复杂复合结构脱棉转子数值分析方法与振动特性分析_李会娟.pdf

􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈 􀪈 振 动 与 冲 击 第 ３９ 卷第 ２３ 期ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫＶｏｌ． ３９ Ｎｏ．２３ ２０２０ 基金项目 国家自然科学基金面上项目（１１７７２２８９）；阿特勒⁃新疆大学 校企合作重点项目（６２１６２） 收稿日期 ２０１９ －０６ －０６ 修改稿收到日期 ２０１９ －０９ －２４ 第一作者 李会娟 女，硕士生，１９９２ 年生 通信作者 买买提明艾尼 男，教授，博士生导师，１９５８ 年出生 Ｅ⁃ｍａｉｌｍｇｈｅｎｉ＠２６３． ｎｅｔ 复杂复合结构脱棉转子数值分析方法与振动特性分析 李会娟， 买买提明艾尼 （新疆大学 机械工程学院，乌鲁木齐 ８３００４７） 摘 要为揭示采棉机脱棉用复杂复合结构（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｃｏｍｐｏｓｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ＣＣＳ）脱棉转子的振动特性，对 ＣＣＳ 脱 棉转子的毛刷条部分建立了计入尼龙纤维的三维微结构纤维模型。 同时对毛刷条进行简化并建立了计入复合材料特性 的各向异性微结构复合模型。 通过改变复合模型的弹性模量比分别进行了有限元模态分析，并对比分析了纤维模型和复 合模型的振动特性，获得了接近实际毛刷条模型的弹性模量比并确定了复合模型的复合材料属性。 同时也对单元类型和 尺寸的影响进行了对比研究，从而验证了本建模方法和数值算法的有效性。 建立了带毛刷条和无毛刷条的 ＣＣＳ 脱棉转 子数值模型并进行了模态分析，得到其固有频率和振型。 分析结果表明毛刷条对 ＣＣＳ 脱棉转子振动特性的影响较大， 前六阶固有频率范围为 ５２． ６３ ～２４９． ００ Ｈｚ，但第一阶固有频率高于 ＣＣＳ 脱棉转子的实际工作频率 ２５ Ｈｚ，故避免了产生 共振。 利用转子测试平台和激光多普勒测振仪得到了脱棉转子的固有频率，该结果可以正确地反映 ＣＣＳ 脱棉转子的振 动特性，从而验证了 ＣＣＳ 除棉转子建模方法和相关算法的有效性。 这为 ＣＣＳ 脱棉转子设计与优化提供了有效手段和参 考方法。 关键词 采棉机；ＣＣＳ 脱棉转子；复合材料；模态分析；振动试验 中图分类号 ＴＨ１１３． １ 文献标志码 ＡＤＯＩ１０． １３４６５／ ｊ． ｃｎｋｉ． ｊｖｓ． ２０２０． ２３． ０１７ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ ＬＩ Ｈｕｉｊｕａｎ， ＧＥＮＩ Ｍａｍｔｉｍｉｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｕｒｕｍｑｉ ８３００４７， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｖｅａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ （ＣＣＳ） ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ ｏｆ ａ ｃｏｔｔｏｎ ｐｉｃｋｅｒ， ｆｉｒｓｔｌｙ， ａ ３⁃Ｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｉｂｅｒ ｍｏｄｅｌ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｎｙｌｏｎ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｏｒ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ ｐａｒｔ ｏｆ ＣＣＳ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ ｗａｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｎｄ ａｎ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｃｈａｎｇｅｄ， ａｎｄ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｅｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ． Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ， ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｏｄｅｌ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ＣＣＳ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｅｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｎｄ ｍｏｄａｌ ｓｈａｐｅｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＣＳ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ， ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｓｉｘ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｒａｎｇｅ ｉｓ ５２． ６３ ～２４９． ００ Ｈｚ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ’ｓ ｆｉｒｓｔ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ’ ｓ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ２５ Ｈｚ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ’ｓ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｒｏｔｏｒ ｔｅｓｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ． Ｉｔ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｎｅｓ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ， ａｎｄ ｃａｎ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ ｒｅｆｌｅｃｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＣＳ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ； ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＣＳ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｔｔｏｎ ｐｉｃｋｅｒ； ＣＣＳ ｄｅ ｃｏｔｔｏｎ ｒｏｔｏｒ； ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ； ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ 棉花作为我国的经济农作物，其产量和种植面积 在世界上位居首位［１］。 近年来，以采棉机为主的机械 采棉形式也被广泛使用［２］。 脱棉装置是采棉机采摘头 中重要的工作部件，其工作的稳定性影响着机采棉的 采净率和落地率。 目前，水平式采棉机脱棉装置多采 用脱棉盘，维护成本高，事实上毛刷式脱棉装置更节约 维护成本，结构简单易于更换，并且随着科学的发展， 毛刷式脱棉结构不断优化，毛刷式脱棉装置在采棉机 采棉过程中也具有良好的前景。 但在采棉机采棉的过程中待解决的问题还有很 多，脱棉转子由于高速转动进行刷棉作业并长期处于 复杂冲击外载荷环境下运转使脱棉转子和毛刷条易产 生振动滑移；毛刷条分别与柔性摘锭和棉花处于硬摩 擦状态使毛刷易产生严重磨损，导致柔性摘锭和棉花 很难有效分离，进而降低刷棉效率，增大落地率。 随着世界各地研究学者对毛刷式脱棉装置的研究 日渐增多，且研究成果显著，美国生产的水平摘锭式采 棉机利用高速旋转的脱棉盘的反作用力刷下棉花；刷 辊式采棉机利用纵向刷板的转动，击打棉花使其脱落， 同时借用离心力将棉花甩入输棉通道内［３］；梳齿式采 棉机采用刮板和输棉绞龙聚集棉花，通过输送系统送 出［４］。 近年来，国内外研究脱棉装置成果突出，Ｋｅｐｎｅｒ 等［５］改进了一种双排刷式采模机，结果表明刷式采棉 机具有较强的耐受性和较低的田间损失、较低的籽棉 废品率；Ｆａｉｒｃｌｏｔｈ 等［６］研究了刷式采棉机与纺锤式收获 机，通过实验得出前者更为经济但棉絮质量较差；Ｊｏｈｎ 等［７］就美国南方高平原棉花收获系统进行了评估，主 要的收获设备为刷棍式采棉机。 杨怀君等［８］对刮板毛 刷式采棉机运动轨迹建立数学模型并仿真得出采棉滚 筒的运动轨迹曲线；刘向新等［９］对采棉机的刮板和毛 刷进行了有限元分析，计算出应力的大小和分布规律 并优化了采摘器的刮板和毛刷的件的尺寸；魏俊等［１０］ 对刷棉辊进行模态分析，同时对纵向刷板进行瞬态动 力学分析为结构优化设计提供理论参考；潘金坤等［１１］ 对采摘部件进行了初步的运动学仿真，获得了纵向刷 板的运动规律；黄铭森等［１２］改善了刷辊工作参数并增 加回流结构，通过进行对比试验，使棉花落地损失率降 低了 ０． ８５％，采净率提高了 ３． ４２％。 以上各研究为脱 棉装置优化设计与提高脱棉效率提供了参考价值。 为了进一步解决由于脱棉转子导致的棉花落地率 高等各种问题和分析与改善脱棉转子的变形及其稳定 性，本文使用 ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 对一种 ＣＣＳ 脱棉转子进行模态 分析，在模拟实际工况下做振动测试，并与仿真数据在 频域上进行比较分析［１３］，为脱棉转子设计与优化提供 有效手段和方法参考，进而为采棉机国产化和优质化 贡献力量。 １ ＣＣＳ 脱棉转子结构与工作原理 ＣＣＳ 脱棉转子是采棉机采摘头上用来将摘锭上的 籽棉刷下来并送入输棉通道内的重要的部件。 其结构 如图 １ 所示，由下护盘 １、锯齿刮板 ２、毛刷压条 ３、毛刷 纤维 ４、法兰 ５、上护盘 ６、主轴 ７ 等部件组成。 １． 下护盘；２． 锯齿刮板；３． 毛刷压条；４． 毛刷纤维；５． 法兰； ６． 上护盘；７． 主轴 图 １ ＣＣＳ 脱棉转子结构图 Ｆｉｇ． １ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ＣＣＳ ｃｏｔｔｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｒｏｔｏｒ ＣＣＳ 脱棉转子上下两端各有轴承支承，采棉机作 业时，如图 ２ 所示，脱棉转子 １ 与地面垂直且与滚筒式 垂直柔性摘锭 ４ 平行，采棉机以一定的速度前进，扶禾 器将棉株送入采棉滚筒内，利用棉花固有的缠绕特性， 柔性摘锭 ４ 的自转使钩齿钩住籽棉，令其与棉株分离 挂在柔性摘锭钩齿上进入采棉头内部环境中，尔后柔 性摘锭以固定的转速反转动，脱棉转子 ４ 的毛刷深入 柔性摘锭４ 之中，利用柔性摘锭４ 与脱棉转子１ 之间的 相互反转接触时产生的摩擦力将籽棉从钩齿上刷下来 送入采棉头吸风口，通过棉花输送装置将籽棉传输到 采棉箱中。 １． 脱棉转子；２． 齿轮；３． 滚筒；４． 柔性摘锭；５． 输棉管道 图 ２ ＣＣＳ 脱棉转子的脱棉工作原理 Ｆｉｇ． ２ Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＣＣＳ ｃｏｔｔｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｒｏｔｏｒ ２ 模态分析 模态分析可以分析设计结构或机器部件的振动特 ５１１第 ２３ 期李会娟等 复杂复合结构脱棉转子数值分析方法与振动特性分析 性［１３］。 在产品设计之前可以预先计算出危险转速范 围，从而避免可能引起的共振现象，所以对结构做其他 动力学分析之前做模态分析是十分有必要的。 为了有 利于分析脱棉转子的振动稳定性及为后续设计提供动 力学参数和依据，本文对脱棉转子探讨了有限元理论 建模和模态分析方法。 ２． １ 模态分析理论 模态分析的其实是计算特征值和特征向量，动力 学问题对应的平衡方程为［１５］ ［Ｍ］｛ｘ″｝ ＋ ［Ｃ］｛ｘ′｝ ＋ ［Ｋ］｛ｘ｝ ＝ ｛［Ｆ］（ｔ）｝ （１） 式中［Ｍ］是质量矩阵；［Ｃ］是阻尼矩阵；［Ｋ］是刚度矩 阵；｛ｘ｝是位移矩阵；｛ｘ′｝是速度矢量；｛ｘ″｝是加速度矢 量；｛Ｆ（ｔ）｝是力矢量随时间变化。 分析过程中作三种假设① 结构刚度矩阵和质量 矩阵不发生改变；② 不考虑阻尼效应；③ 结构中不存 在随时间变化的载荷。 本文中对脱棉转子的模态分析中忽略了阻尼，因 此在不考虑阻尼系统中结构可满足以下动力学方程 ［Ｍ］｛ｘ″｝ ＋ ［Ｋ］｛ｘ｝ ＝ ｛０｝（２） 在线性系统中，结构满足方程 ｛ｘ｝ ＝ ｛φｉ｝ｃｏｓ ωｉ（３） 式中｛φｉ｝为第 ｉ 阶模态的特征向量；ωｉ是第 ｉ 阶自由 振动频率；ｔ 为时间。 由式（２）、式（３）可得 （ － ［ω２ ｉＭ］ ＋ ［Ｋ］）｛φｉ｝ ＝ ｛０｝ （４） 从而得到结构的特征方程 ω２ ｉ［Ｍ］ ＋ ［Ｋ］ ＝ ０（５） 通过式（５）可以求出第阶自由振动频率 ωｉ，从而求 出第 ｉ 阶模态形状的特征向量｛φｉ｝。 ２． ２ 有限元模型的建立 ２． ２． １ 建模与简化 针对 ＣＣＳ 脱棉转子结构的复杂性和建模过程的规 律性，为了避免重复以及缩短计算周期，因此本文选择 三维建模软件 ＮＸ１０． ０ 建立脱棉转子的几何模型来实 现几何建模的参数化。 在建模过程中，为了提高仿真 效率，对整体模型及计算结果影响不大的部分进行了 适当的简化比如，忽略了 ＣＣＳ 脱棉转子结构中的工艺 孔，将结构中的圆角和倒角简化成直角等。 将 ＮＸ１０． ０ 建立的 ＣＣＳ 脱棉转子模型导入到 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 软 件中，并设置模型的单位为 ｍｍ 进行了网格划分和数 值分析。 本文 ＣＣＳ 脱棉转子选用的材料分别为 ４５ 号钢（转 子轴和锯齿刮板），Ｑ２３５Ａ（法兰、上下托盘和压条）和 尼龙［１４］等三种材料，材料属性如表 １ 所示。 在相同的 边界条件分别进行了转子轴的模态分析和所有零件组 合而成的 ＣＣＳ 脱棉转子模态分析。 表 １ 材料属性 Ｔａｂ． １ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 材料弹性模量／ ＧＰａ密度／ （ｋｇｍ －３） 泊松 μ ４５ 号钢２１０７ ８９００． ２６９ Ｑ２３５Ａ２１２７ ８５００． ２８８ 尼龙１． ０８ １０ －３ １ １４００． ２８０ 毛刷纤维的材料选用尼龙，由于每根纤维的直径 为０． ２５ ｍｍ，露出纤维长（Ｌ）为１５ ｍｍ 导致毛刷条上的 纤维数量繁多，考虑所有纤维进行实体建模和有限元 划分网格难度大、节点多，为简化计算模型、降低总节 点数、降低计算时间、提高仿真效率本研究将 ＣＣＳ 转子 的毛刷尼龙纤维部分简化成尼龙纤维强化的空气基复 合材料板。 ２． ２． ２ 简化模型验证 为了保证简化后毛刷复合材料模型的合理性和有 效性，选取毛刷条的一段进行简化建模，根据已知的尼 龙材料属性假设复合材料属性，并对比简化前后模型 的模态分析，试用不同的复合材料属性以确定简化后 复合材料模型的材料属性，具体如下。 在长为 ６１０ ｍｍ 的毛刷纤维条中取长（Ｗ）为 ３ ｍｍ 的一段微小区域按两种方式进行建模，一种是对这一 微小区域考虑 １４４ 根尼龙纤维的纤维模型，这种模型 对于 １４４ 根纤维考虑实际尺寸参数按各个纤维各向同 性均质体材料分别进行建模，如图３（ａ）所示，可以看出 微结构纤维模型由压条与 １４４ 根纤维构成，其中压条 部分简化为与纤维相接触成一体的长方体，在分析时 考虑了 １４４ 根纤维之间的接触形式；另一种是对这一 微小区域计入 １４４ 根纤维强化空气基复合材料的概念 简化成各向异性复合材料后进行建模的复合模型，如 图 ３（ｂ）所示，即将图 ３（ａ）中的毛刷纤维简化成为大小 一样的复合材料长方体板，其余边界条件都相同。 （ａ） 尼龙纤维网格模型 （ｂ） 复合材料三维模型 图 ３ 毛刷条简化与建模 Ｆｉｇ． ３ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ 如图 ３ 所示毛刷简化前为尼龙纤维模型，简化后 ６１１振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 为复合材料模型。 模型简化前后保持同样约束条件和 网格划分类型即两种模型都采用扫略的网格划分法， 约束条件均为毛刷压条两侧和底部固定。 尼龙纤维模 型进行模态分析时定义纤维部分为尼龙同性材料属 性，毛刷压条与纤维底部接触为绑定接触；１４４ 根纤维 之间的接触为不分离接触，复合材料模型的复合材料 板设置为尼龙复合材料属性，毛刷压条与纤维底部接 触为绑定接触。 复合材料板由尼龙纤维与空气组成，由于 Ｙ 和 Ｚ 方向纤维群的弹性模量很小，而且很难从试验测试的 方式获取 Ｘ 方向的弹性模量。 但是 Ｙ 和 Ｚ 方向纤维群 的弹性模量与 Ｘ 方向的弹性模量之间可假设存在以下 关系 Ｅｙ＝ Ｅｚ＝ ＣＥｘ（６） 式中Ｃ 为弹性模量比，可通过数值分析验证后确定。 本研究首先 Ｃ 值取 １０ －２、１０－６、１０－８和 １０－９等，并按下 式计算各向泊松比 μ 和剪切模量 Ｇ 等。 μＸＹ＝ μＸＺ； ＧＸＹ＝ ＧＸＺ（７） ＧＹＺ＝ ＣＥＸ／２（１ ＋ μＸＺ）（８） μＹＺ＝ μＸＹ（１ － μＸＹＣ） ／ （１ ＋ μＸＹ）（９） 通过验证当弹性模量比 Ｃ 值取附近时，简化后复合模 型仿真得到的固有频率接近纤维模型，如图４（ａ），然后 进一步将弹性模量比 Ｃ 值再细化，再取 Ｃ 值为 ２． ６ １０ －８，２． ６２ １０－８，２． ６３ １０－８，２． ７ １０－８分别进行模 态分析。 通过对比分析模态结果可知，如图 ４（ｂ），当 Ｃ 取值为２． ６ １０ －８时，即 Ｙ 和 Ｚ 方向的弹性模量取 Ｘ 方 向的弹性模量的 ２． ６ １０ －８倍时，简化后的复合模型毛 刷仿真出的固有频率与纤维模型最接近，前六阶固有 频率最大误差为 ０． ００７ ３ Ｈｚ（０． ２７％）。 可看出，ＣＣＳ 脱棉转子毛刷采用复合模型方法及其 Ｃ 值的确定方法 的有效性，同时验证了该简化复合模型的 Ｃ 取 ２． ６ １０ －８时的分析结果的正确性。 其对应的毛刷的复合模 型材料属性，如表 ２ 所示。 （ａ） （ｂ） 图 ４ 简化前后固有频率对比 Ｆｉｇ． ４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ 表 ２ 尼龙纤维强化空气基复合材料属性 Ｔａｂ． ２ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎｙｌｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ａｉｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ 材料密度／ （ｋｇｍ －３） 弹性模量／ Ｐａ泊松比剪切模量／ Ｐａ ＥｘＥｙＥｚμＸＹμＹＺμＸＺＧＸＹＧＹＺＧＸＺ 尼龙强化空气 基复合材料 １ １４０１ ０８０ ００００． ００４ ２０． ００４ ２０． ２８０． ３８８ ９０． ２８４２１ ８７５０． ００１ ４９４２１ ８７５ ２． ３ 有限元网格类型及尺寸的影响 由于网格划分的质量与计算结果紧密关联，所以 网格划分在有限元分析中很重要。 本文分别采用四面 体单元和六面体单元在同等条件下对轴进行建模并进 行了模态分析，如图 ５ 所示。 （ａ） （ｂ） 图 ５ 主轴网格划分类型、尺寸和固有频率关系图 Ｆｉｇ． ５ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍｅｓｈ ｔｙｐｅ， ｓｉｚｅ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｍａｉｎ ｒｏｔｏｒｓ ７１１第 ２３ 期李会娟等 复杂复合结构脱棉转子数值分析方法与振动特性分析 结果显示在网格尺寸 ３ ｍｍ 以及选用更小的网格 尺寸时，保证网格质量好以及雅各比小于等于 ０． ７，采 用四面体和六面体得到的前十阶固有频率一致，且网 格尺寸越小，固有频率逐渐趋于稳定，即当网格节点数 达到 ２２６ ８７９ 个以上，采用四面体和六面体划分网格得 到的轴的固有频率误差很小，且固有频率趋于稳定。 由于网格划分对计算机要求很高，所以本文在不影响 计算结果前提下采用控制网格尺寸的方法进行网格划 分，其网格单元类型、尺寸、节点数以及单元数，如表 ３ 所示。 表 ３ 网格划分参数 Ｔａｂ． ３ Ｍｅｓｈ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 名称尺寸类型节点数单元数 主轴３ ｍｍ四面体２２６ ８７９１５３ ６１３ 脱棉转子 （无毛刷条） ３ ｍｍ四面体７８４ ４９５４３６ ３８５ 脱棉转子 （带毛刷条） ３＆０． ２ ｍｍ 四面体 ＆ 扫掠１ １７６ ８６２５０３ ２８２ ２． ４ 边界条件与接触设置 （１） 主轴单独分析时，在两端轴承安装面上施加 圆柱面约束。 （２） 脱棉转子耦合分析时，根据脱棉转子实际的 工作状态，在两端轴承安装面上施加圆柱面约束，锯齿 刮板与法兰不分离接触；锯齿刮板底部与主轴绑定接 触；法兰与毛刷压条不分离接触；法兰与主轴绑定接 触；上下护盘与主轴绑定接触；毛刷条底部和下侧面与 夹板绑定接触。 ２． ５ 结果与分析 在脱棉过程中，脱棉转子工作稳定性影响着脱棉 效率，结构如果产生共振，就会导致脱棉转子工作不稳 定，进而影响脱棉效率，因此分析脱棉转子模态分析有 利于分析脱棉转子的稳定性及为后续设计提供依据。 本文对主轴进行分析时提取了前六阶的模态结 果，主轴是属于整体脱棉转子的核心部分，也是支撑整 个脱棉结构相关的零部件。 其固有频率如表 ４ 所示， 最高频率为 ８７５． ２８ Ｈｚ，随着阶次的增加，相应的频率 也增加，相应的变形量也变大，但总体稳定性较好。其 表 ４ 主轴前 ６ 阶固有频率与振型 Ｔａｂ． ４ Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ６ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｎｄ ｍｏｄｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｒｏｔｏｒ 阶数频率／ Ｈｚ振型 １０膨胀 ２１６４． ２６Ｘ 向弯曲振动 ３１６５． ４５Ｙ 向弯曲振动 ４４４９． ３７双周期弯曲振动 ５４５４． ６５双周期弯曲振动 ６８７５． ２８三周期弯曲振动 典型振型如图 ６ 所示，第 ２、３ 阶轴发生弯曲振动，振动 位移集中在中间部位，第 ４、５ 阶轴发生双周期弯曲振 动，比第 ２、３ 阶频率高近 ２． ５ 倍。 （ａ） 第 ２ 阶振型 （ｂ） 第 ４ 阶振型 图 ６ 主轴第 ２、４ 阶振型 Ｆｉｇ． ６ Ｓｅｃｏｎｄ ａｎｄ ｆｏｕｒｔｈ ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｒｏｔｏｒ 为了研究毛刷条在脱棉转子整体中的振动特性和 影响本文对脱棉转子建立了两种模型，一种是无毛刷 条、另一种是带毛刷条。 模态分析时提取了前 ６ 阶的 模态，其固有频率和振型，如表 ５ 所示。 表 ５ 脱棉转子前 ６ 阶模态频率与振型 Ｔａｂ． ５ Ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ６ ｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｓｔｒｉｐｐｅｒ ｒｏｔｏｒ 阶 数 无毛刷条 频率／ Ｈｚ 振型 带毛刷条 频率／ Ｈｚ 振型 １５８． ３４膨胀扭转振动５２． ６３Ｘ 向弯曲振动 ２５８． ８６Ｘ 向弯曲振动５２． ９４Ｙ 向弯曲振动 ３５９． ２０Ｙ 向弯曲振动５６． １２膨胀扭转振动 ４１４６． ９２双周期弯曲振动１５１． ４６双周期弯曲振动 ５１４７． ３６双周期弯曲振动１５１． ９４双周期弯曲振动 ６２００． ６８扭曲振动２４９． ００扭曲振动 从表 ５ 可知，无毛刷条的脱棉转子前 ６ 阶固有频 率在 ５８． ３４ ～ ２００． ６８ Ｈｚ，带毛刷条脱棉转子前 ６ 阶固 有频率在 ５２． ６２ ～２４９ Ｈｚ，其中后者的前三阶固有频率 较低于前者，第 ４ 阶开始高于前者。 第一阶时的带毛 刷条 ＣＣＳ 脱棉转子的频率低 ５． ７ Ｈｚ、而第六阶时高 ４８ Ｈｚ，可看出毛刷条对 ＣＣＳ 脱棉转子的振动特性影响比 较大。 工程中认为外在激励达到一阶固有频率的 ７５％时，就易引起共振［１７］。 由于脱棉转子在实际工作 中转速为 １ ５００ ｒ／ ｍｉｎ，即工作频率为 ２５ Ｈｚ，因此脱棉 转子在工作时也不会发生共振。 脱棉转子（无纤维条） 和（带纤维条）对应的典型振型如图 ７ 和图 ８ 所示，其 中脱棉转子（无纤维条）第 １ 阶振型与脱棉转子（带纤 维条）第 ３ 阶相同；脱棉转子（无纤维条）第 ３ 阶振型与 脱棉转子（带纤维条）第 １ 阶相同，其他阶振型两两对 应相同。 ８１１振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 （ａ） 第 １ 阶 （ｂ） 第 ２ 阶 （ｃ） 第 ４ 阶 （ｄ） 第 ６ 阶 图 ７ 脱棉转子不带毛刷条时的振型 Ｆｉｇ． ７ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｒｏｔｏｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ （ａ） 第 １ 阶 （ｂ） 第 ２ 阶 （ｃ） 第 ３ 阶 （ｄ） 第 ４ 阶 图 ８ 脱棉转子带毛刷条时的振型 Ｆｉｇ． ８ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｒｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐ ３ 试验与数据分析 为了获取脱棉转子的固有频率搭建转子实验平 台，通过比较计算值和实测值验证脱棉转子建模和计 算方法。 搭建转子试验平台如图 ９ 所示，本试验是将 脱棉转子与电机连接在一起，通过电机驱动并设定输 出频率，在脱棉转子主轴上粘贴反光膜即测点位置，用 激光多普勒测振仪采集脱棉转子的振动信号，通过 ＱｕｉｃｋＳＡ 软件处理数据得到频谱图。 １． 夹板；２． 脱棉转子；３． 卡盘；４． 电机；５． 激光干涉仪；６． 显示屏；７． 数据采集卡 图 ９ 实验原理与实测图 Ｆｉｇ． ９ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄｒａｗｉｎｇ 试验过程中开启降噪，滤波器（５ ～３００ Ｈｚ）尽可能 避免干扰，采用海明窗函数，选择最优测点即脱棉转子 前端进行试验。 结果如图 １０ 所示，图 １０（ｂ）的电机输 出频率为５２． ６ Ｈｚ，脱棉转子响应曲线在５２． ７３ Ｈｚ 处出 ９１１第 ２３ 期李会娟等 复杂复合结构脱棉转子数值分析方法与振动特性分析 现峰值。 从实验结果可知该试验可以激发出脱棉转子 的前阶频率，取试验的平均值与仿真的频率对比，从模 态振型图可知脱棉转子第一、第二阶振型相似，频率也 相似，故试验的５２． ７３ Ｈｚ 对应仿真的前两阶频率；试验 的第 ２ 阶平均值 １５４． ０５ Ｈｚ 对应仿真的第四和第五阶 频率；试验的第 ３ 阶平均值２５４． １５ Ｈｚ 对应仿真的第六 阶频率。 （ａ） 电机频率为 ５０ Ｈｚ （ｂ） 电机频率为 ５２． ６ Ｈｚ （ｃ） 电机频率为 ５６ Ｈｚ 图 １０ ＣＣＳ 脱棉转子响应的实测结果 Ｆｉｇ． １０ Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＣＳｃｏｔｔｏｎｒｅｍｏｖａｌ ｒｏｔｏｒ ｒｅｓｐｏｎｓｅ 进一步分析试验与仿真结果，误差，如表 ６ 所示。 简化模型验证时三维微型结构模型与各向异性微结构 模型的固有频率误差为 ０． ２７％；带纤维脱棉转子仿真 时进行了简化并采用了各向异性微结构模型的材料参 数，与试验的固有频率最大误差为 ２． ０３％，且试验未排 除实验平台本身以及夹具的质量影响，因此得出，微结 构模型参数对脱棉转子整体的模态分析影响较小。 同 时可以看出仿真结果和试验结果对应良好。 表 ６ 试验结果与仿真结果对比 Ｔａｂ． ６ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ 模态序号试验频率／ Ｈｚ带纤维仿真频率／ Ｈｚ误差／ ％ １５２． ６３０． １９ ２ ５２． ７３ ５２． ９４０． ３９ ３５６． １２ ４１５１． ４６１． ６８ ５ １５４． ０５ １５１． ９４１． ３７ ６２５４． １５２４９． ００２． ０３ 综上所述，所建立的 ＣＣＳ 脱棉转子模型是可行的， 简化的各向异性复合材料模型是有效的，同时运用有 限元分析方法仿真脱棉转子也是正确的。 基于上述分析，从主轴到不带纤维和带纤维脱棉转子 有限元分析与试验研究，随着零件的增多，质量的增 大，整个 ＣＣＳ 脱棉刷转子重量可达 ７． ７７５ ｋｇ，其固有频 率逐渐降低，容易引起脱棉转子自身与其相连的零部 件产生共振现象，因此，在保证其功能性基础上，运用 本文提出的复合模型对 ＣＣＳ 脱棉刷转子进行更详细的 动力学设计和结构优化设计，包括后期的 ＣＣＳ 脱棉刷 转子动力稳定性设计、动态结构优化和动力学参数最 佳匹配等。 ４ 结 论 本文以一种毛刷式脱棉转子为研究对象，采用了 有限元法和实验分析法对其进行振动特性分析，得出 以下结论 （１） 建立了脱棉转子三维模型，并将毛刷纤维简 化为复合材料模型，通过假设各向异性材料属性进行 了有限元模态分析，并对这两种模型进行了对比，获得 了接近实际模型的复合模型材料属性。 （２） 对 ＣＣＳ 转子进行了无毛刷条和有毛刷条时的 数值计算，得到了模态振型、固有频率等振动规律，揭 示了其振动特性。 （３） 在模拟实际工况下做了振动测试，并与仿真 数据在频域上进行了比较。 仿真得出的脱棉转子前六 阶固有频率在 ５２． ６３ ～ ２４９． ００ Ｈｚ，有效的避免了产生 共振，试验测得的前六阶固有频率与仿真前六阶固有 频率对应良好，验证了模型与计算方法的有效性。 为 脱棉转子设计与优化提供了有效手段和方法参考。 参 考 文 献 ［ １］ 张杰，王力，赵新民． 我国棉花产业的困境与出路［Ｊ］． 农业 经济问题，２０１４，３５（９）２８⁃３４． ＺＨＡＮＧ Ｊｉｅ，ＷＡＮＧ Ｌｉ，ＺＨＡＯ Ｘｉｎｍｉｎ． Ｄｉｌｅｍｍａ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ ｃｈｉｎａ ［ Ｊ ］． Ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｃｏｎｏｍｙ，２０１４，３５（９）２８⁃３４． ［ ２］ 毕新胜． 采棉机采摘头水平摘锭工作机理的研究［Ｄ］． 石 河子石河子大学， ２００７． ［ ３］ 杨潇． 采棉机的研究现状及关键技术． 全国各省区市机械 工程学会、云南省机械工程学会． ２０１５ 年第五届全国地方 机械工程学会学术年会暨中国制造 ２０２５ 发展论坛论文集 ［Ｃ］ ／ ／ 全国各省区市机械工程学会、云南省机械工程学 会云南省机械工程学会，２０１５． ［ ４］ 端景波， 张晓辉， 范国强，等． 棉花机械化采收技术的现状 与研究［Ｊ］． 中国农机化学报， ２０１４，３５（３）６２⁃６５． ＤＵＡＮ Ｊｉｎｇｂｏ， ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｈｕｉ， ＦＡＮ Ｇｕｏｑｉａｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｃｏｖｅｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ， ２０１４，３５（３）６２⁃６５． ［ ５］ ＫＥＰＮＥＲ Ｒ Ａ， ＣＵＲＬＥＹ Ｒ Ｇ， ＢＲＯＯＫＳ Ｃ Ｒ， ｅｔ ａｌ． Ａ ｂｒｕｓｈ⁃ｔｙｐｅ ｓｔｒｉｐｐｅｒ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｅ⁃ｒｏｗ ｃｏｔｔｏｎ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＡＢＥ，１９７９，２２（６）１２３４⁃１２３７． ０２１振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 ［ ６］ ＦＡＩＲＣＬＯＴＨ Ｊ Ｃ， ＨＵＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｒ， ＢＡＲＮＥＴＴ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ａｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｃｏｔｔｏｎ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｌｏｕｉｓｉａｎａ⁃⁃ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐｐｅｒ ａｎｄ ｓｐｉｎｄｌｅ ｈａｒｖｅｓｔｅｒ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｔｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２００４，８（２）５５⁃６１． ［ ７］ ＷＡＮＪＵＲＡ Ｊ Ｄ， ＢＯＭＡＮ Ｒ Ｋ， ＫＥＬＬＥＹ Ｍ Ｓ， ｅｔ ａｌ． Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｃｏｔｔｏｎ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｈｉｇｈ ｐｌａｉｎｓ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， ２０１３，２９（３）３２１⁃３３２． ［ ８］ 杨怀君，周亚立，刘向新，等． 刮板毛刷式采棉机采摘部件 的研究［Ｊ］． 农机化研究，２０１０，３２（３）４９⁃５１． ＹＡＮＧ Ｈｕａｉｊｕｎ， ＺＨＯＵ Ｙａｌｉ， ＬＩＵＸｉａｎｇｘｉｎ， ｅｔａｌ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆ ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｎｉｔｏｎ ｓｃｒａｐｅｒ⁃ｂｒｕｓｈ ｃｏｔｔｏｎ ｓｔｒｉｐｐｅｒ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１０，３２（３） ４９⁃５１． ［ ９］ 刘向新，周亚立，杨怀君． 刮板毛刷式采棉机采摘部件的有 限元分析基于 Ｐｒｏ／ Ｅ［Ｊ］． 农机化研究，２０１１，３３（４） ２５⁃２７． ＬＩＵ Ｘｉａｎｇｘｉｎ， ＺＨＯＵＹａｌｉ， ＹＡＮＧＨｕａｉｊｕｎ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｎｉｔｏｎ ｓｃｒａｐｅｒ⁃ｂｒｕｓｈ ｓｔｒｉｐｐｅｒ ｃｏｔｔｏｎ⁃ｂａｓｅｄｏｎＰｒｏ／ Ｅ［ Ｊ ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２０１１，３３（４）２５⁃２７． ［１０］ 魏俊，王云霞，石磊，等． 刷辊式采棉机刷棉辊动力学分析 ［Ｊ］． 农机化研究，２０１６，３８（６）１０６⁃１０９． ＷＥＩ Ｊｕｎ，ＷＡＮＧ Ｙｕｎｘｉａ，ＳＨＩ Ｌｅｉ，ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏｔｔｏｎ⁃ｂｅａｔｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｅｒ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ⁃ｔｙｐｅ ｃｏｔｔｏｎ ｈａｒｖｅｓｔｅｒ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２０１６，３８（６）１０６⁃１０９． ［１１］ 潘金坤，袁建宁，石磊，等． 刷辊式采棉机刷棉辊运动学仿 真分析［Ｊ］． 农机化研究，２０１５，３７（１２）６３⁃６９． ＰＡＮ Ｊｉｎｋｕｎ，ＹＵＡＮ Ｊｉａｎｎｉｎｇ，ＳＨＩ Ｌｅｉ， ｅｔ ａｌ． Ｒｏｌｌｅｒ ｂａｔ’ ｓ ｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ