蒲草切碎裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：本文主要以云南通海蒲草切碎機(jī)中切碎器為研究原型，通過(guò)對(duì)切碎原理的分析，切碎方式的選擇，選擇采用輪刀式切碎，通過(guò)對(duì)常規(guī)動(dòng)刀片切碎性能分析，滑切角在 35°～45°范圍內(nèi)時(shí)隨著滑切角的增大動(dòng)刀片的切割扭矩降低即切碎能耗消耗越低，提出一種變化切角動(dòng)刀，兩個(gè)切割滑切面滑切角在35°～45°范圍內(nèi)，通過(guò)SolidWorks軟件中的插件simulationXpress對(duì)新提出的變滑切角動(dòng)刀片進(jìn)行了靜態(tài)應(yīng)力仿真分析，在外部載荷均為300N作用下，變滑切動(dòng)刀片收受應(yīng)力、變形比例、最小安全系數(shù)和發(fā)生的位移較低，通過(guò)平均切割扭矩即能耗消耗和靜態(tài)應(yīng)力仿真分析得出變滑切角動(dòng)刀為蒲草切碎的最佳動(dòng)刀片。使蒲草切碎裝置得以優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：切碎裝置;常規(guī)動(dòng)刀片;simulationXpress;變滑切動(dòng)刀片

一、 蒲草切碎裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1切碎器設(shè)計(jì)

蒲草切碎器是蒲草切碎機(jī)的最主要工作部件，對(duì)蒲草切碎的切碎質(zhì)量、工作效率及切碎時(shí)能耗消耗有著重要影響。影響蒲草切碎機(jī)切碎器性能的主要因素包括電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、切碎時(shí)的滑切角、動(dòng)定刀片之間的間隙[1]。分析各主要因素對(duì)切割器性能的影響作用，提出各參數(shù)的選擇范圍，為切碎器的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。本文為了使蒲草能切成10～20mm長(zhǎng)的碎段。影響切碎性能的主要因素有：（l）切割時(shí)要產(chǎn)生滑切，以減少切割阻力。（2）切割穩(wěn)定（3）切割阻力矩變化均勻。（4）刀片的鋒利度要適宜及刀片與入料口之間的間隙盡可能小。

1.1.1 蒲草切碎原理分析

按照切碎器刀片刃線運(yùn)動(dòng)方式，切割可以分為砍切和滑切兩種。由于滑切使刀片斜置切入，實(shí)際刃角相應(yīng)變小，刃線變銳，切割阻力減少，因此滑切比砍切省力，且在一定滑切角范圍內(nèi)，滑切程度越大，切割越省力[2]。1.1.2蒲草切碎方式選擇

蒲草切碎方式主要有輪刀式切碎、滾刀式切碎和錘片式切碎等。輪刀式切碎質(zhì)量好，刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。滾刀式切碎滑切作用強(qiáng)，切割阻力小，但切碎體不能自動(dòng)拋出，刀片剛度差，不適合硬莖稈切碎。錘片式切碎是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來(lái)?yè)羲槠巡?，刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但能耗高[3]

二、 蒲草切碎裝置切碎器刀刃曲線分析

2.1 切碎裝置工作原理

蒲草切碎機(jī)主要由喂入機(jī)構(gòu)、切碎器、拋送機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)等部分組成。切碎器是蒲草切碎裝置的重要組成部分，動(dòng)刀片和拋送葉片安裝在3個(gè)互呈120°的刀架上。

2.2變滑切動(dòng)刀的提出

由于蒲草韌性強(qiáng)，常規(guī)的動(dòng)刀片在一定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速帶動(dòng)下切碎效率低下，通過(guò)對(duì)輪刀式切碎器實(shí)驗(yàn)的分析可以知道在滑切角為35°～45°范圍內(nèi)切割能耗消耗較小，又在25°～50°范圍內(nèi)隨著滑切角的增大，切碎能耗消耗得越低[27]。提出變滑切的一個(gè)面的滑切面角為45°，第二個(gè)滑切面的滑切角為38°其它參數(shù)同前面設(shè)計(jì)的等滑切動(dòng)刀一樣。

三、變滑切角動(dòng)刀仿真分析

（1）完成仿真圖的導(dǎo)入

將鼠標(biāo)光標(biāo)放在【文件】位置，然后點(diǎn)擊【打開(kāi)】命令按鈕，在文件類型列表中找到變滑切角動(dòng)刀，點(diǎn)擊打開(kāi)。

選項(xiàng)【工具】|【SimulationXpress】菜單命令，彈出【SimulationXpress】

屬性管理器，點(diǎn)擊【SimulationXpress】仿真插件就會(huì)自動(dòng)裝載仿真。 在【歡迎】屬性管理器中，單擊【選項(xiàng)】命令按鈕，彈出【SimulationXpress】 設(shè)置界面，設(shè)置【單位系統(tǒng)】為【公制】，并指定文件保存的【結(jié)果位置】，

（2）約束模型面操作

單擊【夾具】（約束）選項(xiàng)卡，出現(xiàn)應(yīng)用約束界面，點(diǎn)擊添加夾具，選擇要約束的模型面單擊再在左上方點(diǎn)擊√按鈕，約束步驟即完成。 ①點(diǎn)擊【載荷】命令按鈕，將會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用載荷界面。

②單擊【添加力】命令按鈕，彈出【力】屬性設(shè)置框。

③在圖形區(qū)域中單擊變滑切的兩個(gè)滑切面上，單選【法向】，

（4）定義變滑切動(dòng)刀材料

在材料屬性管理器中，可以選擇SolidWorks2014預(yù)置的材質(zhì)。這里選擇同直線刃、圓弧刃、等滑切動(dòng)刀一樣的材料【65Mn】（通過(guò)新建材質(zhì)、定義材質(zhì)屬性得到）選項(xiàng)，單擊【應(yīng)用】命令按鈕，65Mn材料就會(huì)應(yīng)用到模型上，單擊【關(guān)閉】命令按鈕，材料的設(shè)定完成，如圖5-32所示，最后單擊【下一步】命令按鈕。

（5）運(yùn)行分析

單擊【運(yùn)行】按鈕，再單擊【運(yùn)行模型】命令按鈕，屏幕上顯示運(yùn)行狀態(tài)及分析變滑切動(dòng)刀的仿真信息。會(huì)顯示變滑切動(dòng)刀的變形比例。

（6）觀察結(jié)果

單擊【顯示von Mises】選項(xiàng)按鈕，變滑切動(dòng)刀的仿真效果所受的應(yīng)力圖就會(huì)顯示出來(lái)。單擊【顯示位移】選項(xiàng)命令按鈕，變滑切動(dòng)刀片的變形位移就會(huì)顯示出來(lái)。

（7）結(jié)果分析：通過(guò)仿真分析，優(yōu)先選用變滑切動(dòng)刀來(lái)進(jìn)行蒲草切碎裝置的優(yōu)化，形變量、位移量、所受應(yīng)力和最小安全系數(shù)，這些是選用刀片來(lái)優(yōu)化切碎裝置的重要因素[4]，得出用新提出的變滑切角動(dòng)刀片切碎蒲草可以起到優(yōu)化蒲草切碎裝置的作用。

四、結(jié)論

（1）在相同的載荷200N作用下，變滑切角動(dòng)刀片的變形比例還要小，說(shuō)明在使用面滑切時(shí)能減小變形，在優(yōu)化設(shè)計(jì)蒲草切碎裝置時(shí)優(yōu)先選用面滑切。

（2）新提出的變滑切角動(dòng)刀片在相同載荷作用下收受應(yīng)力、位移和最小安全系數(shù)比等滑切角動(dòng)刀片，直線刃動(dòng)刀片，圓弧刃動(dòng)刀片要小。

（3） 在相同載荷、相同的動(dòng)定刀片間隙、相同的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速條件下，滑切角在 35°～45°范圍內(nèi)，切割轉(zhuǎn)角在45°～65°范圍內(nèi)時(shí)，切割的平均扭矩較低，切割能耗較小。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃德超，王瑞麗.鍘草機(jī)切碎器性能分析[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備.2009（06）

[2]尤嘉陵，等滑切角曲線刃圓盤(pán)式切碎器的研究，四川農(nóng)機(jī).1983（3）：22-27.

[3] 樸香蘭等. 直刃盤(pán)刀式切碎器功耗的影響因素分析[J]，農(nóng)機(jī)化研究。1998（4）：52-53.

[4] 何磊，曹衛(wèi)彬，李樹(shù)峰.基于SolidWorks的切碎刀片的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（3）：181-1821.

作者簡(jiǎn)介：

李建軍（1989.12-），男，漢族，湖南邵陽(yáng)人，CAD應(yīng)用工程師，碩士，主要從事汽車機(jī)械類教育研究

（云南城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院? ?云南省? ?昆明市? 650000）