切捆除膜機(jī)的設(shè)計(jì)與模態(tài)分析

陳玉華，田富洋，閆銀發(fā)，宋占華，李法德，張忠良

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院/山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018；2.肥城市畜豐農(nóng)牧機(jī)械有限公司，山東 泰安 271608)

0 引言

隨著國(guó)家“糧改飼”政策的不斷推廣實(shí)施，青貯飼草打捆包膜技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)牧草青貯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。將充分混合的全混合日糧用專業(yè)青貯打捆機(jī)壓實(shí),然后通過(guò)青貯裹包機(jī)利用塑料拉伸膜將其緊緊密封，從而創(chuàng)造一個(gè)厭氧的發(fā)酵環(huán)境，制作出營(yíng)養(yǎng)搭配合理、能夠長(zhǎng)期貯存的日糧。打捆包膜技術(shù)與傳統(tǒng)窖貯工藝相比具有投資少、見(jiàn)效快、效益高、便于貯存和商品化運(yùn)輸、青貯質(zhì)量好、浪費(fèi)極少、霉變損失少等優(yōu)點(diǎn)[1-15]。

然而，使用包膜青貯具有一些缺點(diǎn)，特別是當(dāng)把包裹在青貯捆中的飼草料準(zhǔn)備用來(lái)喂養(yǎng)牲畜時(shí)，首先需要人工借助小刀具實(shí)現(xiàn)塑料膜與飼草料完全分離，以免牲畜誤食摻雜塑料膜的飼草料進(jìn)而對(duì)其健康造成嚴(yán)重危害；其次，青貯塑料膜通常是不可生物降解的材料，隨意丟棄會(huì)污染環(huán)境，必須以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理；此外，青貯飼草通常需多層塑料拉伸膜將其包裹壓實(shí)，要想人工手動(dòng)從青貯捆中快速分離塑料膜也有一定的操作難度。

為此，本文主要針對(duì)裹包青貯圓捆和方捆(以下統(tǒng)稱“捆包”)的塑料拉伸膜設(shè)計(jì)一種切捆除膜機(jī)，一人一臺(tái)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)捆包的抓捆、運(yùn)輸、切捆、除膜及裝料等作業(yè)，有效解決了打捆包膜青貯料需人工取捆及手動(dòng)除膜所導(dǎo)致的勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，以及廢膜亂扔造成的環(huán)境污染等問(wèn)題。

1 主要構(gòu)造及工作原理

1.1 主要構(gòu)造

切捆除膜機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.上部構(gòu)件 2.下部構(gòu)件 3.支撐機(jī)架 4.夾持裝置 5.支撐裝置 6.切割裝置 7.承載臂 8.主液壓油缸 9.樞軸銷 10.端板 11.主樞轉(zhuǎn)軸軸線 12.裝載機(jī)

切捆除膜機(jī)主要由支撐裝置、切割裝置、夾持裝置、液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置及裝載機(jī)等部分組成。

1.2 工作原理

調(diào)整掛接在裝載機(jī)上切捆除膜機(jī)的工作位置，啟動(dòng)切捆除膜機(jī)，利用液壓系統(tǒng)操控支撐裝置保持青貯捆包的固定，液壓操控夾持裝置夾住捆包的塑料膜，同時(shí)通過(guò)主液壓油缸驅(qū)動(dòng)切割裝置夾緊捆包并向上提升；然后，運(yùn)輸捆包至TMR攪拌機(jī)料箱上方位置，再利用切割裝置在主油缸驅(qū)動(dòng)下將捆包的塑料包膜逐步切開(kāi)，解除與青貯飼草料的附著力；當(dāng)切割裝置幾乎完全切開(kāi)捆包時(shí)，包膜內(nèi)的全部飼草料會(huì)在自重作用下落入TMR攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希员氵M(jìn)一步完成全混合日糧的制備；待捆包內(nèi)飼草料與塑料膜實(shí)現(xiàn)完全分離時(shí)，切捆除膜機(jī)可從TMR攪拌機(jī)料箱上方位置移開(kāi)，而此時(shí)廢膜仍阻滯在夾持裝置上，在進(jìn)入下一個(gè)捆包抓取工序前，由液壓操控夾持裝置將廢膜卸下，方便集中回收處理。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 Maintechnicalspecifications

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 支撐裝置的設(shè)計(jì)

支撐裝置包括垂直安裝的支撐機(jī)架及從支撐機(jī)架的下部構(gòu)件橫向延伸的至少兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)叉齒捆包支撐構(gòu)件。叉齒捆包支撐構(gòu)件構(gòu)成固定和支撐捆包的支撐裝置部分，以便于把位于地面上捆包通過(guò)叉齒抵住進(jìn)而將其托起；支撐裝置還包括一個(gè)矩形截面鋼制的下部構(gòu)件和1個(gè)與之間隔平行的矩形鋼制上部構(gòu)件，它們各自的兩端由相應(yīng)的兩塊鋼制端板固定連接。

叉齒捆包支撐構(gòu)件的頂部一小段部分形成一個(gè)錐形尖端，亦或是沿著整個(gè)叉齒長(zhǎng)度從下部構(gòu)件基部到末梢端逐漸變細(xì)的近似錐形體，如圖2所示。當(dāng)切捆除膜機(jī)將捆包運(yùn)輸至目的地時(shí)，叉齒起到固定和支撐捆包的作用。在切捆除膜機(jī)抓取捆包的過(guò)程中，若捆包整體尺寸較小，叉齒可直接托起捆包；若捆包整體尺寸較大，叉齒尖端可直接插入捆包中，然后通過(guò)切捆除膜機(jī)將捆包提升至水平位置，再運(yùn)輸至TMR飼料攪拌機(jī)料箱上方準(zhǔn)備切捆作業(yè)。

圖2 叉齒結(jié)構(gòu)剖面示意圖Fig.2 Cross-sectional view of tine

在正常作業(yè)時(shí)，通過(guò)安裝在拖拉機(jī)或其它合適機(jī)具前端裝載設(shè)備上的切捆除膜機(jī)及連接到拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的主液壓油缸液壓回路，可調(diào)整切捆除膜機(jī)的位置方向，使其處于等待工作狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)主液壓油缸使切割裝置升高至完全張開(kāi)狀態(tài)，并且?jiàn)A持裝置處于釋放狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)切捆除膜機(jī)朝向捆包運(yùn)動(dòng)，叉齒尖端靠近地面且抵靠住捆包；此時(shí)，捆包的幾何中心軸線平行于主樞轉(zhuǎn)軸軸線，然后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)切捆除膜機(jī)與捆包緊密接合，使得捆包的塑料拉伸膜可被正處于釋放狀態(tài)的夾持裝置夾緊固定。

切捆除膜機(jī)的叉齒能有效地限定切捆除膜機(jī)上的捆包支撐平面。捆包支撐平面沿著垂直支撐機(jī)架方向橫向水平延伸，當(dāng)切割裝置處于張開(kāi)的第1狀態(tài)，其切刀切割刃位于由叉齒限定捆包支撐平面的上方位置處，并且處于第1狀態(tài)下的切刀切割刃與捆包支撐平面共同限定捆包的容納空間；當(dāng)切割裝置從張開(kāi)第1狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)到切割第2狀態(tài)時(shí)，其切刀切割刃大致沿著朝向捆包支撐平面位置的方向移動(dòng)，以便于繼續(xù)進(jìn)行分割飼草捆并同時(shí)切割塑料拉伸膜的作業(yè)。

2.2 切割裝置的設(shè)計(jì)

切割裝置包括附帶縱向延伸鋸齒狀切割刃的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)切刀。切刀固定安裝在可圍繞主樞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的承載臂上，可以從圖3(a)所示的第1狀態(tài)圍繞主樞軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從捆包的外部向下切過(guò)捆包將其分割，并將塑料拉伸膜切割至圖3(b)所示的第2狀態(tài)。切刀切割刃可從第1狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)至與叉齒捆包支撐構(gòu)件鄰近但略微間隔一段距離的第2狀態(tài)，其切刀切割刃相對(duì)于叉齒捆包支撐構(gòu)件定位。切割刃用于切分捆包至兩半但要避免直接接觸位于叉齒支撐構(gòu)件上面的塑料拉伸膜而使其被完全切割穿透，即第2狀態(tài)的切刀切割刃位于叉齒上方且稍微間隔開(kāi)一定距離的位置，以便即使捆包被分割但塑料拉伸膜仍然沒(méi)有被徹底一分為二而且還保持為一個(gè)整塊。

1.捆包 2.捆包幾何中心軸線 3.塑料拉伸膜 >4.叉齒支撐構(gòu)件 5.樞軸銷 6.主液壓油缸7.承載臂

玉米秸稈裹包青貯大多是將收穗后的秸稈去除雜物和根莖之后再進(jìn)行調(diào)制，使用相關(guān)機(jī)械設(shè)備對(duì)秸稈壓扁、揉搓及擠絲等精細(xì)加工，然后打捆壓實(shí)，通常草捆容重為500～600kg/m3，壓縮率40%左右。最后，草捆需用專用青貯塑料拉伸膜包裹，使其處于一個(gè)最佳的密封發(fā)酵環(huán)境，經(jīng)過(guò) 3～6 周時(shí)間，可完成乳酸菌自然發(fā)酵的過(guò)程[16]。在反芻牲畜飼養(yǎng)方面，針對(duì)不同的動(dòng)物所選擇青貯塑料拉伸膜的包膜層數(shù)也有所區(qū)別。針對(duì)羊來(lái)講，因其需要較多干物質(zhì)的物料，所以包膜層數(shù)相對(duì)要多一些，大致需要包裹6層；而對(duì)于牛來(lái)講，包膜層數(shù)只需要包裹4層即可，當(dāng)然，青貯包膜層數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的包膜材料及不同的用途進(jìn)行靈活調(diào)整。

切捆除膜機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸適合于切割直徑和軸向長(zhǎng)度約為1.3m的圓形捆包，主樞轉(zhuǎn)軸軸線分別同支撐裝置的下部和上部構(gòu)件平行，切刀可繞主樞軸軸線在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行切捆作業(yè)時(shí)，放置在叉齒支撐構(gòu)件上的捆包幾何中心軸線基本上平行于主樞軸軸線，使得當(dāng)切刀從第一狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到第二狀態(tài)時(shí)，切刀近似切過(guò)捆包的幾何中心軸線，以將捆包分割成大致相等的兩半。雖然，本文的切刀兩端被描述為固定在一對(duì)承載臂上，但在某些情況下，也可設(shè)想切刀固定在單個(gè)承載臂上。

2.3 夾持裝置的設(shè)計(jì)

用于夾持和夾緊捆包塑料拉伸膜的夾持裝置(見(jiàn)圖4)大體安裝在支撐裝置上部構(gòu)件的中間位置。夾持裝置包括一對(duì)夾鉗，即用于夾緊塑料拉伸膜的下部固定夾鉗和上部可動(dòng)夾鉗，下部固定夾鉗和上部可動(dòng)夾鉗分別由一塊槽鋼組成，且每個(gè)夾鉗各限定一個(gè)細(xì)長(zhǎng)夾持邊，兩個(gè)夾持邊能彼此接觸重合，用于在不穿透塑料拉伸膜的前提下咬合夾緊塑料拉伸膜。下部固定夾鉗焊接到支撐裝置上部構(gòu)件的一對(duì)固定安裝板位置處，而上部可動(dòng)夾鉗安裝在一對(duì)可動(dòng)安裝板上，其與固定安裝板通過(guò)一對(duì)樞軸銷共同限定一個(gè)副樞軸。當(dāng)夾鉗夾持邊處于彼此間隔開(kāi)的釋放狀態(tài)時(shí)，上部可動(dòng)夾鉗可圍繞副樞軸向下轉(zhuǎn)動(dòng)使之處于夾緊狀態(tài)；同理，當(dāng)夾鉗夾持邊彼此接觸且處于夾持塑料拉伸膜的夾緊狀態(tài)時(shí)，上部可動(dòng)夾鉗也可圍繞副樞軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)使之處于松開(kāi)狀態(tài)。促使夾持裝置工作的液壓油缸作用于固定安裝板和上部可動(dòng)夾鉗，以驅(qū)動(dòng)上部可動(dòng)夾鉗在釋放和夾緊兩種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。夾持裝置液壓缸包括連接第1樞軸銷且位于1對(duì)固定安裝板之間的1個(gè)缸筒及1個(gè)與缸筒相配合的活塞桿，活塞桿末端通過(guò)第2樞軸銷與1對(duì)聯(lián)接板相連接。

1.夾持裝置 2. 活塞桿 3.第2樞軸銷 4.聯(lián)接板 5.上部可動(dòng)夾鉗 6.夾持邊 7.下部固定夾鉗 8.第1樞軸銷 9.固定安裝板 10.副樞軸 11.缸筒 12.可動(dòng)安裝板 13.夾持裝置液壓缸

夾持裝置位于叉齒捆包支撐構(gòu)件上方間隔一定距離的支撐裝置上，該距離與沿著叉齒捆包支撐構(gòu)件垂直向上測(cè)量的圓形捆包半徑的長(zhǎng)度大致相等。當(dāng)切捆除膜機(jī)托起捆包時(shí)，操作夾持裝置液壓缸已在切割裝置切割捆包的動(dòng)作發(fā)生之前預(yù)先夾緊捆包塑料拉伸膜；由于夾持裝置的夾鉗之間沒(méi)有附帶可穿透塑料拉伸膜的鋒利爪鉤，當(dāng)夾持裝置夾鉗從夾緊狀態(tài)轉(zhuǎn)換到釋放狀態(tài)時(shí)，塑料拉伸膜很容易地從夾持裝置中脫落而無(wú)需手動(dòng)干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)飼草捆與塑料拉伸膜的完全分離。

當(dāng)捆包加載至叉齒捆包支撐構(gòu)件上且與夾持裝置相觸碰時(shí)，夾持裝置液壓缸驅(qū)動(dòng)上部可動(dòng)夾鉗從釋放狀態(tài)轉(zhuǎn)換為夾持狀態(tài)，以便把捆包塑料拉伸膜夾緊固定；然后操作主液壓油缸，驅(qū)動(dòng)切割裝置從第1狀態(tài)切過(guò)捆包到第2狀態(tài)，切割刃通過(guò)捆包幾何中心軸線并將捆包一分為二；當(dāng)切刀切過(guò)捆包時(shí)，塑料拉伸膜也一同被切割使塑料拉伸膜形成一個(gè)大的切開(kāi)口，再操作前端裝載機(jī)使切捆除膜機(jī)叉齒的遠(yuǎn)端沿大致向下的方向傾斜，已分割的飼草捆在自重作用下落入攪拌機(jī)料箱，隨著切刀從第2狀態(tài)向上運(yùn)動(dòng)至第1狀態(tài)，可繼續(xù)釋放已分割的飼草捆剩余部分，而塑料拉伸膜此時(shí)仍被夾持裝置所夾緊；當(dāng)草捆殘料完全排空后，操作夾持裝置夾鉗使之轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫艩顟B(tài)，以松開(kāi)該一整塊塑料拉伸膜，最后可以將已經(jīng)分離的塑料拉伸膜進(jìn)行集中回收處理。

2.4 液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

切捆除膜機(jī)油缸包括1對(duì)雙作用式主液壓油缸和1個(gè)夾持裝置液壓缸。1對(duì)雙作用式主液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置安裝在相應(yīng)的支撐端板和承載臂之間，可驅(qū)動(dòng)承載臂繞主樞轉(zhuǎn)軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促使切割裝置切刀在第1和第2狀態(tài)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

主液壓油缸還起到約束切割裝置切刀向下運(yùn)動(dòng)的極限位置的作用，使得當(dāng)切刀處于第2狀態(tài)時(shí)，其切刀切割刃與叉齒支撐構(gòu)件相鄰且位于間隔一定距離的上方位置，以防止將塑料拉伸膜徹底一分為二，在分割捆包之后仍使捆包塑料拉伸膜保持為一個(gè)整塊。夾持裝置液壓缸和主液壓油缸由拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓回路供油驅(qū)動(dòng)，預(yù)先操作夾持裝置液壓缸，在主液壓油缸驅(qū)動(dòng)切刀切割刃咬合捆包，以將其切割之前夾持裝置夾鉗就已經(jīng)夾緊捆包塑料拉伸膜，在分割飼草捆全部從切捆除膜機(jī)中排出之后，再驅(qū)動(dòng)夾持裝置夾鉗從夾緊狀態(tài)轉(zhuǎn)換到釋放狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)塑料拉伸膜與分割飼草捆的徹底分離。

主液壓油缸和夾持裝置液壓缸的液壓回路已被設(shè)計(jì)成在開(kāi)始操作主液壓油缸以將切刀從第1狀態(tài)驅(qū)動(dòng)到第2狀態(tài)之前就已經(jīng)完成夾持裝置液壓缸的夾緊執(zhí)行動(dòng)作。設(shè)想在某些情況下，夾持裝置液壓缸和主液壓油缸可以基本上同步啟動(dòng)，則將會(huì)使捆包與夾持裝置夾鉗之間的方位發(fā)生明顯偏離，導(dǎo)致夾鉗不能夾持住捆包塑料拉伸膜；如果在驅(qū)動(dòng)切刀切過(guò)捆包動(dòng)作之前夾持裝置就已經(jīng)夾緊塑料拉伸膜，即使當(dāng)切刀切過(guò)捆包促使捆包位置發(fā)生略微移動(dòng)，且遇到捆包與夾持裝置輕微錯(cuò)位的情況時(shí)，也能有效避免夾持裝置無(wú)法夾住捆包塑料拉伸膜風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生。

3 機(jī)器切割裝置的模態(tài)分析

模態(tài)分析屬于系統(tǒng)辨識(shí)方法在工程振動(dòng)與控制領(lǐng)域中的應(yīng)用,是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的一種近代科學(xué)方法。模態(tài)是機(jī)械構(gòu)造的固有振動(dòng)特性，每一階模態(tài)都對(duì)應(yīng)有特定的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比。通過(guò)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析方法，可得出機(jī)械結(jié)構(gòu)在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的振動(dòng)特性，就可以預(yù)測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)及在內(nèi)部或外部各種振源激勵(lì)作用下的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果，借助模態(tài)分析法獲得模態(tài)參數(shù)并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，就可以把這些特有參數(shù)用于結(jié)構(gòu)的重新優(yōu)化與設(shè)計(jì)?？傊?，模態(tài)分析法是機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、設(shè)備檢測(cè)和故障診斷技術(shù)的重要分析方法[17]。

Ansys Workbench是能與三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks無(wú)縫集成的全功能協(xié)同仿真環(huán)境平臺(tái)，能對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、剛體動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)熱、電磁場(chǎng)，以及耦合場(chǎng)等進(jìn)行優(yōu)化分析模擬。切捆除膜機(jī)切割裝置的切刀材料采用65Mn彈簧鋼，切刀的左右兩個(gè)端面、上端面與承載臂是焊接在一起的，因此可將該切刀的3個(gè)端面設(shè)置為固定約束，并取切刀厚度設(shè)計(jì)值為10mm進(jìn)行模態(tài)分析。在結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析中，由于外激勵(lì)能量往往集中在低頻范圍內(nèi)，高階模態(tài)能量占比很低，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的貢獻(xiàn)很小，因此頻率范圍提取低階模態(tài)0～500Hz，歸納如表2所示。

表2 切刀前6階固有頻率Table 2 The first 6 orders inherent frequency of cutter

切割裝置切刀的前6階振型云圖如圖5所示。

圖5 切刀前6階振型云圖Fig.5 The first 6 ordersmodal shape of cutter

由圖5可知：

1)第1階模態(tài)振型主要是切刀的中間部分發(fā)生了沿Z軸方向的振動(dòng)，最大形變發(fā)生在中間齒刃，大小為21.02mm 。

2)由第2階模態(tài)振型可看出：從左端數(shù)第3個(gè)刀齒和第7個(gè)刀齒均具有明顯沿著Z軸方向的振動(dòng)，最大形變發(fā)生在刀齒尖端外緣處，為20.45mm 。

3)由第3階模態(tài)振型可看出：不僅切刀的中間部分發(fā)生了沿Z軸方向的振動(dòng)，最大形變?yōu)?1.02mm；同時(shí)還伴有沿Y軸方向的扭轉(zhuǎn)變形，從左端數(shù)第3個(gè)刀齒和第7個(gè)刀齒產(chǎn)生了18.68mm的形變。

4)由第4階模態(tài)振型可發(fā)現(xiàn)：從左端數(shù)第2、4、6、8刀齒均發(fā)生了沿Z軸方向振動(dòng)，同時(shí)刀齒4和刀齒8也伴有沿Y軸方向的扭轉(zhuǎn)變形；最大形變發(fā)生在刀齒2和刀齒6的尖端外緣處，大小為22.13mm。

5)由第5階模態(tài)振型可看出：從左端數(shù)第2、5、8刀齒均發(fā)生了沿Z軸方向振動(dòng)，刀齒刃口3和6還伴有較大的沿X軸方向扭轉(zhuǎn)變形；最大形變發(fā)生在刀齒2和刀齒8的尖端外緣處，為26.65mm。

6)由第6階振型可發(fā)現(xiàn)：從左端數(shù)第2、3、7、8刀齒均發(fā)生較大范圍的沿Z軸方向扭轉(zhuǎn)，刀齒2與刀齒3、刀齒7與刀齒8的過(guò)渡區(qū)域還伴有沿X軸方向的小幅振動(dòng)；最大形變發(fā)生在刀齒2和刀齒7的尖端外緣處，大小為29.91mm。

以上這些局部模態(tài)振型表明：切刀各刀齒剛度存在變化不均勻的現(xiàn)象。在切捆除膜機(jī)作業(yè)過(guò)程中，受到捆包飼草料在各個(gè)方向上的剪切擠壓作用，容易使切刀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，因此切刀的彎曲及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)是其結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的主要表現(xiàn)形式。為了避免其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率與切刀發(fā)生共振現(xiàn)象，有3種能改變切刀固有頻率的可選方案。

1)改變切刀厚度，局部加厚或者局部減薄(如當(dāng)工作頻率接近某個(gè)固有頻率時(shí)，可將發(fā)生最大變形的部位進(jìn)行局部加厚)；改變切刀的整體質(zhì)量，進(jìn)而改變其固有頻率。

2)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)切刀刃口曲面的型線，從而提高切刀曲面的結(jié)構(gòu)剛度，改變其自身的固有頻率。

3)為了提高切刀的穩(wěn)定性和可靠性，需要在局部應(yīng)力集中的地方進(jìn)行加固，振動(dòng)幅度較大的部位是兩兩刀齒連接的過(guò)渡處，可采取滲氮或滾壓處理的措施防止裂紋產(chǎn)生。此外，需保證焊接質(zhì)量并在切割裝置應(yīng)力集中的部位焊接加強(qiáng)筋也能有效改善應(yīng)力分布。

4 結(jié)論

1)安裝在拖拉機(jī)前端裝載臂上的切捆除膜機(jī)包括用來(lái)支撐和升運(yùn)捆包的支撐裝置，分割飼草捆和捆包塑料拉伸膜的切割裝置、夾緊塑料拉伸膜的夾持裝置，以及1對(duì)雙作用式主液壓油缸和1個(gè)夾持裝置液壓缸驅(qū)動(dòng)裝置。

2)本文設(shè)計(jì)的切捆除膜機(jī)集抓捆、運(yùn)輸、切捆、除膜以及裝料等作業(yè)功能于一體，顯著提高了捆包的切捆除膜工作效率。通過(guò)對(duì)切割裝置切刀的前6階模態(tài)分析，確定了切刀在各階模態(tài)固有頻率下的振型，并給出了可行的改進(jìn)意見(jiàn)，為切割裝置切刀的最終優(yōu)化設(shè)計(jì)成型及進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)分析提供了理論支持和參考。