軸銷接，工作時通過與秸稈物料的碰撞、摩擦和揉搓來粉碎秸稈。錘片的形狀已經標準化。本研究中采用的是標準化的矩形錘片，結構形狀簡單。通過拉伸和孔(Hole)命令生成。
1.2轉子的虛擬裝配
轉子的虛擬裝配過程比較繁瑣，需要對不同的零件添加不同的約束。Pro/E軟件的裝配中常用的約束命令有匹配(Mate)、對齊(Align)和插入(lnsert)等命令。用戶可以根據需要安排不同的裝配順序，來保證零件按設計意圖組合在一起。由于需要對轉子進行動態仿真分析，本研究在裝配的過程中第一步先建立了一個骨架模型，然后再逐步調入零件模型．在骨架中裝配模型。骨架模型的好處在于可以方便裝配一些比較繁瑣的系統，用戶通過預先設定一些裝配參數來減少裝配中的難度。
2、轉子的運動仿真分析
Pro/E軟件的機構運動分析可以完成各種機構的運動分析，在運動分析中．可以在不考慮模型系統的作用力情況下分析機構運動情況，并可以測量運動主體的位置、速度和加速度的改變，對機構運動元件進行干涉檢查．還可以輸出運動元件的運動軌跡和包絡圖。運動分析的基本過程主要包括模型的創建、定義機構圖元、分析準備、分析模型、結果檢視和最佳化模型六個階段。
2.1錘片末端位置仿真
錘片是主要的粉碎部件，其在運行中的位置影響物料粉碎的效果，對其在運動中位置的研究有助于更好地改進設計。傳統設計是無法做到這點的，因為錘片位于粉碎機的內部，是無法直接觀察到的。而通過Pro/E對虛擬樣機轉子的運動仿真．可以得到這些數據。圖4是對轉子進行運動仿真時得到的錘片末端位置與運動時間的關系曲線圖。該曲線初始設定電動機轉速為3000r/min，設定仿真時間為5s，幀數為50。
2.2轉子運動包絡圖
運動包絡圖可以明了的看到各零件的運動軌跡范圍。本研究中在獲取轉子系統的運動包絡圖時，設定質量等級為4。
2.3仿真結果分析討論
在錘片位置仿真分析中可以看到．錘片末端到轉動軸的位置做周期性的小幅度擺動。這一現象的產生與錘片的結構特征有關。錘片與銷軸是鉸接形式，每個錘片在隨銷軸繞轉子旋轉中心轉動的同時．錘片質心將繞銷軸軸心做周期擺動。該現象在文獻[6]中有具體計算介紹，本研究不再敘述。從中可以看出，仿真結果是比較真實可靠的。
3、結束語
用Pro/E．建立了復合式秸稈粉碎機的轉子的三維模型，并對其進行了運動仿真分析．得到了錘片末端位置與運動時間的關系曲線圖，對轉子進行了干涉檢驗，并對仿真結果進行了探討分析，為更好的設計改進轉子提供了理論依據。實踐表明，基于Pro/E的虛擬樣機技術應用于復合式秸稈粉碎機轉子的設計與分析，可以顯著地提高產品的開發效率，降低設計成本。本研究為農機產品的開發設計提供了方法和參考。
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