农作物秸秆是一种可以综合利用的重要生物资源．农作物秸秆的开发利用是一项重要的农业工程。农作物秸秆的粉碎是对其开发利用过程中的一个重要的工序。目前，复合式秸秆粉碎机在农村中被广泛的应用．由于没有统一的设计标准和规范，其样式和结构也多种多样。转子是复合式秸秆粉碎机的主要工作部件，其设计参数是否合理，对秸秆的粉碎处理质量、工作效率以及功耗等具有重要的影响。传统的设计方法一般是根据客户的要求绘制二维图纸交由工厂进行制造，然后对组装成的产品进行物理样机试验，检验机器的性能以及设计的合理性。该过程往往耗时长，成本比较高。本研究将虚拟样机技术引入秸秆粉碎机械的设计领域，采用Pro/E进行三维造型设计，过程为：首先，根据二维的设计数据来生成三维零件；然后，对三维零件进行虚拟装配，装配完毕后进行模型分析，也可以对装配体进行运动仿真，观察其运动状态；最后，根据模型分析和动态仿真结果确定修改方案。
1、复合式秸秆粉碎机转子的三维建模
本研究以江苏大学农业工程学院实验室的F-500秸秆粉碎机转子为设计原型，利用Pro/E建立复合式秸秆粉碎机转子的虚拟样机模型。在建模中主要运用了拉伸、旋转、扫描混合等建模命令，富通新能源生产销售的秸秆粉碎机如下图所示：
1.1主要零件的建模复合式秸秆粉碎机转子的零件数量很多，有几十个，这里以主轴、动刀座、锤架板、锤片、动刀片等为例介绍零件的建模。
1)主轴。主轴是粉碎机转子的重要组成部分，主要起传递动力的作用。轴上加工有键槽和螺纹，起固定锤架板和定位套筒的作用。阶梯轴通过旋转特征生成，然后再使用拉伸切除命令创建键槽特征，使用螺旋扫描(Helix Swept)生成螺纹特征。
2)动刀座。动刀座主要用来固定切割动刀，通过键与主轴一起旋转运动。它主要通过拉伸(Ex-trude)、孔(Hole)等命令完成。
3)锤架板。锤架板主要起着固定销轴和锤片的作用。其与主轴通过键槽传递动力。锤架板结构简单，通过两次拉伸命令即可生成。
4)锤片。锤片是粉碎秸秆物料的核心部件。它与销轴销接，工作时通过与秸秆物料的碰撞、摩擦和揉搓来粉碎秸秆。锤片的形状已经标准化。本研究中采用的是标准化的矩形锤片，结构形状简单。通过拉伸和孔(Hole)命令生成。
1.2转子的虚拟装配
转子的虚拟装配过程比较繁琐，需要对不同的零件添加不同的约束。Pro/E软件的装配中常用的约束命令有匹配(Mate)、对齐(Align)和插入(lnsert)等命令。用户可以根据需要安排不同的装配顺序，来保证零件按设计意图组合在一起。由于需要对转子进行动态仿真分析，本研究在装配的过程中第一步先建立了一个骨架模型，然后再逐步调入零件模型．在骨架中装配模型。骨架模型的好处在于可以方便装配一些比较繁琐的系统，用户通过预先设定一些装配参数来减少装配中的难度。
2、转子的运动仿真分析
Pro/E软件的机构运动分析可以完成各种机构的运动分析，在运动分析中．可以在不考虑模型系统的作用力情况下分析机构运动情况，并可以测量运动主体的位置、速度和加速度的改变，对机构运动元件进行干涉检查．还可以输出运动元件的运动轨迹和包络图。运动分析的基本过程主要包括模型的创建、定义机构图元、分析准备、分析模型、结果检视和最佳化模型六个阶段。
2.1锤片末端位置仿真
锤片是主要的粉碎部件，其在运行中的位置影响物料粉碎的效果，对其在运动中位置的研究有助于更好地改进设计。传统设计是无法做到这点的，因为锤片位于粉碎机的内部，是无法直接观察到的。而通过Pro/E对虚拟样机转子的运动仿真．可以得到这些数据。图4是对转子进行运动仿真时得到的锤片末端位置与运动时间的关系曲线图。该曲线初始设定电动机转速为3000r/min，设定仿真时间为5s，帧数为50。
2.2转子运动包络图
运动包络图可以明了的看到各零件的运动轨迹范围。本研究中在获取转子系统的运动包络图时，设定质量等级为4。
2.3仿真结果分析讨论
在锤片位置仿真分析中可以看到．锤片末端到转动轴的位置做周期性的小幅度摆动。这一现象的产生与锤片的结构特征有关。锤片与销轴是铰接形式，每个锤片在随销轴绕转子旋转中心转动的同时．锤片质心将绕销轴轴心做周期摆动。该现象在文献[6]中有具体计算介绍，本研究不再叙述。从中可以看出，仿真结果是比较真实可靠的。
3、结束语
用Pro/E．建立了复合式秸秆粉碎机的转子的三维模型，并对其进行了运动仿真分析．得到了锤片末端位置与运动时间的关系曲线图，对转子进行了干涉检验，并对仿真结果进行了探讨分析，为更好的设计改进转子提供了理论依据。实践表明，基于Pro/E的虚拟样机技术应用于复合式秸秆粉碎机转子的设计与分析，可以显著地提高产品的开发效率，降低设计成本。本研究为农机产品的开发设计提供了方法和参考。
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