联合收获机回程板与振动筛惯性力平衡装置及平衡方法与流程

本发明涉及一种联合收获机振动筛与回程板惯性力平衡装置及平衡方法。

背景技术：

振动筛与回程板是联合收获机的重要清选工作部件，由于往复运动产生的惯性力，存在着对机架冲击大，噪声大等问题；尤其随着我国联合收获机越来越向大型化方向发展，消除惯性力的不良影响也越来越引起重视。传统的惯性力平衡配重多采用经验设计方法，不够准确，且往往忽略了回程板与振动筛的往复运动会对惯性力起到抵消作用，没有从二者整体考虑惯性力的平衡。

中国专利cn204458789u公开了一种惯性力平衡优化的角度式往复活塞压缩机，该专利提出了一种惯性力平衡优化新方法，使压缩机的旋转惯性力和往复惯性力都得到较好的平衡；该专利将配重安装在主轴承侧，此种安装位置受空间限制较大。专利cn104847859a提出的一种可调行程且自动平衡惯性力的曲柄滑块机构；该实用新型通过曲柄扩大的曲柄滑块结构搭配花键配合，实现了滑块可变的微幅往复行程，利用花键组合的几何形状和质量分布的合理设计，使得机构在任意调节往复行程时都能实现惯性力的部分平衡；该专利适用于微小往复行程的机械传动，运用范围相对较小。

针对回程板驱动轴逆时针转动，振动筛驱动轴顺时针转动造成的二者运动过程中的惯性力抵消的作用，将振动筛和回程板的惯性力按水平移动惯性力和旋转惯性力分别按水平和竖直分解，在水平和竖直方向二者的惯性力都会抵消，其总惯性力也会减小。

技术实现要素：

针对联合收获机在收获过程中，因回程板和振动筛产生的惯性力造成的连接处易破坏，噪声和振动较大等问题，本发明从惯性力总体平衡角度出发，利用回程板与振动筛相互运动关系造成的惯性力抵消情况，在理论上分析了惯性力减小的程度，提出了一种针对具有相向运动机构的惯性力总体平衡方法及配重设计的方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：联合收获机回程板与振动筛惯性力平衡装置，包括回程板和振动筛，所述回程板包括回程板面，所述回程板面的一端安装有回程板滚轮，另外一端安装有回程板偏心摇动轴，所述回程板偏心摇动轴的两端安装有回程板配重组件；所述振动筛包括筛体，所述筛体的一端安装有振动筛滚轮，另外一端安装有振动筛偏心摇动轴，所述振动筛与所述回程板通过链条连接，所述振动筛与所述回程板上的链条的包绕方向相反。

上述方案中，所述回程板配重组件包括回程板链轮和回程板配重片，所述回程板链轮位于所述回程板偏心摇动轴的两端，所述回程板链轮和所述回程板配重片上都开有第一安装孔，所述回程板配重片通过螺栓固定连接在所述回程板链轮上。

上述方案中，所述振动筛配重组件包括振动筛链轮和振动筛配重片，所述振动筛链轮位于所述振动筛偏心摇动轴的两端，所述振动筛链轮和所述振动筛配重片上都开有第二安装孔，所述振动筛配重片通过螺栓固定连接在所述振动筛链轮上。

上述方案中，所述回程板配重片材质为铸铁。

上述方案中，所述振动筛配重片的材质为铸铁。

本发明提供的利用联合收获机回程板与振动筛惯性力平衡装置实现惯性力平衡的方法，包括如下步骤：

s1：将回程板和振动筛均简化为曲柄滑块机构，其中回程板滚轮简化为滑块、回程板面简化为连杆、回程板偏心摇动轴简化为曲柄、回程板配重组件简化为配重块；振动筛滚轮简化为滑块、筛体简化为连杆、振动筛偏心摇动轴简化为曲柄、振动筛配重组件简化为配重块；

按经典的曲柄滑块机构惯性力动力学分析：曲柄滑块机构惯性力有：b处集中质量mb处转动惯性力fb和c处集中质量mc处移动惯性力fc

式中r为曲柄长度，为曲柄旋转角速度，θ为曲柄的转角；

对于上述惯性力通过对回程板曲柄反向适当距离加一定配重进行惯性力的部分平衡；回转惯性力fb可通过距离回转点r'的d处加质量md1进行平衡：

即：md1＝r/r'mb

同样的对于mc在水平方向产生的移动惯性力，再增加一个平衡质量md2进行惯性力平衡；由以上可知，对于曲柄滑块机构惯性力平衡的总配重md由两部分组成md1和md2；即：

md＝md1+kmd2＝r/r′(mb+kmc)

注：将配重md2质量前加一定系数k，使之既能平衡滑块的水平方向惯性力，又不至于使竖直方向惯性力过大，一般k取1/3-1/2；

s2：步骤s1中将曲柄滑块的各部分质量集中代换在b，c处然后用加平衡质量块进行惯性力平衡；同样的，在进行总体平衡考虑时，将回程板和振动筛质量各自集中代换与b，c和b′，c′处，则各自集中质量块mc和mc′在c处与c′产生的惯性力：

其中：cosθ1＝cos(-ωt+α)

cosθ2＝cos(ωt+β)

α与β为回程板曲柄初始角和振动筛初始角；ω为曲柄旋转角速度；以振动筛旋转角速度为正，fc为回程板的水平惯性力，fc′为振动筛水平惯性力；

由上面公式知：当驱动旋向相反，在运动过程中，会有惯性力因运动而抵消的情况，以下讨论惯性力在的抵消程度，进而为选取更合适的平衡质量做理论分析；将回程板与振动筛水平惯性力相加，则任意时刻水平方向的总惯性力为fcc′：

将一个周期的平均惯性力大小与不考虑抵消时一个周期的平均惯性力大小进行比较；

其中：t为振动筛或回程板的旋转周期，η1比例系数；

同样的，在对旋转部分的惯性力也可用相似的方法进行惯性力抵消；对于回程板mb和振动筛mb′产生的回转惯性力分别将惯性力按x方向和y方向分解：

水平方向：

竖直方向：

任意时刻水平方向的合力与竖直方向的合力：

则任意时刻的合力：

则在任意一周期内经总体平衡后的惯性力均值与不考虑抵消的惯性力均值进行比较η2；

s3：整体惯性力平衡，可使整体惯性力减小，相应的主要部分配重也减小；在回程板与振动筛组合中，振动筛质量较大，回程板起到抵消与平衡振动筛的作用；减小的具体质量和比例系数η1和η2有关，故振动筛最佳配重质量md′；

则相应的振动筛水平平衡质量：

则相应的振动筛旋转平衡质量：

所以振动筛的最佳配重质量为：

本发明的有益效果是：(1)本发明在传统曲柄滑块机构惯性力动力学分析的基础上，对具有对向运动的回程板与振动筛分别就水平与竖直方向力进行力分析，得出总惯性力减小的程度，为回程板与振动筛的配重选取提供支持；从理论上解决了之前设计将两部分惯性力单独计算，配重单独设计的不足之处，同时此种理论方法得出的配重质量更轻，总体惯性力平衡更好，达到减小机器因惯性力破坏的可能性，减振降噪的目的。(2)设计的配重可调组件，即链轮和配重轮上开有安装孔，用于安装片状配重片，解决了以往设计中配重为一整块铸铁不易调换安装不便等问题，配重可调组件可根据实际情况，简单快速的拆换，使惯性力平衡最佳。

附图说明

图1是本发明的回程板与振动筛主视图。

图2是本发明的回程板整体视图。

图3是本发明的振动筛整体视图。

图4是本发明的回程板配重组件整体视图。

图5是本发明的振动筛配重组件局部视图。

图6是本发明的回程板与振动筛结构简图。

图7是本发明的曲柄滑块机构动力学模型图。

图8是本发明的回转惯性力分解示意图。

图中，1-回程板、2-振动筛、3-链条；101-回程板滚轮、102-回程板面、103-回程板偏心摇动轴、104-回程板配重组件、201-振动筛滚轮、202-筛体、201-振动筛偏心摇动轴、204-1振动筛配重组件；104-1-回程板链轮、104-2-回程板配重片、104-3-安装孔；204-1-振动筛链轮、204-2-振动筛配重片、204-3-配重安装孔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的回程板与振动筛总体惯性力平衡装置，其结构如图1、图2、图3所示，包括：回程板滚轮101、回程板面102、回程板偏心摇动轴103、回程板配重组件104；振动筛2包括振动筛滚轮201、筛体202、振动筛偏心摇动轴203、振动筛配重组件204振动筛2与回程板1通过链条3连接，进行动力传输，振动筛2与回程板1被链条3反向包绕，故二者驱动方向相反。

如图4所示，所述回程板配重组件104包括回程板链轮104-1、回程板配重片104-2，回程板配重片104-2材质为铸铁；回程板链轮104-1和回程板配重片104-2上都开有安装孔104-3，通过螺栓把把一定数量的回程板配重片104-2安装在和回程板链轮104的外侧面上；

如图5所示，所述振动筛配重组件204包括振动筛链轮204-1、振动筛配重片204-2，振动筛配重片204-2材质为铸铁；振动筛链轮204-1和振动筛配重片204-2上都开有配重安装孔204-3，通过螺栓把把若干数量的振动筛配重片204-2安装在和振动筛链轮204的外侧面上。

如图6所示，回程板1和振动筛2都可以简化为曲柄滑块机构，其中回程板滚轮101简化为滑块、回程板面102简化为连杆、回程板偏心摇动轴103简化为曲柄、回程板配重组件104简化为配重块；振动筛滚轮201简化为滑块、筛体202简化为连杆、振动筛偏心摇动轴203简化为曲柄、振动筛配重组件204配重块；

s1：按经典的曲柄滑块机构惯性力动力学分析：曲柄滑块机构惯性力有：b处集中质量mb处转动惯性力fb和c处集中质量mc处移动惯性力fc

式中r为曲柄长度，为曲柄旋转角速度，θ为曲柄的转角。

对于上述惯性力一般通过对回程板曲柄反向适当距离加一定配重进行惯性力的部分平衡；回转惯性力fb可通过距离回转点r'的d处加质量md1进行平衡：

即：md1＝r/r'mb

同样的对于mc在水平方向产生的移动惯性力，可再增加一个平衡质量md2进行惯性力平衡。由以上可知，对于曲柄滑块机构惯性力平衡的总配重md由两部分组成md1和md2；即：

md＝md1+kmd2＝r/r′(mb+kmc)

注：将配重md2质量前加一定系数k，使之既能平衡滑块的水平方向惯性力，又不至于使竖直方向惯性力过大，一般k取1/3-1/2。

s2：步骤s1中将曲柄滑块的各部分质量集中代换在b，c处然后用加平衡质量块进行惯性力平衡；同样的，在进行总体平衡考虑时，将回程板和振动筛质量各自集中代换与b，c和b′，c′处，则各自集中质量块mc和mc′在c处与c′产生的惯性力：

其中：cosθ1＝cos(-ωt+α)

cosθ2＝cos(ωt+β)

α与β为回程板曲柄初始角和振动筛初始角；ω为曲柄旋转角速度；以振动筛旋转角速度为正，fc为回程板的水平惯性力，fc′为振动筛水平惯性力。

由上面公式知：当驱动旋向相反，在运动过程中，会有惯性力因运动而抵消的情况，以下讨论惯性力在的抵消程度，进而为选取更合适的平衡质量做理论分析；将回程板与振动筛水平惯性力相加，则任意时刻水平方向的总惯性力为fcc′：

将一个周期的平均惯性力大小与不考虑抵消时一个周期的平均惯性力大小进行比较；

其中：t为振动筛或回程板的旋转周期，η1比例系数。

同样的，在对旋转部分的惯性力也可用相似的方法进行惯性力抵消；对于回程板mb和振动筛mb′产生的回转惯性力分别将惯性力按x方向和y方向分解：

水平方向：

竖直方向：

任意时刻水平方向的合力与竖直方向的合力：

则任意时刻的合力：

则在任意一周期内经总体平衡后的惯性力均值与不考虑抵消的惯性力均值进行比较η2；

s2：整体惯性力平衡，可使整体惯性力减小，相应的主要部分配重也减小；在回程板与振动筛组合中，振动筛质量较大，回程板起到抵消与平衡振动筛的作用；减小的具体质量和比例系数η1和η2有关，故振动筛最佳配重质量md′；

则相应的振动筛水平平衡质量：

则相应的振动筛旋转平衡质量：

所以振动筛的最佳配重质量为：

利用上述方法，不仅可以使整体惯性力平衡的更好，而且可以减小整体的配重质量，减少不必要的能耗。