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兩種甘蔗切割器對甘蔗破頭率影響的力學分析

時間:2018-07-26 16:13   作者: www.hzjzc.cn 點擊:

  甘蔗是我國重要的經濟作物之一。但我國甘蔗生產技術比較落後,生產效率低,生產成本高,采用機械化生產是降低甘蔗生產成本的關鍵所在,機械化收獲技術是製約甘蔗生產全程機械化的一個瓶頸2.目前,甘蔗收獲機存在割茬不齊、破頭率高和切割損失大的缺陷,嚴重影響其性能和推廣應用0.甘蔗機械化收獲中主要完成的任務是切割,它對甘蔗損失和宿根質量有直接的關係,影響到甘蔗第2年的發芽及生長情況n刀=d/AA'C'=n+m,仍然由n和m確定,與單圓盤切割器也是相同的。

  3單圓盤切割器切割甘蔗的受力分析甘蔗莖稈受到刀片切割時,受力如所示。將作用在刀刃楔麵上的力N沿x方向(刀片運動方向)和y方向(垂直x向下)分解,並把x方向的力合並入61,62,得到作用在刀片上的切割力為心1,心2―下刀麵和上刀麵上受到的摩擦力。

  考慮到隨著切削厚度a、切削深度b變化的規律基本一致,且從開始切入至切到甘蔗莖稈半徑時摩擦力較小,將4項合並到一起來研究,式子可簡化為3.1前進速度和圓盤轉速對單圓盤破頭率的影響在不同試驗條件下,破頭率隨著前進速度的增大而增大。其原因是:機車前進速度大,刀片切割甘蔗時,前推甘蔗速度大,使得甘蔗破裂,破頭率增加;與之相反,破頭率隨刀盤轉速的增大而減小,其原因是:由於刀盤轉速高時,刀片線速度大,刀片切割甘蔗速度大,甘蔗易被切斷,破頭率減小。綜合結果為:破頭率隨速比k(機車前進速度與圓盤轉速的比值)的減小而減小。

  3.2刀片刃角和刀盤傾角對單圓盤破頭率的影響單圓盤切割器的破頭率先隨刃角的增大而減小,之後又隨刃角的增大而增大。其原因可從切割瞬間刀刃楔麵的受力情況進行分析,刀刃楔麵受到甘蔗對它的水平阻力F可分解為沿刀刃法向的擠壓力N和刀刃切向的摩擦阻力T,如所示。

  小,但在兩者綜合作用下甘蔗也易破頭。研究結果表明,取刃角為15左右時破頭率最小6-7. 3.3刀片切割角大小對單圓盤破頭率的影響當刀片切割角較小或較大時,破頭率小,其原因是切割角小時,切割力大,切割速度大,有利於克服切割瞬間甘蔗纖維的阻力,減小破頭率;而切割角大時,切割力小,切割速度小,也有利於減小破頭率。切割角為36~39時,破頭率最大,應盡量避免切割角在這一範圍。

  4雙圓盤切割器切割甘蔗的受力分析雙圓盤切割甘蔗主要有刀片橫向正切、刀片斜向下切和刀片斜向上切3種方式。其中,刀片橫向正切所受到的切割阻力最大。根據刀片切割甘蔗方向的不同,其受力分析如所示。

  當橫向正切切割甘蔗時,甘蔗主要是由切割力F的作用切斷,由於甘蔗是各向異性材料,橫向正切受力最大,甘蔗容易出現破裂;當斜向下切或斜向上切甘蔗時,由於刀片運動平麵與水平麵成一定的夾角(即圓盤傾角),甘蔗受到的切割力F可分解為與刀刃線方向平行的力Ft和與刀刃線方向垂直的力代,力Ft對切割各向異性材料有利,且使得刀片切入甘蔗的實際楔角小於刀片橫向正切時的楔角08,提高甘蔗切割的質量。4.1前進速度和圓盤轉速對破頭率的影響通過刀片頂點上的一點P在某一瞬時的運動速度來進行分析,如所示。點P在水平方向上有一前進速度Vm,在切向方向有一旋轉線速度VR(VR =R.),合速度為V,合速度與線速度間的夾角為乙VrPV.當前進速度增大到V、線速度減小到Vr'、合速度為V'時,則夾角相應為乙Vr'P'V'.從可看出,乙Vr'P'V'>VrPV,V'的方向偏向水平方向,使得刀片在線速度方向上的切割力減小,水平方向上V/的增大,也削弱了線速度方向上的切割力,同時使刀刃頂部作用於甘蔗的水平推力增大,有推斷甘蔗的趨勢,不利於甘蔗的切斷,易使甘蔗破裂,破頭率增大。

  因此,可推斷破頭率隨前進速度的增大、圓盤轉速的減小有增大的趨勢。研究表明,雙圓盤切割器的破頭率與速比呈開口向下的拋物線關係,在速度比約為31時,破頭率達到最大值,而後隨著速比的繼續增加,破頭率又降低。

  近90.時,橫向切割力Ft達到最大,正向切割力Fn趨於0,此時刀片呈現完全滑切狀態,切割阻力最小,有利於刀片切斷甘蔗,但Ft達到最大值時,對甘蔗產生的附加扭矩增大,也易使甘蔗破裂,破頭率增大。因此,得出甘蔗的破頭率隨切割角的增大而增大,切割角取較小為宜,一般取10.~25°。

  5結論通過對單圓盤、雙圓盤兩種甘蔗切割器刀片的運動分析,得出刀片上同一點的運動情況是相同的,且它們的不漏割條件相同。不同之處在於:雙圓盤有兩個刀盤參與切割,可使得在一個刀盤上出現漏割的甘蔗被另一個刀盤上的刀片所切割,一般不會發生甘蔗漏割的現象,體現了雙圓盤不漏割的優越性,但漏割的甘蔗破頭率會增加。單圓盤隻與運動參數有關,而雙圓盤與刀片間隔角yS和刀盤傾角有關。
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