单圆盘甘蔗切割器切割破头率影响机理研究

时间:2017/10/18 8:46:00 来源:本网 添加人:admin

  切割破头率(甘蔗破头根数与切割总根数的百分比)是衡量甘蔗收割机切割器工作性能的个重要指标,而切割器的工作因素(前进速度、刀盘转速)、结构因素(刀片刃角、刀片切割角、刀盘倾角、刀片数量)及地面凹凸不平引起的振动因素(频率、振幅)都可能对破头率造成1定影响。研究表明,切割器的前进速度和刀盘转速对切割破头率的影响是确定的,且当前进速度为0.6m/s、刀盘转速为650r/min时(刀盘半径为285mm)切割质量较好11,能保证一定的生产率,但没有考虑田间振动因素对破头率的影响,同时对破头率影响机理研究较少。因此,考虑振动对破头率的影响及探讨各因素对破头率的影响机理,本文采用计算机可视化仿真技术,通过对切割器连续切割甘蔗的运动学仿真,观察每根甘蔗的切割状态,并结合图解法研究影响切割状态的因素对破头率的影响机理。

  1数学模型1.1数学模型以往研究得出破头率在软硬土两种试验条件下与频率、振幅、刀片刃角、刀片切割角、刀盘倾角和刀片数量等6个因素之间的回归数学模型为0基金项目:黑龙江科技学院引进人才科研启动基金项目(06-58)为软土和硬土试验条件下的切割破头率。

  1.2单因素变化对破头率的影响为考察单因素对破头率的影响,用,模拟结果如所示。

  2机理分析2.1振动频率和振幅对破头率的影响机理(a)与(b)表明,频率、振幅与破头率呈线性关系,破头率随频率与振幅增加而增大,且频率与振幅对破头率影响大。

  利用动力学仿真分析软件ADAMS对切割器的切割过程进行仿真,结果表明:多数情况下甘蔗要依次经历多刀切割才能被切断,一刀切断的情况几乎很少;又由于振动的存在,相邻刀片的切口有定高度差,此高度差随频率及振幅的增大而增大,如和所示。

  多刀切割时,第1刀切割后,不仅切掉一部分甘蔗,而且后把刀的切口又在前把刀切口上部某一处(有一定的高度差),使得经历第1刀切割后切口处的承载面积减小,支撑强度降低,同时甘蔗切割时要承受很大的弯曲应力和剪切应力。由于土壤是一种具有弹塑性变形的材料,甘蔗的实际生长状况是在各个方向上均受土壤的抱紧作用,切割时土壤对根部的固紧作用可简化为水平方向的反力P与法向的反力N(如所示),因而可以把刃口前有待切割的甘蔗简化为悬臂梁,在经历两刀切割时,第1刀割后的残余截面(阴影部分)为危险截面。中,刀片以角速度顺时针转动,以速度v水平向右运动,AA为切割高度差,F为切割力。假设第2刀完全切断甘蔗,刀片切入过程中,力F的作用中心通过甘蔗茎轩的形心,对残余部分截面产生弯矩M=FAh但力F不通过残余截面的形心轴y',产生附加扭矩T=F(x'-R)。由于切割力随切割深度变化,当切割至总深度的1/2时切割力达到最大,所以中第2刀切割时切割力达到最大,对茎轩造成的弯矩和扭矩也达到最大,即残余部分截面的形心轴为y',残余部分截面对y'轴的惯性矩为/y.、极惯性矩为Ip,则切口高度差为Ah的第2刀切割对第1刀切割后的残余截面造成的弯曲应力与剪切应力T分别为AA,使得甘蔗在残余部分截面处所受的弯矩M、扭矩T增大,残余部分截面的二次矩减小,使弯曲截面系数与扭转截面系数也减小,导致危险截面处弯曲应力和剪切应力增大,两者的联合作用使甘蔗易在危险截面处产生破裂。当频率定、振幅增大时,相邻切口高差Ah增大,由,相当于在同点切入,且每把刀的切入深度较小,切割力较小,对甘蔗产生的弯矩和扭矩小,故破头率随刀片数目增加而减小。

  刃角在15左右、刀片数目多时,破头率小。交互作用原因与单因素分析相同。

  3结论频率、振幅对破头率影响显者,破头率随频率、振幅的增大而增大。切割器设计时,应考虑增加减振措施,在硬土试验条件和软土试验条件下,各试验因素对破头率基本具有相同的影响趋势,但软土试验条件下的破头率较硬土的稍高。其原因是较软土壤对甘蔗的固紧作用力小于较硬土壤对甘蔗的固紧作用力,甘蔗切割时要受到很大的冲击力,较小的固紧作用力使甘蔗的支撑强度降低,易弯曲,甘蔗易破头,导致土壤较软试验条件下的破头率比土壤较硬试验条件下的破头率稍高。

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