蒲草切碎裝置結構優(yōu)化設計

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

關鍵詞：切碎裝置;常規(guī)動刀片;simulationXpress;變滑切動刀片

一、 蒲草切碎裝置結構設計

1.1切碎器設計

蒲草切碎器是蒲草切碎機的最主要工作部件，對蒲草切碎的切碎質(zhì)量、工作效率及切碎時能耗消耗有著重要影響。影響蒲草切碎機切碎器性能的主要因素包括電動機的轉(zhuǎn)速、切碎時的滑切角、動定刀片之間的間隙[1]。分析各主要因素對切割器性能的影響作用，提出各參數(shù)的選擇范圍，為切碎器的設計提供了依據(jù)。本文為了使蒲草能切成10～20mm長的碎段。影響切碎性能的主要因素有：（l）切割時要產(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動方式，切割可以分為砍切和滑切兩種。由于滑切使刀片斜置切入，實際刃角相應變小，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，刀片結構簡單。滾刀式切碎滑切作用強，切割阻力小，但切碎體不能自動拋出，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)的錘片來擊碎蒲草，刀片結構簡單，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

蒲草切碎機主要由喂入機構、切碎器、拋送機構和傳送機構等部分組成。切碎器是蒲草切碎裝置的重要組成部分，動刀片和拋送葉片安裝在3個互呈120°的刀架上。

2.2變滑切動刀的提出

由于蒲草韌性強，常規(guī)的動刀片在一定的電動機轉(zhuǎn)速帶動下切碎效率低下，通過對輪刀式切碎器實驗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]。提出變滑切的一個面的滑切面角為45°，第二個滑切面的滑切角為38°其它參數(shù)同前面設計的等滑切動刀一樣。

三、變滑切角動刀仿真分析

（1）完成仿真圖的導入

將鼠標光標放在【文件】位置，然后點擊【打開】命令按鈕，在文件類型列表中找到變滑切角動刀，點擊打開。

選項【工具】|【SimulationXpress】菜單命令，彈出【SimulationXpress】

屬性管理器，點擊【SimulationXpress】仿真插件就會自動裝載仿真。 在【歡迎】屬性管理器中，單擊【選項】命令按鈕，彈出【SimulationXpress】 設置界面，設置【單位系統(tǒng)】為【公制】，并指定文件保存的【結果位置】，

（2）約束模型面操作

單擊【夾具】（約束）選項卡，出現(xiàn)應用約束界面，點擊添加夾具，選擇要約束的模型面單擊再在左上方點擊√按鈕，約束步驟即完成。 ①點擊【載荷】命令按鈕，將會出現(xiàn)應用載荷界面。

②單擊【添加力】命令按鈕，彈出【力】屬性設置框。

③在圖形區(qū)域中單擊變滑切的兩個滑切面上，單選【法向】，

（4）定義變滑切動刀材料

在材料屬性管理器中，可以選擇SolidWorks2014預置的材質(zhì)。這里選擇同直線刃、圓弧刃、等滑切動刀一樣的材料【65Mn】（通過新建材質(zhì)、定義材質(zhì)屬性得到）選項，單擊【應用】命令按鈕，65Mn材料就會應用到模型上，單擊【關閉】命令按鈕，材料的設定完成，如圖5-32所示，最后單擊【下一步】命令按鈕。

（5）運行分析

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

（6）觀察結果

單擊【顯示von Mises】選項按鈕，變滑切動刀的仿真效果所受的應力圖就會顯示出來。單擊【顯示位移】選項命令按鈕，變滑切動刀片的變形位移就會顯示出來。

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

四、結論

（1）在相同的載荷200N作用下，變滑切角動刀片的變形比例還要小，說明在使用面滑切時能減小變形，在優(yōu)化設計蒲草切碎裝置時優(yōu)先選用面滑切。

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

（3） 在相同載荷、相同的動定刀片間隙、相同的電動機轉(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，切割的平均扭矩較低，切割能耗較小。

參考文獻：

[1]黃德超，王瑞麗.鍘草機切碎器性能分析[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式切碎器的研究，四川農(nóng)機.1983（3）：22-27.

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

[4] 何磊，曹衛(wèi)彬，李樹峰.基于SolidWorks的切碎刀片的設計與強度分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（3）：181-1821.

作者簡介：

李建軍（1989.12-），男，漢族，湖南邵陽人，CAD應用工程師，碩士，主要從事汽車機械類教育研究

（云南城市建設職業(yè)學院? ?云南省? ?昆明市? 650000）