歐陽兆彰 李偉業(yè)
摘 要:割草器的工作性能對割草機的工作效率、使用壽命有重要的影響。通過理論計算與基于有限元分析方法,對自主研發(fā)的割草機進(jìn)行性能分析,評價割草器的工作效率與安全性。本文對割草器特性的研究工作,為下一步設(shè)計工作提供依據(jù),縮短開發(fā)周期,提高城市綠化工作效率有著重要意義。
關(guān)鍵詞:割草機割草器;靜態(tài)特性;有限元分析
割草器是割草機的關(guān)鍵工作部件。它性能的好壞對割草機設(shè)計有著重要的影響,是開發(fā)設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)。割草機在戶外草坪修剪工作中還承受各種復(fù)雜多變的外界載荷,刀片作為割草器的主要受載部件必須有合理的強度,才能確保整機的工作安全與效率。
江門市公路局與江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的新型割草機,三維設(shè)計圖如圖1所示。該割草機具有自主研發(fā)的液壓割草機構(gòu),能實現(xiàn)升降、收縮,完成各種草坪的修剪工作要求。根據(jù)城市綠化的工作要求,割草機組的工作速度在5~lOkm/h之間,割草器采用雙刀盤結(jié)構(gòu),使割草機工作幅寬達(dá)到1.2m,每個刀盤可安裝刀片數(shù)目為2~4片,刀盤經(jīng)電機與減速機構(gòu)帶動進(jìn)行工作,結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1 割草器主要技術(shù)性能與參數(shù)
(1)確定刀盤直徑、刀盤數(shù)和刀片數(shù)目,刀盤直徑的大小和切割器的傳動形式有一定關(guān)系。在一定的割草機割幅下,刀盤直徑大,刀盤數(shù)將減少,傳動機構(gòu)也將簡化。本設(shè)計綜合考慮最終確定刀盤數(shù)為2個,每個刀盤上割草器數(shù)目為3片,刀盤直徑為500mm。
(2)配套動力采用380V發(fā)電機,轉(zhuǎn)速3850r/min、最大油耗1.2l/h,連同2.8kW電機驅(qū)動,使它在工作期間隨時變動自己所需角度、平整度、高度、寬度和速度。
(3)割草機的工作速度在5~lOkm/h之間,割草機配有安全警示裝置,同時具備大功率吹風(fēng)機,能快速清理剩余雜草,從而達(dá)到一次性完成工作流程,根據(jù)實際情況,本割草機的切割速度定為g=60m/s。
(4)當(dāng)割草機電機輸出轉(zhuǎn)速為2000r/min時,割草器各主要工作參數(shù)的選擇與計算如下:①刀盤直徑D=500mm;②刀盤切割速度g=60m/s;③刀盤經(jīng)過減速機構(gòu),輸出轉(zhuǎn)速n=1500r/min;④刀片數(shù)為k=3。則割草器每秒割草次數(shù)N=nk/60=1500×3/60=75次/s,能較好符合實際工作要求。
2 切割刀片靜態(tài)特性分析
利用Ansys軟件對切割刀片的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行分析。刀片材料選為合金鋼,刀片伸出長度32mm,切割速度為60m/s,當(dāng)碰到硬物時,刀刃斜面承受垂直均布載荷約為g=180n/mm。通過Ansys軟件分析計算,得到刀片應(yīng)力云圖,如圖3所示??梢杂^察與分析車架的最大應(yīng)力位置。刀片的最大應(yīng)力出現(xiàn)在前段安裝液壓割草機構(gòu)處,其最大應(yīng)力為130MP。割草機車架擬用的鋼得其屈服極限b為375~460MPa,根據(jù)實際情況取安全系數(shù)e=2.5,則許用應(yīng)力值[]為150~184MP,根據(jù)有限元分析結(jié)果(由圖3可看出)最大應(yīng)力為由分析結(jié)果max=130MP,即max<[]。因此,擬設(shè)計的刀片的靜態(tài)特性能很好滿足強度要求。
3 結(jié)語
通過理論計算,完成了雙刀盤割草機的割草性能的分析計算,并對切割草器刀片進(jìn)行了靜態(tài)分析,得到割草器刀片在切割硬物時的最大應(yīng)力為130MP,強度校核分析表明,擬使用的刀片材料能很好滿足工作要求。本文對割草機的割草性能的研究工作,可為下一步設(shè)計工作提供依據(jù),減少割草機開發(fā)周期,降低成本,確保整機開發(fā)質(zhì)量。
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(作者單位:1.江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.江門市公路局)