雙刀盤割草機割草性能分析

歐陽兆彰　李偉業(yè)

摘 要：割草器的工作性能對割草機的工作效率、使用壽命有重要的影響。通過理論計算與基于有限元分析方法，對自主研發(fā)的割草機進行性能分析，評價割草器的工作效率與安全性。本文對割草器特性的研究工作，為下一步設計工作提供依據(jù)，縮短開發(fā)周期，提高城市綠化工作效率有著重要意義。

關鍵詞：割草機割草器；靜態(tài)特性；有限元分析

割草器是割草機的關鍵工作部件。它性能的好壞對割草機設計有著重要的影響，是開發(fā)設計過程中的重要環(huán)節(jié)。割草機在戶外草坪修剪工作中還承受各種復雜多變的外界載荷，刀片作為割草器的主要受載部件必須有合理的強度，才能確保整機的工作安全與效率。

江門市公路局與江門職業(yè)技術學院聯(lián)合開發(fā)的新型割草機，三維設計圖如圖1所示。該割草機具有自主研發(fā)的液壓割草機構，能實現(xiàn)升降、收縮，完成各種草坪的修剪工作要求。根據(jù)城市綠化的工作要求，割草機組的工作速度在5～lOkm/h之間，割草器采用雙刀盤結(jié)構，使割草機工作幅寬達到1.2m，每個刀盤可安裝刀片數(shù)目為2～4片，刀盤經(jīng)電機與減速機構帶動進行工作，結(jié)構如圖2所示。

1 割草器主要技術性能與參數(shù)

（1）確定刀盤直徑、刀盤數(shù)和刀片數(shù)目，刀盤直徑的大小和切割器的傳動形式有一定關系。在一定的割草機割幅下，刀盤直徑大，刀盤數(shù)將減少，傳動機構也將簡化。本設計綜合考慮最終確定刀盤數(shù)為2個，每個刀盤上割草器數(shù)目為3片，刀盤直徑為500mm。

（2）配套動力采用380V發(fā)電機，轉(zhuǎn)速3850r/min、最大油耗1.2l/h，連同2.8kW電機驅(qū)動，使它在工作期間隨時變動自己所需角度、平整度、高度、寬度和速度。

（3）割草機的工作速度在5～lOkm/h之間，割草機配有安全警示裝置，同時具備大功率吹風機，能快速清理剩余雜草，從而達到一次性完成工作流程，根據(jù)實際情況，本割草機的切割速度定為g=60m/s。

（4）當割草機電機輸出轉(zhuǎn)速為2000r/min時，割草器各主要工作參數(shù)的選擇與計算如下：①刀盤直徑D=500mm；②刀盤切割速度g=60m/s；③刀盤經(jīng)過減速機構，輸出轉(zhuǎn)速n=1500r/min；④刀片數(shù)為k=3。則割草器每秒割草次數(shù)N=nk/60=1500×3/60=75次/s，能較好符合實際工作要求。

2 切割刀片靜態(tài)特性分析

利用Ansys軟件對切割刀片的應力、應變進行分析。刀片材料選為合金鋼，刀片伸出長度32mm，切割速度為60m/s，當碰到硬物時，刀刃斜面承受垂直均布載荷約為g=180n/mm。通過Ansys軟件分析計算，得到刀片應力云圖，如圖3所示。可以觀察與分析車架的最大應力位置。刀片的最大應力出現(xiàn)在前段安裝液壓割草機構處，其最大應力為130MP。割草機車架擬用的鋼得其屈服極限b為375～460MPa，根據(jù)實際情況取安全系數(shù)e=2.5，則許用應力值[]為150～184MP，根據(jù)有限元分析結(jié)果（由圖3可看出）最大應力為由分析結(jié)果max=130MP，即max<[]。因此，擬設計的刀片的靜態(tài)特性能很好滿足強度要求。

3 結(jié)語

通過理論計算，完成了雙刀盤割草機的割草性能的分析計算，并對切割草器刀片進行了靜態(tài)分析，得到割草器刀片在切割硬物時的最大應力為130MP，強度校核分析表明，擬使用的刀片材料能很好滿足工作要求。本文對割草機的割草性能的研究工作，可為下一步設計工作提供依據(jù)，減少割草機開發(fā)周期，降低成本，確保整機開發(fā)質(zhì)量。

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（作者單位：1.江門職業(yè)技術學院；2.江門市公路局）