蒲草切碎裝置結構優化設計

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，通過對常規動刀片切碎性能分析，滑切角在 35°～45°范圍內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，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、最小安全系數和發生的位移較低，通過平均切割扭矩即能耗消耗和靜態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化。

關鍵詞：切碎裝置;常規動刀片;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，提出各參數的選擇范圍，為切碎器的設計提供了依據。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）切割時要產生滑切，以減少切割阻力。（2）切割穩定（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，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，常規的動刀片在一定的電動機轉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°范圍內切割能耗消耗較小，又在25°～50°范圍內隨著滑切角的增大，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】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。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、定義材質屬性得到）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，優先選用變滑切動刀來進行蒲草切碎裝置的優化，形變量、位移量、所受應力和最小安全系數，這些是選用刀片來優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，在優化設計蒲草切碎裝置時優先選用面滑切。

（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、相同的電動機轉速條件下，滑切角在 35°～45°范圍內，切割轉角在45°～65°范圍內時，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].農業科技與裝備.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]，農機化研究。1998（4）：52-53.

[4] 何磊，曹衛彬，李樹峰.基于SolidWorks的切碎刀片的設計與強度分析[J].安徽農業科學，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

（云南城市建設職業學院? ?云南省? ?昆明市? 650000）