向日葵茎秆切割阻力影响因素试验研究

针对向日葵收获机械在使用现有往复式切割器收割向日葵茎秆时存在适用性差及切割质量差等问题,在微机控制电子万能试验机上模拟直刃切刀配合的切割方式,对向日葵茎秆进行切割试验,研究刃口倾角、削切角度及斜切角度等参数改变对切割阻力和切割能量消耗的影响程度以及不同条件下向日葵茎秆的切割阻力变化规律。结果表明:1)切割速度一定,切刀刃口倾角为0°~20°时,切割阻力峰值及切割能量消耗随着刃口倾角的增大逐渐减小,滑切效果逐渐增强,当刃口倾角在20°时的切割能量消耗较其他角度小。2)切割速度一定,削切角为0°~45°时,切割阻力峰值与切割能量消耗先逐渐减小而后急剧上升,削切角为15°时,切刀对向日葵茎秆的切割阻力和切割能耗较小。3)切割速度一定,斜切角度为0°~60°时,切割阻力峰值和切割能耗先逐渐减小而后迅速增大,斜切角为30°时,其切割阻力和切割能耗最小。     

关于滑切理论与滑切角的选用

本文介绍了目前关于支承刀刃切割农作物茎杆的滑切理论;利用前人的试验资料及作者实测数据,论证了滑切与滑移切的区别、滑切作用的本质、对功耗的影响。从而得出结论:在切割器中实现滑移切是不可取的,实现无滑移的滑切是有益的、可行的。当滑切角大于0°时即具有滑切作用,在一定的范围内增大滑切角可降低功耗,一般滑切角在20～55°的范围内选取比较合适。     

甘蔗切根刀切割参数组合的优化分析

使用自行设计的实验平台和甘蔗切根刀,采用正交试验方法,研究刀具滑切角、削切角、斜切角、切割速度和甘蔗直径对切割力最大值和切割冲量的影响,并找出相对较优的参数组合。研究发现,对切割力最大值的影响大小排序依次为滑切角、甘蔗段直径、削切角、斜切角、切割速度;对切割冲量的影响大小顺序依次为切割速度、甘蔗段直径、斜切角、滑切角、削切角。为了在保证切割质量的同时使得切割力最大值和切割冲量二者保持最小,需贴根切割且选择因素的组合是:滑切角8°、削切角5°、斜切角8°及切割速度10 m/s。     

榨菜缩短茎的切割力学特性

为了获得榨菜缩短茎的最佳切割要素组合,在TMS-Pro质构仪上开展榨菜缩短茎切割的单因素试验和正交试验,以最大切割力和平均切割力为试验指标,探究刀刃类型、滑切角度、切割速度、切割方式对榨菜缩短茎切割过程中切割力的影响。结果表明:滑切角度对最大切割力和平均切割力影响显著(P<0.05),刀刃类型对平均切割力影响显著(P<0.05),锯齿刃比光刃省力。为有效降低最大切割力和平均切割力,榨菜缩短茎切割的参数宜确定为锯齿刃,滑切角度20°,切割速度80 mm·min^-1。此时,最大切割力为86.2 N,平均切割力为53.1 N。研究结果可为榨菜收获机的切割装置设计提供理论依据。     

切割器主要性能参数对鲜切莲藕褐变度的影响

针对鲜切莲藕褐变问题,以刀片刃角为主要试验因素,探讨通过刀片刃角与莲藕切割阻力的关系,并以刀片刃角、刀片滑切角、刀盘转速为主要试验因素,研究回转式切割器主要性能参数对莲藕褐变度的影响.结果表明:刀片刃角由10°增大到20°时,切割力的增加幅度较小,而当刀片刃角从20°变为25°时,切割力曲线几乎呈直线上升;建立了刀片刃角与切割力关系回归模型,经验证计算值与实测值拟合良好;3个因素对褐变度影响的主次顺序为刀片刃角(γ)＞刀盘转速(n)＞滑切角(τ),且刀片刃角越小,刀盘转速越大,滑切角越大,莲藕褐变度越小.     

灌木收割机理及装备研究

分析了灌木收割机械的研究现状,对灌木切割的方式、类型进行了总结,指出了各自的特点,并对切割器进行了探讨,比较了圆盘式、往复式和循环式切割器的优缺点,提出了当前大型灌木收割机械研制过程中需要解决的问题。     

枝条切断机的切断参数对沙柳峰值切断力的影响

以切断刀楔角、滑切角和切入角为试验因素,研究楔角、滑切角和切入角对峰值切断力的影响。切断试验以楔角、滑切角和切入角为试验因素,峰值切断力为试验评价指标,设计单因素试验方法。通过单因素试验表明,峰值切断力随着楔角的增大呈现增大的趋势;滑切角在一定范围内对降低峰值切断力有一定的作用。当滑切角在5°～10°之间,对降低峰值切断力有一定的作用,当滑切角大于10°后峰值切断力逐渐增大,沙柳枝条在切断过程中发生打滑;随着切入角的增大,峰值切断力明显降低,影响显著。试验中发现过大的切入角会导致沙柳枝条切断困难,沙柳枝条沿纤维方向发生劈裂形成削片。利用Design-Expert对楔角、滑切角和切入角进行了方差分析和显著性影响分析,结果表明切入角对峰值切断力的影响最为显著,其次是楔角,滑切角并不显著。综合单因素试验和方差分析结果,选取切入角45°、楔角30°、滑切角5°～10°的组合,能够显著降低沙柳枝条的峰值切断力。     

标准型切割器切割图的计算分析

当前,分析比较往复式切割器性能都用图解法。本文以标准型往复式切割器为例,采用解析法,借助于电子计算机对切割器随进程而变化的切割图进行数值计算。其中包括最大无漏割区进程,最小无重割区进程;茎杆横向及纵向最大弯曲;动刀刃负荷面积,有效切割区、重割区和漏割区面积以及动刀刃基部负荷不均匀度等的计算。这种方法可以根据刀片结构尺寸及收获物与刀刃摩擦角的不同,迅速而准确地对上述各值进行计算,以便定量地分析、比较和讨论切割器的切割质量。对设计切割器确定动刀片和定刀片尺寸有帮助。此外,可供其它往复式切割器的计算分析参考。     

盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响

以9ZF1 0型盘刀式切碎器为基础,研究了圆弧曲线、直线和等滑切角曲线刀刃在切割青饲玉米时的切割能耗变化。结果表明:切割时的滑切角和切割转角是影响切割能耗的主要因素。当滑切角在35°～45°范围内,切割转角在45°～65°范围内时,切割的平均扭矩较低,切割能耗较小。对于不同类型的刀刃曲线,只要结构参数的设计能够保证滑切角和切割转角在适宜的范围内变化,则可保证切碎器具有较低的切割能耗。     

基于机器人采摘的柑橘果柄切割力学特性研究

为了给柑橘采摘机器人切割装置设计提供依据,根据采摘时被切割果柄弯曲的工作状态,设计了果柄切割夹持试验架,对柑橘果柄进行了不同切割条件的切割试验。结果表明:切割过程中,柑橘果柄发生弯曲,随着滑切角增大,果柄产生的起始裂纹从外侧转移到内侧,同时果柄切口更光滑;切割速度、刀具形式和滑切角均显著影响柑橘果柄的切割力学参数;随着切割速度的增大,峰值切割力、切割功率和切割位移均先快速减小,然后缓慢减小;随着滑切角的增大,峰值切割力减小,但切割位移先减少后增大;当滑切角为0°时,相比平刀和齿刀,弧刀对柑橘果柄的峰值切割力和切割位移最少;采用平刀切割,滑切角不应太大,以免切割位移过大,降低采摘速度;使用齿刀切割,滑切角应大于30°,不但峰值切割力大大减小,而且切割位移增加也较小。     

烟秆切割力影响因素试验研究

为了解影响烟秆切割力大小的因素,自制夹具,在万能试验机上对烟秆试样进行了单因素和多因素切割力测试。单因素试验结果表明：无论采用光刀片还是锯齿形刀片,以滑切方式切割的切割力最小;光刀片和锯齿形刀片滑切的切割力都与切割速度呈负相关,与切割角度和试样直径呈正相关。多因素试验结果表明：影响烟秆切割力的因素由大到小依次为切割速度、切割方式、切割角度、试样直径、切割刀片形式;最佳切割方案为滑切,切割速度为300 mm/s,切割刀片为光刀,切割角度为0°,试样直径为26.5 mm。     

收获期马铃薯茎秧切割强度的试验研究

针对现有马铃薯杀秧机存在杀秧阻力大,打碎长度合格率低,带薯率高,作业效率低等问题,采用BoxBehnken试验设计原理,依照三因素三水平响应面分析方法建立切割方式、切割速度、切割高度与切割强度的数学模型,对各因素之间的交互作用进行分析,并对刀型和切割方式进行单因素试验研究。结果表明:刀型和切割方式对马铃薯茎秧的切割强度均达到极显著影响(P0.01),锯齿刀优于光刀,滑切优于正切;切割方式,切割高度对切割强度影响极显著(P0.01),切割速度对切割强度影响较显著,三因素的交互作用均不显著(P0.05);切割方式、切割高度和切割速度对马铃薯茎秧切割强度的影响依次由强到弱。     

凸圆弧形刀片切割性能研究

针对铡草机功耗大、生产率低、切割质量差等问题,利用9Z-4C型青贮铡草机搭建切割性能测试试验台,通过分析刀刃切割过程的受力确定刃倾角对切割性能的影响。以主轴转速、刃倾角和喂入量为试验因素进行单因素试验研究得到切割装置切割性能最佳取值范围：主轴转速600～700 r·min^-1、喂入量0.9～1.5 kg·s^-1、刃倾角60°～70°。以比功耗作为切割性能评价指标,通过Box-Behnken 响应面试验得出各因素对铡草机切割过程中对比功耗影响的主次顺序：主轴转速>喂入量>刃倾角;根据试验结果以比功耗最小为响应值,利用Design-Expery8.0.6软件分析出各因素对比功耗影响的最佳参数组合：主轴转速642 r·min^-1、喂入量为1.3 kg·s^-1、刃倾角63°,切割性能较优化前提高了14%。该结果可为铡草机切割装置的参数优化和结构改进提供依据。     

圆盘式切碎器刀片刃线型式的试验研究

本文对自行设计的直线刃刀片、偏心圆弧刃刀片、等滑切角曲线刃刀片等3种刀片型式,按正交试验方案,在盘刀切碎器实验台上进行了测试研究,分别测得其切割力和切割阻力短。对试验结果用极差分析法和方差分析法分别进行了统计分析.确定了主次因素,优等水平和最优组合条件.得出等滑切角曲线刃刀片比另两组刀片有切割阻力、切割阻力短小且阻力短变化均匀、切割性能好、耗能低等优点。从而确认等滑切角刃线刀片为优良的盘刀切碎器刀片.     

树枝直刃剪切数学模型与试验

【目的】基于材料力学和弹性地基梁理论对直刃刀片剪切树枝过程进行理论建模,并根据该模型计算出直刃刀片剪切树枝所受的剪切力。【方法】以石硖品种龙眼树枝为试验材料,利用万能材料试验机和摩擦试验台等仪器测定龙眼树枝的相关力学特性参数和滑动摩擦因数,测量并用模型计算树枝不同含水率(w)、直径和不同刀片刃角下动刀片剪切龙眼树枝的峰值剪切力,剪切试验所用刀具的刃角分别为10°、20°和30°。【结果】当树枝直径为20.4 mm、相对含水率为76%、刀片刃角为20°时,刀片剪切力理论计算曲线与试验曲线趋势一致,峰值剪切力的误差约为2.3%;当树枝直径为15.3 mm,刀片刃角为20°,且树枝含水率大于纤维饱和点(30%)时,刀片峰值剪切力随含水率升高而增大,计算值在试验值的误差范围内;当树枝直径为24.6 mm、含水率为76%,且刀片刃角从10°增大到30°时,峰值剪切力显著增大,计算值处于试验值的误差范围内。【结论】该理论模型可用于预测剪切力并分析不同力学参数对峰值剪切力的影响,为修剪机具剪切机构的设计和优化提供参考。     

棉秆切割性能的试验研究

依据自制的秸秆切割性能试验台,对棉秆的切割性能进行了试验研究.通过对直刃刀、锤片型刀片、以及锯片型刀片3种刀具进行试验,得出最适宜切割棉秆的刀片为锤片型刀片,最佳切割转速为1 000～1 300r·min-1.     

基于Hashin模型的甘蔗剪切仿真

使用有限元方法对甘蔗剪切过程进行仿真,研究刀片几何角度对甘蔗断面形态的影响。通过编写VUMAT子程序,将Hashin单向纤维复合材料失效准则应用于甘蔗剪切过程的仿真。仿真包括甘蔗剪切过程的断裂形态、剪切过程的最大剪切力、刀片楔角、后角和间隙对剪切断面的影响。结果显示,断裂形态仿真结果与已有的试验和仿真结果一致,最大剪切力为270 N;刀片楔角从30°减少到5°,可使甘蔗的上下断面都趋于平整;刀片具有正的后角,会使下断面平整;2 mm刀片间隙的存在,导致甘蔗下部断口接近静止刀片一侧出现撕裂。