秸稈壓捆繩打捆結(jié)扣穩(wěn)定性試驗(yàn)研究

秸稈壓捆繩打捆結(jié)扣穩(wěn)定性試驗(yàn)研究

0結(jié)扣預(yù)緊力對(duì)秸稈大裝置結(jié)扣件的影響通常，收獲的谷物通常是壓碎的，用高官的繩子綁住，然后是綁成的。因此,打捆繩的強(qiáng)度以及結(jié)扣的穩(wěn)定性直接關(guān)系到秸稈捆的整體性和穩(wěn)定性。目前,秸稈收集已廣泛采用機(jī)械化作業(yè),打捆繩的環(huán)繞與成結(jié)也由機(jī)械完成。打結(jié)機(jī)械手可對(duì)打捆繩實(shí)現(xiàn)兩種成結(jié)形式,即α死結(jié)和α活結(jié)。成結(jié)后的預(yù)緊是利用秸稈捆繩環(huán)將打結(jié)嘴卡咬α結(jié)的開(kāi)放端拉脫實(shí)現(xiàn)的。由于結(jié)扣不易控制在秸稈捆的棱角處,在秸稈捆回彈膨脹時(shí),結(jié)扣大多處于繩環(huán)的直段上,即結(jié)扣處的兩股打捆繩呈反向、共線受張狀態(tài)。為使結(jié)扣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,繩環(huán)受張時(shí)需控制結(jié)扣處打捆繩的滑移和滾翻,以避免打捆繩端頭縮脫造成的結(jié)扣崩潰。另外,繩環(huán)受張時(shí)結(jié)扣處打捆繩的應(yīng)力狀態(tài)取決于結(jié)扣的幾何構(gòu)造和力學(xué)關(guān)系。在打捆繩類型確定時(shí),結(jié)扣的幾何構(gòu)造和力學(xué)關(guān)系直接與預(yù)緊力相關(guān)。因此,結(jié)扣預(yù)緊程度既影響結(jié)扣結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,又影響結(jié)扣處打捆繩的應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度,進(jìn)而影響秸稈捆整體穩(wěn)定性以及打捆繩的利用效率。本文針對(duì)3種常用的秸稈捆繩—扁絲并股繩、網(wǎng)膜并股繩和撕裂膜并股繩形成的α死結(jié)與α活結(jié),分析了在施加不同預(yù)緊力時(shí)繩環(huán)受張時(shí)形成的α結(jié)的纏繞和絞扭結(jié)構(gòu),以及打捆繩應(yīng)力集中的產(chǎn)生方式和區(qū)域;通過(guò)控制繩環(huán)受張斷裂時(shí)打捆繩開(kāi)放端頭的滑移(回縮)量,確定3種捆扎繩分別以α死結(jié)、α活結(jié)環(huán)結(jié)時(shí)所需的極限預(yù)緊力,并對(duì)不同預(yù)緊力下結(jié)扣處打捆繩的破壞形式和抗張強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)定。在此基礎(chǔ)上,分析了結(jié)扣穩(wěn)定所需的幾何結(jié)構(gòu)和力學(xué)條件以及結(jié)扣形式與預(yù)緊力對(duì)繩環(huán)抗張強(qiáng)度的影響。1檢測(cè)方法1.1材料表面PE/PP共混材質(zhì)的扁絲并股繩、網(wǎng)膜并股繩和撕裂膜并股繩,3種繩的特?cái)?shù)分別為7842Tex,7103Tex,5489Tex。1.2儀器XWW-20萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),由承德市金建檢測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)。1.3預(yù)緊力試驗(yàn)兩根打捆繩合并成雙股,將雙股打捆繩的一端扣結(jié)成α死結(jié)和α活結(jié),控制α結(jié)端頭長(zhǎng)度為35～40mm。將兩種α結(jié)的兩端打捆繩分別夾持于XWW-20萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的夾具上,并以0.5mm/s速率施加50,100,200N×n(n=1,2,3,……)的預(yù)緊力?？紤]打結(jié)嘴處卡咬能力預(yù)緊力最大設(shè)定為2000N,之后將α結(jié)兩股繩劈開(kāi)后再次夾持于試驗(yàn)機(jī)兩端夾具上,夾具間繩長(zhǎng)200mm,以1.0mm/s的拉伸速率施加張力,由XWW-20萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)得到拉伸曲線,同時(shí)記錄拉伸過(guò)程α結(jié)端頭打捆繩(環(huán))的滑移量。1.3.1成結(jié)過(guò)程中極限滑移量的確定考慮繩環(huán)受張狀態(tài)下的蠕變,在α結(jié)的開(kāi)放端頭打捆繩長(zhǎng)度≥20mm,根據(jù)現(xiàn)用打結(jié)器的結(jié)構(gòu)尺寸和試驗(yàn),得到成結(jié)過(guò)程打捆繩的滑移規(guī)律,確定極限滑移量為20mm,即當(dāng)極限滑移量超過(guò)20mm時(shí)定性為預(yù)緊力不足。1.3.2邊界預(yù)測(cè)結(jié)扣后繩環(huán)張斷時(shí),能夠使打捆繩端頭滑移量低于極限滑移量所需的最小預(yù)緊力。1.3.3抗張力，繩索環(huán)限制結(jié)扣后,繩環(huán)受張過(guò)程在任意處斷裂時(shí)繩環(huán)承受的最大張力。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1環(huán)接繩張力隨結(jié)構(gòu)的變化受張穩(wěn)定狀態(tài)α結(jié)內(nèi)各部位打捆繩的受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為3種形式,見(jiàn)圖1所示。α環(huán)處的應(yīng)力主要是由交叉張力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和內(nèi)環(huán)面的擠壓應(yīng)力。由于各處纖維束曲率不同,自內(nèi)而外張應(yīng)力由小到大。穿越α環(huán)的端頭除受來(lái)自環(huán)內(nèi)的張力外,還受α環(huán)的擠壓力和由滑移趨勢(shì)產(chǎn)生的表面摩擦力。對(duì)于在外壓力下可收縮的斷面結(jié)構(gòu),此段易形成楔狀結(jié)構(gòu),使端頭滑向α環(huán)心滑移阻力加大,同時(shí)具有較大表面摩擦力的打捆繩也會(huì)增加端頭滑向α環(huán)心滑移阻力。由α環(huán)心到張直段過(guò)渡區(qū)的打捆繩與α環(huán)應(yīng)力狀態(tài)相同,只是由于曲率更大而使內(nèi)外層纖維的張應(yīng)力差異更大。由α結(jié)的結(jié)構(gòu)可知,環(huán)接繩環(huán)受張時(shí),α結(jié)各部位的打捆繩線性張力的變化規(guī)律為:進(jìn)入α結(jié)的張力由初始的最大逐步衰減,至開(kāi)放端頭為0張力;另外,打捆繩各斷面纖維束受張力的總和即為此斷面的總張力。纖維束間張應(yīng)力差異較大的斷面處,在總張力水平較高時(shí)極易出現(xiàn)部分纖維張應(yīng)力達(dá)到斷裂極限應(yīng)力而崩斷,進(jìn)而加大其余纖維束的應(yīng)力水平,甚至產(chǎn)生連鎖崩斷效應(yīng)。由此分析可見(jiàn),曲率較大的過(guò)渡區(qū)是α結(jié)環(huán)接繩環(huán)的應(yīng)力集中點(diǎn),過(guò)渡區(qū)抗張強(qiáng)度即為繩環(huán)的可用抗張強(qiáng)度,而提高過(guò)渡區(qū)抗張強(qiáng)度則可提高捆扎打捆繩的利用效率。上述分析在繩環(huán)抗張強(qiáng)度試驗(yàn)中得到證實(shí),即繩環(huán)的斷裂均出現(xiàn)在過(guò)渡區(qū),見(jiàn)圖2所示。2.2抗張力性能，打捆繩經(jīng)α結(jié)環(huán)接后,繩環(huán)的抗張強(qiáng)度實(shí)際上是打捆繩抗張強(qiáng)度和α結(jié)處抗張強(qiáng)度的低者。通過(guò)測(cè)定α結(jié)的抗張強(qiáng)度,可間接得到繩環(huán)的抗張強(qiáng)度。2.2.1三種抗張力繃帶的性能為了考察打結(jié)對(duì)繩環(huán)抗張強(qiáng)度的影響,首先檢測(cè)了3種打捆繩抗張強(qiáng)度及拉伸曲線,見(jiàn)圖3所示。2.2.2打綁繩臨界預(yù)緊力試驗(yàn)檢測(cè)由于3種打捆繩形成穩(wěn)定α結(jié)的條件不同,為減輕預(yù)緊過(guò)程對(duì)打結(jié)器的磨損和損傷,應(yīng)在保證結(jié)扣穩(wěn)定的前提下施加較低的預(yù)緊力。為此,對(duì)3種打捆繩的打α結(jié)所需的臨界預(yù)緊力進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定,得到了3種打捆繩分別打α活結(jié)與α死結(jié)時(shí)的結(jié)扣處拉伸曲線,見(jiàn)圖4所示。由圖4可見(jiàn):當(dāng)預(yù)緊力不足時(shí),打結(jié)后的打捆繩受張過(guò)程會(huì)在較低的張力水平下發(fā)生松弛,表現(xiàn)為曲線的波動(dòng)和拉伸位移的持續(xù)增加。這種現(xiàn)象是由結(jié)扣處發(fā)生的滑移和滾翻將原有靜摩擦平衡轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦平衡所致。因此,臨界預(yù)緊力的確定應(yīng)以能使繩環(huán)斷裂出現(xiàn)較高強(qiáng)度峰值,且在達(dá)到最高強(qiáng)度前不出現(xiàn)明顯張力松弛為原則。試驗(yàn)檢測(cè)和確定的3種打捆繩臨界預(yù)緊力及抗張強(qiáng)度特性見(jiàn)表1所示。試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn):與打結(jié)前相比,撕裂膜絞股繩打死結(jié)處的極限抗張強(qiáng)度下降了20%～30%,打活結(jié)處下降了10%～20%;網(wǎng)膜并股繩打死結(jié)處下降了50%～55%,打活結(jié)處下降了40%～45%;扁絲并股繩打死結(jié)處下降了55%～60%,打活結(jié)處下降了50%～55%。在設(shè)定最大預(yù)緊力2000N時(shí),網(wǎng)膜并股繩環(huán)可用的抗張強(qiáng)度最高。由于扁絲并股繩材料質(zhì)硬、光滑,抗彎曲阻力大,表面摩擦力小,采用α死結(jié)環(huán)接打捆繩時(shí),當(dāng)預(yù)緊力加到2000N時(shí),結(jié)扣仍然滑脫失效。改用α活結(jié)環(huán)接,在受張過(guò)程隨著繩端收縮,端頭質(zhì)硬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)會(huì)使向α結(jié)環(huán)心滑移的繩索斷面積逐漸增加,滑移阻力逐漸提高而達(dá)到自鎖穩(wěn)定狀態(tài)。2.3結(jié)扣前后臨界預(yù)緊力檢測(cè)反向受張狀態(tài)繩結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)有持續(xù)滑移和持續(xù)滾翻兩種形式,均會(huì)反映到α結(jié)開(kāi)放端頭的長(zhǎng)度變化量上,即線性滑移量的變化。由于打結(jié)器結(jié)構(gòu)限制了開(kāi)放端頭的長(zhǎng)度,過(guò)大的滑移量將直接導(dǎo)致結(jié)扣的崩解。根據(jù)α結(jié)的結(jié)構(gòu)消除持續(xù)滑移,具體方法:一是提高打捆繩表面摩擦力;二是通過(guò)增加打捆繩的線性張力提高打捆繩間的擠壓力,強(qiáng)化結(jié)扣纏繞,增加結(jié)扣絞扭處接觸面積。消除持續(xù)滾翻則要通過(guò)增加打捆繩的線性張力減小α環(huán)的直徑,降低繩環(huán)受張時(shí)過(guò)渡區(qū)內(nèi)打捆繩產(chǎn)生的滾翻動(dòng)力,加大穿越α環(huán)開(kāi)放端的楔形結(jié)構(gòu)楔角來(lái)增加翻滾阻力實(shí)現(xiàn)。與這些措施相關(guān)的力學(xué)條件均與α結(jié)內(nèi)打捆繩的線性張力有關(guān),而線性張力源于結(jié)扣后的預(yù)緊力,故分析預(yù)緊力與滑移量之間的關(guān)系成為了研究捆扎穩(wěn)定性的關(guān)鍵。依據(jù)圖4,可根據(jù)打結(jié)處能否達(dá)到繩環(huán)極限抗張力來(lái)確定臨界預(yù)緊力,但不能直接得到承受極限抗張力時(shí)的極限滑移量,為此需對(duì)不同預(yù)緊力下的極限滑移量進(jìn)行檢測(cè)。3種打捆繩結(jié)扣處滑移量如表2所示。由表2可見(jiàn),撕裂膜絞股繩打死結(jié)時(shí)盡管采用50N的預(yù)緊力可得到極限抗張力,但繩端極限滑移量有時(shí)超限(20mm),故臨界預(yù)緊力以100N為宜;網(wǎng)膜并股繩以400N的預(yù)緊時(shí)極限滑移量同樣存在個(gè)別超限問(wèn)題,應(yīng)加大至600N為宜;扁絲并股繩在預(yù)緊力達(dá)到2000N時(shí)結(jié)扣處仍產(chǎn)生持續(xù)滑移(結(jié)扣滑脫),考慮打結(jié)舌很難提供如此高的預(yù)緊力,實(shí)際使用時(shí)扁絲并股繩以采用α活結(jié)環(huán)接為宜。3結(jié)環(huán)接法優(yōu)化通過(guò)對(duì)3種秸稈打捆繩形成的α死結(jié)和α活結(jié)處結(jié)構(gòu)、受力狀態(tài)以及影響α結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定條件的分析,對(duì)不同預(yù)緊條件下極限抗張力及與之對(duì)應(yīng)的極限滑移量的檢測(cè)比較,初步確定了3種秸稈打捆繩的臨界預(yù)緊力和繩環(huán)可用最大抗張強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的檢測(cè)、分析,初步得到以下結(jié)論:1)提高預(yù)緊力是增加α結(jié)穩(wěn)定性的主要手段,但受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。撕裂膜絞股繩在較低的預(yù)緊力下即可使α結(jié)自鎖穩(wěn)定,原因在于其抗彎曲強(qiáng)度低且斷面可壓縮(束腰)。因此,以α結(jié)環(huán)接時(shí)應(yīng)選用相對(duì)柔軟和彈性斷面的打捆繩。2)α活結(jié)較α死結(jié)自鎖性好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,且對(duì)打捆繩強(qiáng)度削弱程度輕,尤其是質(zhì)硬、光滑的打捆繩應(yīng)采用α活結(jié)環(huán)接位移