小型甘蔗收割机压蔗横杆的设计与仿真分析

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1、2010年7月农机化研究第7期小型甘蔗收割机压蔗横杆的设计与仿真分析刘智彪，梁式，林娟，吕焕培，张正中(1．广西大学机械工程学院，南宁530004；2．上海通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007)摘要：通过对已开发的小型甘蔗收割机在实际切割过程中受力状况的分析，在原有台架上增设一个扶砍蔗辅助装置一压蔗横杆。通过合理的结构设计，并建模仿真，最终证明压蔗横杆不但可以稳固台架，还成为扶砍蔗过程中的一个辅助支点，有助于甘蔗的扶起分流、压倾，便于切割，提高切割质量。关键词：小型甘蔗收割机；压蔗横杆；结构设计

2、；动力学仿真中图分类号：$225．53文献标识码：A文章编号：1003—188X(2010)07-0085-05B点的挠反为1甘蔗支撑切割理论分析FB=—万一×{(_一n)‘+在甘蔗切割过程中甘蔗的变形，直接影响甘蔗表面的切割质量，严重情况下会直接造成甘蔗宿根破[一(H一0)]一}(3)裂，影响甘蔗来年发芽。前人在试验中发现支撑切割甘蔗在有支撑切割时，如图1(C)所示。D点的挠度为对甘蔗的切割质量有影响，却没有进行深入的理论分FNb2析，也没有在试验装置上得到体现。。=加"l"WFND=面Fct3(36一

3、口)(4)一面将甘蔗简化成一端固定铰支的悬臂梁，扶砍蔗辅C点的挠度为助支点看成是可移动的铰支座，切割力、支撑反力看成横向力，分析甘蔗的变形情况。设甘蔗总长为，。=+WFNC=×甘蔗根部与尾部的端点分别为A，B两点，甘蔗切割力为，，切割点D距甘蔗根部的距离为口，支撑点对甘蔗{(+[6-(6)一的支撑力为，力F与力的方向相反，支撑点C(5)距甘蔗根部的距离为b，甘蔗在有无辅助支撑点两种B点的挠度为情况下的受力分析简图如图1(a)所示。利用叠加法：FB-1-WFNB=丽{(一n)+可将图1(c)中甘蔗的变形分解

4、成图1(a)和图l(b)所示的两种载荷单独作用时的变形之和。甘蔗在无[一(日}一{支撑的情况下被切割时，如图1(a)所示。D点的挠度为b)+[爿一(H—b)]一}(6)F0⋯由式(4)～式(6)可知，甘蔗在有支撑切割时，切WFD—3E—I【lJ割点D、支撑点C和甘蔗尾部B点的挠度都有所减小。C点的挠度为2甘蔗茎秆切割受力分析⋯一F(b一口)、，FC一6Ell切割器是甘蔗收获机的重要组成部分，它的作业{(—n)。6一(6一。)]一_}(2)情况直接影响着甘蔗收获的效率和质量，因此切割力的大小对砍蔗质量就有着

5、直接的影响。将甘蔗简化收稿日期：2009—10—15为圆柱形简支梁，质量均匀，不考虑蔗节影响。设甘基金项目：广西大学研究生教育创新计划项目(105930903035)；广西制蔗总高为，割后剩余部分高度为h，被割掉部分质量造系统与先进制造技术重点实验室科研项目(07109008_021为m：，剩余部分质量为m。，甘蔗受到速度为的刀片一K)；广西科技攻关项目(0992002—18)的冲击运动时，甘蔗在有无压蔗横杆支撑的情况下受作者简介：刘智彪(1986一)，男，湖南益阳人，硕士研究生，(E—mail)muye

6、liuzhibiao@126．corn。力分析如图2和图3所示。·85·2010年7月农机化研究第7期其中，F，分别为上、下刀刃上作用的切削力，Y方三向的力用F表示；FF为作用在上下刀面的摩擦力；而作用在茎秆上的力则是这些力的反作用力。若用来表示茎秆在方向上所用到的力，则有=一(l+F+，+)一Pl—P2甘蔗的受力平衡方程为F一F4一F—F口=Q7x一F=0(8)盟(c)×一。×一×一M=o(9)图1甘蔗切割过程受力简图式中一地面对甘蔗的水平支反力(N)；Fig．1Forcediagramofcuttin

7、gsugarcane一地面对甘蔗的垂直支反力(N)；，。一割后剩余甘蔗的惯性力(N)，Fg=；，}／．，，／，～，甘蔗加速部分的惯性力(N)，，=警；，，一地面对甘蔗的反力矩(N·IT1)；x，●／·；一≈P。一甘蔗抗弯反力(N)，P，：；

8、／{，}P：一甘蔗茎秆伸长所产生拉力的水平分力．；P．；r)，P2音一南由前可知，甘蔗在有支撑的情况下被切割，变形会、＼一-、、、减小。相似的，在图3中，压蔗横杆给甘蔗一个支反力F作用，甘蔗的变形位移小于甘蔗在无支撑的情况图2无支撑下的茎秆受力分析Fig．2Stres

9、sanalysisofsugareaneundernosurpport下被切割的位移，由F=％，。=％可知，随着蜀减小，。减小，由F加=F+Fgl1十l可得切割力也减小。因此，甘蔗采用有支撑方式切割时，切割力要比在无支撑的情况下小。3压蔗横杆结构设计压蔗横杆主要给甘蔗一个辅助支撑作用，压倒甘蔗便于切割，并有助于甘蔗的喂人。参考以往文献可知，甘蔗收获机的前进速度，螺旋扶蔗器的转速和甘蔗切割器边缘点到甘蔗头部的距离之间的关系如下n