唐獻全

(廣州航海學(xué)院，廣東 廣州 510725)

0 引 言

柳州市星鳴農(nóng)機科技公司生產(chǎn)6BZ-4型甘蔗剝?nèi)~機，該型剝?nèi)~機采用彈簧鋼絲作為剝?nèi)~元件，剝?nèi)~元件安裝在三個剝?nèi)~滾筒上，三個剝?nèi)~滾筒排列成倒三角形。整桿式獨立剝?nèi)~機按照剝?nèi)~裝置分為滾筒剝?nèi)~機、風(fēng)力剝?nèi)~機、小型整桿刀片式剝?nèi)~機等；按照剝?nèi)~元件的材質(zhì)分為鋼絲繩剝?nèi)~元件、膠指剝?nèi)~元件、尼龍剝?nèi)~元件等。多年來整桿式獨立剝?nèi)~機研究甚多，不同類型的剝?nèi)~機都有各自的優(yōu)點和不足。星鳴農(nóng)機科技公司生產(chǎn)的采用彈簧鋼絲作為剝?nèi)~元件的剝?nèi)~機，這種剝?nèi)~機剝?nèi)~方式比較獨特，使用效果好，含雜率低，得到廣泛應(yīng)用，受到蔗農(nóng)們認可。本文研究三個剝?nèi)~滾筒之間垂直距離調(diào)整對剝?nèi)~的影響，認識這個因素對剝?nèi)~所起的作用，為該型剝?nèi)~機的改進提供一些借鑒意義。

1 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離的調(diào)整與設(shè)計

6BZ-4型甘蔗剝?nèi)~機三個剝?nèi)~滾筒的位置是固定不變的，不能夠調(diào)整。根據(jù)該型甘蔗剝?nèi)~機剝?nèi)~方式，設(shè)計剝?nèi)~機試驗樣機[1-2]。樣機設(shè)計時要考慮剝?nèi)~滾筒之間垂直距離參數(shù)的調(diào)整。

調(diào)整時剝?nèi)~滾筒之間垂直距離每次調(diào)整20 mm，共調(diào)整四次。考慮到剝?nèi)~滾筒之間垂直最大距離為364 mm，剝?nèi)~滾筒之間垂直距離變動范圍在284～364 mm區(qū)間。參數(shù)調(diào)整范圍如圖1所示。

圖1 垂直距離調(diào)整范圍

在設(shè)計中，上面兩個剝?nèi)~滾筒可以在豎直方向調(diào)整，隨著剝?nèi)~滾筒豎直方向距離的調(diào)整喂入平臺和喂出機構(gòu)隨著調(diào)整，使得甘蔗處于上下剝?nèi)~滾筒的中間位置，豎直調(diào)節(jié)孔如圖2所示，整機機構(gòu)安裝圖如圖3所示。

2 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離對剝?nèi)~影響的仿真分析

2.1 輸入條件

在ADAMS仿真軟件中建立仿真分析模型[3-5]。初始輸入條件，甘蔗直徑為30 mm，甘蔗喂入速度為1 000 mm/s，滾筒轉(zhuǎn)速為800 r/min，滾筒輸入扭矩為3 460 N·mm，碰撞接觸參數(shù)參照尼龍與鋼的參數(shù)。剝?nèi)~元件伸出端與甘蔗中心垂面水平距離l為5 mm。剝?nèi)~滾筒之間水平距離210 mm。

圖2 豎直調(diào)節(jié)孔 圖3 整機安裝實物圖

2.2 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離為162 mm時接觸點的切向力分析

在ADAMS模型中,把滾筒之間垂直距離調(diào)整為162 mm，如圖4所示。仿真運行時間End Time設(shè)置為0.9 s，步數(shù)Steps設(shè)置為3600，仿真類型設(shè)置為動力學(xué)仿真，其余采用缺省設(shè)置。運行后進入后處理程序，剝?nèi)~元件的伸出端MARKER點在X方向上的位移與X和Y方向接觸力繪制在同一圖中，三個接觸點狀況如圖5(a)、(b)、(c)所示。

圖4 輸入條件和三個接觸點

從圖5(a)中看到剝?nèi)~元件與甘蔗共接觸了11次，后幾次的接觸相對平穩(wěn)一些。處理時，取后三次接觸來進行計算, 如圖6所示。根據(jù)峰值點X和Y方向力及甘蔗接觸特點得三次接觸每個峰值點的切向力，結(jié)果在表1中。由上述三次接觸切向力的計算結(jié)果可以計算出切向力的平均值。

則Contact1接觸點切向力平均值為361.8 N。

從圖5(b)中看到剝?nèi)~元件與甘蔗共接觸了5次。處理時，取后三次接觸來進行計算。通過計算Contact2接觸點切向力為424.9 N，計算同Contact1接觸點。

從圖5(c)中看到剝?nèi)~元件與甘蔗共接觸了8次。處理時，取后三次接觸來進行計算。通過計算Contact3接觸點切向力為142.5 N，計算同Contact1接觸點。

圖5 X、Y方向的接觸力和MARKER點得位移

2.3 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離為172 mm時接觸點的切向力分析

把剝?nèi)~滾筒之間的垂直距離調(diào)整為172 mm，其他輸入條件與前面同，仿真設(shè)置與前面相同。仿真運行后進入后處理程序。同上述算法相同，contact1接觸點切向力為272.7 N；Contact2接觸點切向力為217.7 N；Contact3接觸點切向力平均值為279.5 N，如圖6所示。

圖6 contact1三次接觸X、Y方向的接觸力和MARKER點得位移

2.4 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離為182 mm時接觸點的切向力分析

把剝?nèi)~滾筒之間的垂直距離調(diào)整為182 mm，其他輸入條件與前面同，仿真設(shè)置與前面相同。仿真運行后進入后處理程序。同上述算法相同，contact1接觸點切向力為168.1 N；Contact2接觸點切向力為356.9 N；Contact3接觸點切向力平均值為195.4 N。

2.5 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離調(diào)整對剝?nèi)~的影響

(1) 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離增加對接觸點切向力的影響

如表1所列，剝?nèi)~滾筒之間垂直距離分別為162 mm、172 mm和182 mm時，三個接觸點的切向力列在表2中。從表2中可以看出剝?nèi)~滾筒之間垂直距離從162 mm增加到172 mm時,contact1和contact2的接觸點切向力減小，contact3的接觸點切向力增加，但從總體上看接觸點切向力還是減小的。

剝?nèi)~滾筒之間垂直距離從172 mm增加到182 mm時,contact1和contact3的接觸點切向力減小，contact2的接觸點切向力增加，但從總體上看接觸點切向力還是減小的。

表1 峰值點切向力計算結(jié)果

表2 三個接觸點的切向力

(2) 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離調(diào)整對剝?nèi)~的影響

由于隨著剝?nèi)~滾筒之間垂直距離的增加接觸點切向力減小，對甘蔗的打擊力減小，不利于剝?nèi)~。隨著垂直距離的減小接觸點切向力增加，對甘蔗的打擊力增加，利于剝?nèi)~。

3 剝?nèi)~滾筒之間垂直距離調(diào)整對剝?nèi)~影響的試驗與分析

3.1 試驗材料

試驗材料使用湛江雷州半島幸福農(nóng)場基地生產(chǎn)的甘蔗，甘蔗的品種為新臺糖22號。甘蔗生長狀態(tài)為根部粗一些，稍部細一些，根部直徑在18～33 mm之間，高度在1 800～2 600 mm之間。由于甘蔗在自然狀態(tài)下生長，受臺風(fēng)的影響，甘蔗都有彎曲現(xiàn)象。采用人工方式收割甘蔗。

3.2 試驗指標

甘蔗剝?nèi)~機剝?nèi)~的好壞可以通過剝?nèi)~后含雜率來體現(xiàn)，剝?nèi)~效果好，含雜率就低；相反，剝?nèi)~效果差，含雜率就高。通過甘蔗剝?nèi)~后含雜率的檢測來體現(xiàn)剝?nèi)~效果是適當(dāng)?shù)?，因此把含雜率作為試驗指標。

3.3 含雜率回歸模型分析

把試驗的結(jié)果整理、統(tǒng)計和計算得到二次回歸方程[6-8]?；貧w方程為：

y=0.02240-1.94416×10-4x+6.90789×10-7x2

為了更清晰反映剝?nèi)~滾筒垂直距離和含雜率的關(guān)系，把回歸方程通過曲線形式表現(xiàn)出來，剝?nèi)~滾筒轉(zhuǎn)速與含雜率的回歸方程曲線，如圖7所示。

圖7 垂直距離與含雜率的關(guān)系

剝?nèi)~滾筒之間垂直距離增加含雜率增加，垂直距離減小含雜率降低。在仿真分析中，剝?nèi)~滾筒之間垂直距離增加接觸點的切向應(yīng)力減小，對剝?nèi)~不利；剝?nèi)~滾筒之間垂直距離減小接觸點的切向應(yīng)力增加，對剝?nèi)~有利。試驗結(jié)果與仿真分析的結(jié)論是吻合的。

4 結(jié) 論

在一定范圍內(nèi)剝?nèi)~滾筒之間垂直距離越大，接觸點的切向力越小，對剝?nèi)~不利；反之，對剝?nèi)~有利。通過甘蔗剝?nèi)~試驗后回歸模型分析，剝?nèi)~滾筒之間垂直距離的增加，含雜率增加。說明剝?nèi)~滾筒之間水平距離越大剝?nèi)~的效果越差，這個結(jié)果印證了仿真分析的結(jié)論。通過分析認識剝?nèi)~滾筒之間垂直距離這個因素對剝?nèi)~所起的作用，為該型剝?nèi)~機的改進提供一些借鑒意義。

參考文獻：

[1] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].第2卷.第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].第3卷.第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[3] 陳德民.精通ADAMS 2005/2007虛擬樣機技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4] 李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[5] 石博強，申炎華，寧曉斌,等.ADAMS基礎(chǔ)與工程范例教程[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[6] 丁希泉.農(nóng)業(yè)應(yīng)用回歸設(shè)計[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

[7] 李云雁，胡傳榮.實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[8] 茆詩松，丁 元，周紀薌,等.回歸分析及其實驗設(shè)計[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，1981.