秸稈粉碎還田機(jī)組合Y型甩刀的設(shè)計(jì),機(jī)械工程論文

秸稈粉碎還田機(jī)組合Y型甩刀的設(shè)計(jì),機(jī)械工程論文農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)都非常重視土地的用養(yǎng)結(jié)合和發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),以保持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。秸稈粉碎還田技術(shù)是保衛(wèi)性耕作形式的核心環(huán)節(jié)之一。至當(dāng)前為止,秸稈粉碎還田技術(shù)在發(fā)達(dá)農(nóng)業(yè)國家的水平已經(jīng)比擬完善,應(yīng)用特別普遍,而國內(nèi)尚處于待發(fā)展?fàn)顟B(tài)。秸稈粉碎還田機(jī)的粉碎刀片是該機(jī)構(gòu)的主要工作部件,經(jīng)常與莖稈、泥土、石塊以及其它田間雜質(zhì)接觸摩擦,工作條件極為惡劣,且由于其轉(zhuǎn)速一般較高,需要承受很大的沖擊力才能到達(dá)粉碎莖稈的目的。因而,甩刀的質(zhì)量直接影響秸稈粉碎還田機(jī)的粉碎質(zhì)量和可靠性。1、甩刀的研究進(jìn)展與分析秸稈粉碎還田機(jī)由拖拉機(jī)懸掛并驅(qū)動(dòng)粉碎刀輥旋轉(zhuǎn)來完成不同的粉碎作業(yè)任務(wù)。當(dāng)前,常見的刀軸旋轉(zhuǎn)方式分為兩類:一類是刀軸采用反轉(zhuǎn)的形式,即粉碎刀轉(zhuǎn)動(dòng)方向與機(jī)器輪子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的運(yùn)動(dòng)方式,如此圖1所示;另一類是刀的旋轉(zhuǎn)平面平行于地面,如此圖2所示。1.1甩刀分類當(dāng)前,國內(nèi)外的秸稈粉碎還田機(jī)甩刀無論是拖拉機(jī)配套,還是聯(lián)合收割機(jī)配套,都主要分為3種類型:直刀型、甩刀型和錘爪型。華而不實(shí),甩刀型又細(xì)分為鞭式、T型、Y型和L型,如此圖3所示。各種甩刀都有自個(gè)的優(yōu)缺點(diǎn)和各自的適用環(huán)境,其形狀特性不僅與秸稈粉碎效果直接相關(guān),對(duì)于刀軸的設(shè)計(jì)和定刀的排列方式也有一定影響。各種甩刀的比照分析如表1所示。1.2甩刀參數(shù)分析1.2.1構(gòu)造參數(shù)當(dāng)前,國內(nèi)用于粉碎還田的道具主要直刀型和甩刀型。主要的構(gòu)造參數(shù)有彎折角、正切面刃角、切削寬度和刃厚等。彎折角是秸稈粉碎還田機(jī)作業(yè)的重要參數(shù),其大小影響甩刀工作時(shí)的阻力大小和功耗,彎折角優(yōu)化范圍為225~230。正切面刃角決定刀刃的鋒利程度,減小正切面刃角降低功耗,刀刃壽命也隨之減少。偏轉(zhuǎn)角是甩刀工作時(shí)另一個(gè)重要的參數(shù),其大小為式中甩刀偏轉(zhuǎn)角;T甩刀端部的切割阻力(N);m甩刀質(zhì)量(g);f摩擦系數(shù),取f=0.25;甩刀角速度(rad/s);質(zhì)心離旋轉(zhuǎn)中心的距離(mm);a甩刀質(zhì)心離甩刀鉸接處的距離(mm);g重力加速度(m/s2);R甩刀回轉(zhuǎn)半徑(mm)。偏轉(zhuǎn)角過大會(huì)造成割茬高度增高,并且不利于切割粉碎,所以應(yīng)當(dāng)盡量減小偏轉(zhuǎn)角。當(dāng)甩刀幾何尺寸及甩刀安裝尺寸一定時(shí),m,a,值的增大都會(huì)使得值減小,所以甩刀的質(zhì)量不宜過小,在質(zhì)量一定時(shí),質(zhì)心應(yīng)當(dāng)盡量向刀端移動(dòng)。刀輥轉(zhuǎn)速一定時(shí),R的增大也會(huì)使得值減小,增益粉碎效果;但R的增大會(huì)增大刀輥的動(dòng)不平衡因素,同時(shí)增大功耗。1.2.2性能參數(shù)為到達(dá)更好的秸稈粉碎效果,要求甩刀有很高的刀端;但是粉碎刀的工作環(huán)境極其惡劣,經(jīng)常與土壤以及其他雜物接觸,導(dǎo)致嚴(yán)重磨損,所以粉碎刀的性能參數(shù)主要考慮其刀端速度、耐磨性能和旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)平衡。毛罕平、陳翠英通過試驗(yàn)得出:轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)半徑R配合,應(yīng)當(dāng)使得刀端線速度34m/s,才能到達(dá)90%以上的粉碎合格率;李明通過對(duì)甘蔗葉粉碎還田機(jī)正交試驗(yàn)得出:刀軸速度為48m/s時(shí),粉碎率和撿拾率最優(yōu);張紅霞、劉師多等通過比照試驗(yàn)得出:刀端速度為32~36m/s。已有研究表示清楚:NiWC合金粉末噴焊層具有良好的耐磨性,可用于強(qiáng)化和修復(fù)還田機(jī)甩刀,并且具有良好的性價(jià)比。付雪高等比照分析已有的甩刀平衡的仿真分析之后以為,甩刀不平衡是產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因。所以,必須選擇合理的排列方式,甩刀要按質(zhì)量分組,并保證甩刀外形尺寸統(tǒng)一。2、組合Y型甩刀的設(shè)計(jì)2.1刀片設(shè)計(jì)當(dāng)前,我們國家秸稈粉碎機(jī)的功率都不高,且處于起步不久的階段,成本成為必須考慮的問題。Y型刀質(zhì)量體積都較小,成本不高,消耗機(jī)器功率小,符合當(dāng)下用戶對(duì)于秸稈粉碎機(jī)的實(shí)用性要求;并且,Y型刀在各種刀型中具有良好的秸稈拾取性能,能夠?qū)⒔斩捤θ敕鬯榍粌?nèi),配合定刀進(jìn)一步粉碎。2.1.1外觀設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有各型甩刀的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出一種Y型刀,刀片構(gòu)造如此圖4所示。Y型刀具有良好的對(duì)稱性,質(zhì)心在刀軸對(duì)稱線上,能夠克制其他秸稈粉碎還田刀在工作經(jīng)過中機(jī)體震動(dòng)猛烈、動(dòng)力消耗大、粉碎效果不理想的缺陷,并且在同樣回轉(zhuǎn)半徑的條件下,質(zhì)心愈加靠外,在同轉(zhuǎn)速下增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2.1.2刃口設(shè)計(jì)刃口是甩刀工作時(shí)直接接觸秸稈以及其他雜質(zhì)的部分,其形狀的設(shè)計(jì)、材料的選擇都直接影響甩刀的工作效率和壽命,如此圖5所示。在刀刃部位焊接硬質(zhì)合金條,硬質(zhì)合金條采用65Mn淬火制造,并且在外表采用NiWC合金粉末噴焊強(qiáng)化。為了保持刀片良好的砍切粉碎性能,刀片刃口設(shè)計(jì)經(jīng)過中,參考自磨刃犁鏵的原理及其刃口參數(shù),將刃口角度設(shè)為30,使其具有自磨性能,以提高整體粉碎效率、延長刀片壽命、增加經(jīng)濟(jì)效益。2.2組合甩刀設(shè)計(jì)為了到達(dá)更好的粉碎效果,甩刀應(yīng)當(dāng)組合使用,如此圖6所示。為減少摩擦,取消了刀與刀之間的隔離套,加深了刀孔,使得刀孔與刀軸的接觸面積增大,刀孔愈加耐磨,同時(shí)增加了旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。刀孔的加深長度取決于Y型刀的大小,最終使得兩Y型刀的刀刃頂部相距在3~5mm之間。2.3SliodWorks有限元分析為保證刀片設(shè)計(jì)的科學(xué)性,設(shè)計(jì)經(jīng)過中,查閱文件并運(yùn)用Slidworks三維造型軟件有限元分析模塊對(duì)刀片進(jìn)行分析,如此圖7和圖8所示。比照?qǐng)D7和圖8可知:當(dāng)秸稈粉碎刀的刃口采用65Mn淬火制造時(shí),能夠明顯地降低刃口的磨損程度,比之普通的甩刀制造材料,對(duì)65Mn作為材料的甩刀經(jīng)過淬火、等溫淬火、回火等熱處理后,甩刀斷裂現(xiàn)象減少且耐磨性大大提高了。3、結(jié)束語本設(shè)計(jì)結(jié)合以往的秸稈粉碎刀研究和現(xiàn)有的機(jī)械化還田機(jī)具,設(shè)計(jì)出一種既能適用于刀軸反轉(zhuǎn)式又能適用于刀旋轉(zhuǎn)面平行于地面機(jī)型的甩刀,改善了以往甩刀設(shè)計(jì)存在的缺陷,提高了秸稈粉碎的效率和性價(jià)比,可有效解決秸稈在長時(shí)間堆放腐化經(jīng)過中造成的病害擴(kuò)散、環(huán)境污染等難題,同時(shí)可有效增加綠肥還田,最終實(shí)現(xiàn)充分利用資源和保衛(wèi)環(huán)境的目的。以下為參考文獻(xiàn):[1]蓋超,董玉平.基于COSMOS的還田機(jī)械旋耕刀彎折角優(yōu)化[J].農(nóng)機(jī)化研究,2018,33(3):30-33.[2]毛罕平,陳翠英.秸稈還田機(jī)工作機(jī)理與參數(shù)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1995,11(4):62-66.[3]李明,王金麗,鄧怡國,等.1GYF-120型甘蔗葉粉碎還田機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(2):121-125.[4]郝建軍,馬躍進(jìn).鞭式刀具的失效及火焰噴焊NiWC強(qiáng)化的可行性研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(8):74-77.[5]馬躍進(jìn),郝建軍.根茬粉碎還田機(jī)滅茬甩刀噴焊NiWC工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(2):92-95.[6]孟海波,韓魯佳,劉向陽,等.秸稈揉切機(jī)用刀片斷裂失效分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2004,35(4):51-54.[7]付雪高,李明.秸稈粉碎