双盘旋转刀具的设计与分析.docx

双盘旋切机的设计与研究 摘要：针对我国苜蓿收获设备研发不足和收获的苜蓿品质低下的现状，结合作物农艺特性和生理特性，设计了一种新型苜蓿收获机。设计了双盘旋转刀具并对其进行了系统的理论研究。 该设备可以通过外部支架悬挂在拖拉机前面，或者用作自走式割草机的切割平台。 还可以内置压平辊等调理装置，完成割草、调理、集草三个过程。 它集成了异型切割机、装有导草装置的锥形滚筒、圆形刀盘、滑动手掌、传动系统、四连杆升降装置和固定支架。 往返重叠切割方式，确保茬茬切割顺利。 苜蓿植株在锥形转鼓的作用下被提升到一定高度，其值与锥形转鼓的母线与水平面的夹角呈三角函数关系。 关键词：双盘旋切机、设计、苜蓿 引言 近年来，我国畜牧业发展迅速，苜蓿种植面积已超过200万公顷，且逐年增加。 小块地种植是我国苜蓿种植的典型模式。 例如，宁夏南部山区、甘肃东部等丘陵地区种植干饲苜蓿超过1000万亩，山东东营、黄骅等地一一种植雨养苜蓿约100万亩，河北。 大型机械化苜蓿收获机械目前在我国还不能广泛应用。 因此，发展小型苜蓿收获机械符合我国的基本国情。 双盘旋切刀是盘式旋切刀的最基本形式，也是我国自主研发的小型割草机的常用部件。 本文的目的是以设计开发的双盘旋切机为例，对其主要性能参数和关键工作部件的设计参数进行研究分析，并以此作为理论依据，为设计人员提供参考。再改造成高性能的苜蓿收获机，可以完成优质、高产、可靠的苜蓿收获作业，增加农民收入。

总体设计方案 1.1 方案确定依据 根据我国小地块苜蓿种植的特点，设计的双盘旋切机具有结构简单、维护方便的特点，具有功能可靠、工作效率高的特点在使用性能方面。 。 根据苜蓿的农艺特性和生理特性，贴地收割有利于下一茬苜蓿植株的生长，提高产量； 根据苜蓿的农艺特点，采用来回重叠划动的割草方式，保证割草顺利，促进下一茬苜蓿植株的生长。 生长均匀。 1.2 双盘旋切机总体结构及工作原理 结构示意图 双盘旋切机的结构如图1所示，它由固定支架、升降装置支架、导草装置、锥形旋转装置等组成。滚筒、刀盘、滑板由手掌和传动装置组成。 其中，固定支架采用框架结构，保证刀具整体稳定性和可靠性； 升降装置支架分布在刀具两侧，相对重心对称布置，保证四连杆两侧受力平衡，防止刀具工作。 倾斜时，割茬不均匀； 异型切割机将苜蓿植株切割后向上抛掷，可减少植株和机械研磨次数，有效保证苜蓿植株的完整性，减少落叶和破损损失，提高植株品质。苜蓿植物。 产品质量; 通过调整刀具的前倾角，可以将苜蓿植株的剪切方式由砍伐改为斜切，降低剪切峰值阻力，同时将割茬减少至0-2cm，从而提高了苜蓿的修剪性能。下一季的苜蓿。 提供良好的成长条件； 倾斜的圆形刀盘可形成光滑的输送面，避免苜蓿因机械作用而损失； 装有导草装置的锥形滚筒将割下的苜蓿植株提升到适当的高度，以便有序地进入下一道工序，避免物料堵塞或重新切割； 切割机在工作时产生强大的气流场，可以将一些倒伏的苜蓿植株提起然后进行切割，从而切割倒伏的苜蓿植株，增加设备的适用性。

主要参数的确定 双盘旋切机的主要参数是关键部件设计的基本规则。 它们是分析设计目标并考虑作物农艺特性和生理特性的需要的具体实施形式； 经过查阅和研究相关资料后进行总结和整理。 双盘旋切机的主要参数包括切割宽度、速度、功耗、切割高度。 切割宽度与刀盘速度、机器前进速度、刀盘直径、两刀盘中心距有关； 功耗与操作有关。 效率与苜蓿生长状况和单株苜蓿的剪切能耗相关； 留茬高度和平整度由苜蓿农艺特性决定，与刀盘倾角、刀盘直径有关。 2.1切割宽度和切割速度分析。 双盘旋转刀具一般用作自走式或前置式割草机的切割台部分。 切割宽度要求大于行驶部分轮胎最外侧距离，一般在1m～1.5m之间。 在此期间，切割机应距离两侧苜蓿植株不远，以增加切割宽度的利用率。 切割宽度示意图如图2所示。切割宽度利用率可以用下式表示，其中eta为切割宽度利用率； B为割幅下割刀顶部至最外侧苜蓿植株的距离，一般设计取0.025米。 苜蓿条播的行距一般为20cm，刈割宽度一般为1.05m、1.25m、1.45m。 双盘旋转切割机设计切割宽度为1.25m。 如果切割速度太低，会产生撕裂，导致切割不均匀，增加切割阻力； 切削速度过高，容易产生振动，降低机器的安全性和可靠性。

研究数据表明，切割刀片的更低线速度必须至少为30m/s，才能实现平滑的无支撑切割。 一般刀片的线速度为50～90m/s，常用的是65～80m/s。 双盘旋转刀具的切割速度为70m/s，刀盘转速为2170r/min。 2.2 功耗分析相关测试数据表明，当切割速度一定时，切割所需功率与机器前进速度之间存在线性关系。 当切割速度在45m/s以上，机器前进速度为12km/h时，每米切割宽度切割功率为5.1-8.1kW。 一般来说，割最茂盛的草所需的力量是普通草的三倍。 为了适应各种条件，旋转式割草机应配备每米切割宽度11-15kW的可选功率。 本文从切割机的空转功率和工作功率入手，分析了切割机能耗的主要构成部分，通过累加计算出双盘旋切机的功耗。 作业功率是指单位时间内剪切苜蓿植株所需的剪切能量和传递给苜蓿植株的机械能。 为每米切割宽度切割苜蓿所需的功率，kW/m； P 是每米切割宽度传输到苜蓿植物的机械功率，kW/m。 本文涉及的双盘切割机切割宽度为1.25m，机器更大前进速度为4m/s，苜蓿株密度约为200株/平方米，鲜草产量约为1000公斤/平方米。英亩。 每米切割宽度切割苜蓿所需的功可按下式计算：切割单株苜蓿的能耗[asabe纸]（取2.910-2，其中m为单位时间，切割单株苜蓿的质量苜蓿植株下割宽度，kg/(ms)；h为苜蓿植株提升高度，为苜蓿植株采集速度，m/s。

苜蓿植株切割后的提升高度约为压平辊等调理装置进料口中心与地面之间的高度。 设计的双盘旋转刀具高度为0.3m。 苜蓿植株的速度与压平滚筒线的速度相同，约为9m/s，单位时间和切割宽度切割的苜蓿植株的质量为6kg。 据计算，每米切割宽度切割苜蓿所需功率为0.02kW，传输至苜蓿植株的机械功率为0.26kW。 2.3 茬高 近年来，苜蓿割草茬高的研究备受关注。 传统的茬高一般为5-10厘米。 但近年来，有学者通过对比实验证实，下茬可以促进下一茬植物的生长。 苜蓿的生长可以提高苜蓿的收获产量。 特别是近剪割，可通过刺激内源生长素的生物合成和运输，刺激地下根颈侧芽的发生，促进侧芽生长，增加分枝数，提高草产量。 数量[不同留茬高度对苜蓿分枝性能及产草量的影响]. 以设计的双盘切割机为例，它利用四连杆机构调节切割机的前倾角，以切割贴近地面的苜蓿植株。 具有以下优点：四连杆机构在挂刀时自动调整刀具前倾角度，结构简单，功能可靠。 实现了苜蓿植株近地收割，促进下一茬苜蓿植株生长，提高产量。 切割刀发生破损时，及时埋入土中，避免对周围人畜造成伤害； 避免用刀具重新切割多年生植物。 然而，在操作过程中倾斜刀具会导致割茬不均匀。 本文提出采用往返重叠割茬方式，保证割茬平整。

根据苜蓿农艺特性，种植行距一般为20cm。 因此，在关键部件设计与分析3.1刀具中，如果一般旋转刀具采用椭圆形刀盘，则每个刀盘上安装2把切割刀。 如果使用圆形刀盘，则每盘上安装2~4把切割刀。 刀具的长度直接影响其顶部和根部的切削速度。 设计中根部切削速度在50m/s～60m/s之间，顶部切削速度不超过80m/s。 设计的双盘铣刀的刀片长度为60mm，与标准中规定的长度相同。 顶部切削速度为80m/s，根部切削速度为60m/s。 每个刀盘上所需刀具的数量可以通过以下推算公式计算得出。 hn 其中，m为每个刀盘、刀柄上的切刀数量； v为机器前进速度，m/s； h——切割刀刃长，m； 为切刀转速，r/min。 经计算，每个刀头上的切刀数量为3把，切刀与刀盘的装配形式为销接，配合间隙为（0.065，0.15）。 保证切刀能绕连接销自由转动，避开刀具和刀头。 与土壤或硬物的刚性碰撞可增加刀具的使用寿命。 与常规刀具的形状不同，双盘旋转刀具所采用的刀具在刀片垂直方向上有很小的扭转角度，这使得刀具在工作时产生倾斜的切削状态，从而达到有益效果包括：（1）在切割苜蓿植株后，倾斜的刀具可以对植株施加向上的力，防止植株在惯性作用下被高速旋转的刀具不断切割，保证了苜蓿植株的完整性。 性状，减少落叶和折断损失，提高苜蓿产品品质； (2)倾斜刀具在高速旋转时形成有利气流场，可提升、切割倒伏的苜蓿植株，提高了适用性； (3)避免刀具底面与切割断面接触，防止造成宿根断裂，增加切割阻力，消耗功率。

3.2 刀盘设计 双盘旋切机的圆形刀盘在作业时有两个优点：一是光滑的圆盘可以起到运输作用，防止苜蓿植株被刀盘撞击而降低质量； 其次，它是一堵可以作为“饲养空间”的墙体，为形成独特的流场创造条件。 刀盘直径的合理设计是双盘旋切机工作性能的良好保证。 如图3所示，刀盘设计需要考虑的因素包括：机器前进速度v、切削速度ω、切削宽度B、两刀盘中心距A、切削刀片长度和切削刀片重叠宽度L根据设计要求，机器更大前进速度为15km/h，切割速度为2170r/min。 图中为双盘旋转刀具的刀盘设计示意图。 双盘旋切机多采用正齿轮传动，一般6个比较合适。 根据上述条件，列出了常用的切削宽度和合适的刀盘中心距（如表1所示）。 本文涉及的双盘旋切机采用切割宽度1.25m，刀盘中心距0.60m，刀盘直径510mm或530mm。 下面分析将选取1.051.25 1.45 刀盘中心距0.500。 60 0.70 刀具上任意点的运动轨迹为次摆线形式，即向前直线运动和旋转运动的组合。 因此，刀具在工作过程中重叠宽度L会发生变化，其大小、前进速度、旋转速度、刀刃长度和刀盘直径都重要。

本文仅研究刀盘直径变化对刀具重叠宽度的影响。 图3中阴影区域为刀具理论重叠面积，即前进速度为0时，刀具重叠面积作为控制数据； 当前进速度不为0时，刀具重叠面积会发生变化。 下面提出的刀具重叠区域都是通过计算机辅助软件模拟计算出来的，因此称为模拟重叠区域。 刀盘宽度模拟值与理论值对比如图4所示。左右刀盘绕O匀速圆周运动，并沿y轴正方向匀速运动。 两条虚线重叠部分为刀具理论重叠面积，其宽度用L表示； 两条细实线包围的阴影区域代表刀具的模拟重叠区域，其宽度用L表示。刀具的模拟重叠区域的位置与理论重叠区域相比发生了变化，其宽度模拟的重叠区域。 L轴方向的移动是水平方向圆周运动的子移动。 因此，在运动过程中，沿x轴方向距旋转中心的更大距离为R（见图3）； 再分析沿y轴方向的运动，左右刀盘上相邻两把刀具到达轴向更大距离时的相位差为180/m（其中m代表各（上刀盘上刀具的数量）刀盘），左右刀具在x轴方向的更大距离会在y轴方向产生位移差Δy，因此模拟的刀具重叠区域的宽度必须较小比理论重叠区域的宽度大刀刀切割，并且模拟的区域重叠宽度与理论重叠区域宽度之间的差值会相应变化。