吳天松，胡 蓉，趙慶展，王永爍

(1.石河子大學(xué) 機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.兵團(tuán)工業(yè)技術(shù)研究院，新疆 石河子 832000)

0 引言

作為以棉花種植為主的農(nóng)業(yè)大省，為了提升棉花收獲的總體經(jīng)濟(jì)效益，新疆不斷增加機(jī)采棉引進(jìn)及推廣應(yīng)用，使農(nóng)機(jī)化水平獲得進(jìn)一步提升[1]。新疆地處干旱區(qū)域，晝夜溫差較大，氣候較為干熱，采棉機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜[2]。采棉機(jī)工作時(shí)，周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生棉絮、砂粒、灰塵等雜質(zhì)，且由于采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪周?chē)拿扌醯入s質(zhì)產(chǎn)生吸力，因此采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)裝有防護(hù)罩網(wǎng)，防止雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障[3]。一旦防護(hù)罩網(wǎng)上網(wǎng)孔被雜質(zhì)堵塞，不能及時(shí)清理，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪產(chǎn)生的負(fù)壓也會(huì)急劇變化，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣受阻，溫度迅速上升，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障[4]。清掃機(jī)在國(guó)外使用較早，發(fā)展也很迅速，用途較為廣泛，技術(shù)上基本趨于成熟。M.Abdel Wahab等[5]根據(jù)實(shí)際有過(guò)被擠壓的垃圾難以被清理的現(xiàn)象，分析了盤(pán)刷刷毛與垃圾顆粒接觸的原理和能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲得刷毛與垃圾顆粒的最佳接觸形式。Vanegas Useche，L.V等[6]創(chuàng)建了清掃車(chē)盤(pán)刷的物理模型，將刷毛依照分析懸臂梁形式進(jìn)行建模。郭梟等[7]結(jié)合自動(dòng)除塵系統(tǒng)工作狀態(tài)中相應(yīng)遮擋對(duì)其光伏元件輸出影響和達(dá)到的除塵效果做了研究，提出導(dǎo)光伏元件自動(dòng)除塵系統(tǒng)運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間的設(shè)置,進(jìn)而獲得了良好的除塵效果。根據(jù)實(shí)地調(diào)研統(tǒng)計(jì)，采棉機(jī)在采收0.4～0.533hm2地時(shí)，采棉機(jī)駕駛員或其工作人員就會(huì)用清掃工具來(lái)清掃粘附在防護(hù)罩網(wǎng)上的雜質(zhì)，不僅耗費(fèi)人力，且清掃頻率只是人為預(yù)估，并不能保證防護(hù)罩網(wǎng)上的雜質(zhì)得到及時(shí)清理。為此，針對(duì)采棉機(jī)工作的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出了一種采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)自動(dòng)清理裝置，旨在降低了采棉機(jī)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人工清掃的不確定性，從而降低采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率，為采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)自動(dòng)清理裝置后期進(jìn)一步研發(fā)提供支持。

1 材料與方法

1.1 設(shè)計(jì)方案與工作原理

1.1.1 設(shè)計(jì)方案

采棉機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)自動(dòng)清理裝置用于清掃采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)上的雜質(zhì)，主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分[8]， 如圖1所示。該自動(dòng)清理裝置主要由電機(jī)、滑軌 、刷滾軸、絲杠、聯(lián)軸器、PLC控制盒，以及用于與連接固定的螺栓、支撐座、軸承座等組成，可以對(duì)采棉機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)進(jìn)行往復(fù)清掃，清掃頻率和時(shí)間可以根據(jù)具體環(huán)境設(shè)定。

1.1.2 工作原理

工作時(shí)，相應(yīng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)孔上雜質(zhì)的吸附情況，當(dāng)防護(hù)罩網(wǎng)上的雜質(zhì)吸附量達(dá)到預(yù)定的警戒值時(shí)，傳感器將感應(yīng)到的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)給控制核心；控制核心發(fā)出指令控制電機(jī)A和電機(jī)B轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)A轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)刷滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，刷滾軸上的刷毛清掃防護(hù)罩網(wǎng)上粘附的雜質(zhì)，電機(jī)B正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)絲杠桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺母沿驅(qū)動(dòng)桿自前而后運(yùn)動(dòng),則刷滾軸開(kāi)始自前而后清掃采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)的表面；當(dāng)刷滾軸到達(dá)最后端后，PLC控制盒控制其電路使電機(jī)反轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)螺紋驅(qū)動(dòng)桿反向轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)螺母沿驅(qū)動(dòng)桿自后而前運(yùn)動(dòng),則刷滾軸開(kāi)始自后而前再次清掃采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)的表面；當(dāng)刷滾軸到達(dá)最前端之后，觸發(fā)電路行程開(kāi)關(guān)，切斷電機(jī)反轉(zhuǎn)回路，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)停止，1個(gè)清掃周期完成。

1.軸承座 2.螺栓B 3.電機(jī)A 4.聯(lián)軸器 5.刷輥軸 6.滑塊 7.支撐座 8.螺栓A 9.試驗(yàn)臺(tái)板 10.滑軌 11.固定導(dǎo)向桿 12.刷滾軸軸承套 13.刷毛 14.電機(jī)B 15.電機(jī)B支撐座 16.移動(dòng)絲杠 17.絲杠螺母 18.試驗(yàn)臺(tái)支架 19.采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng) 20.雜質(zhì)收集槽 21.PLC控制箱圖1 采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)自動(dòng)清理裝置的結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

1.2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

1.2.1 刷輥軸的設(shè)計(jì)

目前使用的刷輥類(lèi)型多種多樣，常用刷絲直徑約0.05～2mm，刷體最小直徑為25mm，刷體最長(zhǎng) 5.5m[9]。設(shè)計(jì)的采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)清理裝置，要邊清掃邊運(yùn)動(dòng)，考慮到刷桿的強(qiáng)度，選用圓柱實(shí)心毛刷輥;又由于為所洗物材質(zhì)為碳鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)，所以刷毛用尼龍610，刷輥用 45鋼。使用尼龍材質(zhì)刷毛清掃發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)的防護(hù)罩網(wǎng)進(jìn)行清掃，不僅要求減少被清掃物的損傷，而且要求刷絲要有良好的彈性和一定的抗壓性。所選尼龍610刷絲不僅彈性好，而且抗磨損性能和抗壓性能良好。毛刷輥如圖 2所示。

1.2.2 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)

本裝置根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇深溝球軸承，其軸承座如圖3所示。圖3中，止推環(huán)用來(lái)固定軸承；圓槽的作用是密封，選用O形封圈。本設(shè)計(jì)使用深溝球軸承，選用滾動(dòng)軸承座，并用1個(gè)止推環(huán)來(lái)固定軸承[10]。

圖2 清掃刷輥

圖3 滾動(dòng)軸承座

1.2.3 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

選用的滑軌為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌，主要由滑塊、滾珠、端蓋、導(dǎo)軌和回流模組組成，如圖4所示。其特點(diǎn)是滑塊和導(dǎo)軌之間用滾珠作為動(dòng)力傳輸，可無(wú)限做摩擦較小的循環(huán)滾動(dòng)，而且把滑塊緊緊固定在導(dǎo)軌上，可以使清掃裝置中的電機(jī)A沿導(dǎo)軌做高精度及高速的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

圖 4 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌示意圖

1)基本靜額定負(fù)荷。當(dāng)直線(xiàn)導(dǎo)軌處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如果受到大的沖擊載荷，其珠道或者滾動(dòng)體可能發(fā)生嚴(yán)重變形，影響導(dǎo)軌正常使用，因此要按靜額定負(fù)荷對(duì)導(dǎo)軌來(lái)選型?；眷o額定負(fù)荷為

C0≥FS·P0

(1)

式中C0—額定靜負(fù)荷(kgf)；

P0—單個(gè)滑塊上的靜負(fù)荷或沖擊負(fù)荷(kgf)；

FS—負(fù)荷安全系數(shù),大小按表1選擇。

表1 靜載荷安全系數(shù)

2)基本動(dòng)額定負(fù)荷。當(dāng)直線(xiàn)導(dǎo)軌處于工作狀態(tài)時(shí)，如果其滾珠或珠道面承受了變力的作用發(fā)生了損傷，那么要按動(dòng)額定負(fù)荷對(duì)導(dǎo)軌來(lái)選型[11]。

直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌受到的載荷為p，其工作總行走距離L與其基本動(dòng)額定負(fù)荷C的關(guān)系為

(2)

式中L—總行走距離(壽命)(km)；

C—基本動(dòng)額定負(fù)載荷(kgf)；

P—導(dǎo)軌受到的載荷(kgf)。

因?yàn)閷?shí)際的工作情形或許同實(shí)驗(yàn)條件有一定的差別，如其工作載荷會(huì)因?qū)嶋H狀況改變等因素，所以把式(2)修改成

(3)

式中L—總行走距離(壽命)(km)；

C—基本動(dòng)額定負(fù)載荷(kgf)；

fh—硬度系數(shù)；

ft—溫度系數(shù)；

fc—接觸系數(shù)；

fw—負(fù)荷系數(shù)；

PC—計(jì)算負(fù)荷(kgf)。

在設(shè)計(jì)時(shí)，壽命用時(shí)間來(lái)表示。設(shè)滾動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程為ls(m),每分鐘的往復(fù)行程數(shù)為n1,工作總行走距離L(km)和時(shí)間壽命Lh(h)二者的關(guān)系表示為

(4)

2 清掃刷輥的模態(tài)分析

模態(tài)分析可以確定一個(gè)結(jié)構(gòu)或機(jī)械零件的振動(dòng)特性(即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型)，避免與其他工作部件發(fā)生共振。刷輥?zhàn)鳛榍謇硌b置的重要部件，如果電機(jī)、清理裝置等各部件的振型頻率與刷輥的頻率相同，刷輥較容易發(fā)生共振，因此要對(duì)刷輥進(jìn)行合理的模態(tài)分析。

2.1 模型的導(dǎo)入與材料屬性的定義

將SolidWorks建立的刷輥模型導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件中，并設(shè)置模型的單位為mm[12]。為了便于計(jì)算，需要對(duì)有限元的模型給與簡(jiǎn)化，如圖5所示。由于主要是分析刷輥軸的特性，所以本模型將刷輥上的刷毛簡(jiǎn)化掉，將軸承座及軸套用圓柱面約束進(jìn)行了替代。根據(jù)相關(guān)計(jì)算及實(shí)際需求，刷輥材質(zhì)采用Q235A較為合適。

圖5 清掃刷輥

2.2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，建立正確合理的網(wǎng)格模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的精度影響較大，所以網(wǎng)格劃分需要合適的方法[13]。刷輥模型采用的是四面體網(wǎng)格劃分，使用的是patch conforming算法。網(wǎng)格劃分完成后共有55 857個(gè)節(jié)點(diǎn)和30 855個(gè)單元，如圖6所示。

圖6 刷輥網(wǎng)格劃分

2.3 約束的設(shè)置與求解

根據(jù)刷輥實(shí)際工作狀態(tài)，在刷輥模型兩端施加固定約束，位移邊界條件是在軸承座及軸套位置施加圓柱面約束，約束軸向和徑向的自由度，放開(kāi)切向自由度。

圖7 前6階模態(tài)振型云圖

階數(shù)頻率/Hz階數(shù)頻率/Hz120.377220.544321.470421.491542.004655.134

2.4 約束模態(tài)結(jié)果分析

隨著模態(tài)順序的增加，清潔刷輥的變形程度先減小后增大。由表2中的刷輥的前6個(gè)模態(tài)頻率的數(shù)據(jù)可以看出：刷輥的第1和第2、第3和第4階的頻率是相似的，它們兩兩之間的振型變化也較為接近；前2階的變形主要是某一端的彎曲變形，3階和4階主要變形發(fā)生在整個(gè)刷輥彎曲變形，第5階時(shí)出現(xiàn)了大的圓周變形，第6階時(shí)振動(dòng)幅度最為明顯，變形情況最為嚴(yán)重。

由于刷輥設(shè)計(jì)的工作轉(zhuǎn)速在240/min以下，屬于低速范圍，轉(zhuǎn)速對(duì)刷輥軸固有頻率基本沒(méi)有影響，因此旋轉(zhuǎn)速度對(duì)刷輥臨界速度的影響可以忽略。根據(jù)刷輥模態(tài)分析得到的固有頻率，由式(5)計(jì)算刷輥的臨界轉(zhuǎn)速，即

n=60f

(5)

式中n—臨界轉(zhuǎn)速(r/min)；

f—固有頻率(Hz)。

刷輥軸模態(tài)第1階臨界轉(zhuǎn)速n1=60×20.377=1 222.62r/min,該計(jì)算轉(zhuǎn)速大于刷輥的最高工作轉(zhuǎn)速240r/min；而前6階固有頻率在20.377～55.134之間，固有頻率較高，其固有頻率沒(méi)有與清理裝置其他零部件接近或耦合的頻率。這表明，說(shuō)明該主軸設(shè)計(jì)是合理的，能有效地避開(kāi)共振區(qū)，刷輥不會(huì)發(fā)生共振[14]。

3 吸附雜質(zhì)和刷輥刷毛特性分析

3.1 吸附雜質(zhì)的物理特性

根據(jù)在石河子農(nóng)八師136團(tuán)采棉機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地跟蹤調(diào)研，采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)的防護(hù)罩網(wǎng)表面吸附的雜質(zhì)主要有灰塵、棉絮、砂粒等，物理性質(zhì)各不相同[15]。為了保證清掃裝置設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)輕掃雜質(zhì)的物理特性進(jìn)行分析。本文主要針對(duì)雜質(zhì)中顆粒物的特性進(jìn)行分析。

1)顆粒密度。表觀(guān)密度是指材料質(zhì)量與表觀(guān)體積的比值，由于顆粒之間有空隙存在，因此影響雜質(zhì)收集槽的設(shè)計(jì)。真密度指的是單位體積的顆粒質(zhì)量，這影響到刷輥速度的確定。兩個(gè)密度之間的關(guān)系可用公式表述為

ρε=(1-ε)ρ

(6)

式中ρε—顆粒的表觀(guān)密度(kg/m3)；

農(nóng)業(yè)機(jī)械的保養(yǎng)要按照“防重于治、養(yǎng)重于修”的原則，切實(shí)執(zhí)行技術(shù)保養(yǎng)規(guī)程，動(dòng)力機(jī)械要按主燃油消耗量確定保養(yǎng)周期，按時(shí)、按號(hào)、按項(xiàng)、按技術(shù)要求進(jìn)行保養(yǎng)，達(dá)到技術(shù)保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，確保機(jī)具處于完好的技術(shù)狀態(tài)。

ε—空隙率；

ρ—顆粒的真密度(kg/m3)。

表3為常見(jiàn)顆粒物的表觀(guān)密度和真密度。

表3 常見(jiàn)顆粒物的表觀(guān)密度和真密度

2)顆粒粒徑。顆粒粒徑是顆粒物的基本特性之一，其體積是判斷顆粒物粗細(xì)的指標(biāo)，而體積的大小歸根結(jié)底為粒徑的分析。由于道路上的顆粒物形狀均不規(guī)則，所以分析粒徑時(shí)應(yīng)做出適當(dāng)轉(zhuǎn)化，在清掃裝置的研究中主要轉(zhuǎn)換方法為當(dāng)量粒徑。當(dāng)量粒徑采用等體積法(利用光散射法測(cè)定)，將不規(guī)則顆粒物轉(zhuǎn)化為體積相等的球體，該球體的直徑即為當(dāng)量粒徑。當(dāng)量粒徑的計(jì)算公式為

(7)

式中V—顆粒的實(shí)際體積(m3)；

d—當(dāng)量粒徑(m)。

3)顆粒球形度。研究垃圾顆粒物運(yùn)動(dòng)等情況時(shí)，都是把顆粒物假設(shè)成圓球體來(lái)進(jìn)行研究，而實(shí)際上它們都是不規(guī)則的顆粒狀，因此會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定誤差，會(huì)對(duì)刷輥的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定有一定影響[16]。所以，引用球形度來(lái)作為矯正系數(shù)，表示顆粒與球體的接近程度。它們之間的關(guān)系可用公式表述為

κ=A/Ac

(8)

式中κ—顆粒球形度；

A—顆粒表面積(m2)；

AC—當(dāng)量球體表面積(m2)。

常見(jiàn)顆粒物的球形度如表4所示。

表4 常見(jiàn)顆粒物的球形度

根據(jù)以上顆粒物理特性及主要顆粒物占的百分比，為了使本研究更具有準(zhǔn)確性，選擇顆粒物中所占百分比較高的砂粒為分析對(duì)象。

3.2 刷輥刷毛的力學(xué)特性

刷毛的分布類(lèi)型與所清掃的對(duì)象密切相關(guān)，因本文對(duì)象是砂粒顆粒物，所以刷輥類(lèi)型選擇清掃效果較好的圓柱形刷輥[17]。其刷毛沿圓柱體上分段密集分布，可使垃圾顆粒物在被刷毛分散彈起時(shí)又有種向刷輥中心聚攏的趨勢(shì)，避免了二次揚(yáng)塵，從而達(dá)到較好的清掃效果。圓柱體分段分布刷輥的清掃作業(yè)是刷毛與砂粒顆粒的非線(xiàn)性接觸問(wèn)題，刷毛的彎曲變形產(chǎn)生在橫向截面XY平面和縱向截面YZ平面。圖8為刷毛與砂粒顆粒橫向截面內(nèi)的接觸示意圖。其中，砂粒的法向接觸力Fn和切向摩擦力Fτ使刷毛產(chǎn)生彎矩M,γ為刷絲與垂直方向的夾角，R為刷輥半徑。由于刷絲為尼龍塑料，剛度小、彈性變形量大，當(dāng)刷絲與砂粒剛發(fā)生點(diǎn)接觸時(shí)，兩者仍處于靜平衡狀態(tài)，接觸點(diǎn)的彎矩為零。隨著刷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，刷絲與砂粒間開(kāi)始相互運(yùn)動(dòng)，兩者間的接觸點(diǎn)與其產(chǎn)生的彎矩零點(diǎn)也隨之變化。

圖 8 刷毛與砂粒橫向截面接觸

圖9為刷毛在縱向截面的受力分析。為充分研究砂粒在縱向截面內(nèi)的受力，將刷毛作用力F分解為縱向力FY和橫向力FZ。FY將砂粒拋入刷輥使之繞刷輥?zhàn)鰣A周運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)Z將砂粒沿刷輥軸心線(xiàn)方向中心靠攏。當(dāng)φ=0時(shí),FZ=0，F(xiàn)Z則將砂粒只能垂直于刷輥?zhàn)鰣A周運(yùn)動(dòng)，無(wú)法橫向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)φ增大時(shí)，橫向力FZ隨之增大，但橫向力FZ過(guò)大會(huì)導(dǎo)致刷輥轉(zhuǎn)動(dòng)橫向滑移速度增大，加快刷毛的磨損。

圖9 刷毛在縱向截面的受力分析

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)該采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)自動(dòng)清理裝置清掃效果，特在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師136團(tuán)和新疆新建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程開(kāi)發(fā)有限公司機(jī)庫(kù)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。圖10為兵團(tuán)農(nóng)八師136團(tuán)調(diào)研圖，圖11為自動(dòng)清理裝置試驗(yàn)臺(tái)，圖12為人工掃把清掃罩網(wǎng)和清理裝置清掃刷輥清掃效果對(duì)比情況。

圖 10 兵團(tuán)農(nóng)八師136團(tuán)調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)

圖11 清理裝置試驗(yàn)臺(tái)

圖12 人工清掃和清理裝置清掃刷輥清掃罩網(wǎng)對(duì)比圖

試驗(yàn)選用的采棉機(jī)型號(hào)為迪爾9970，是新疆目前應(yīng)用較為廣泛的一種機(jī)型。其發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)平面形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)104.2cm,寬51.5cm。罩網(wǎng)上均勻分布許多小孔，罩網(wǎng)厚度3.44cm。隨后，選同一個(gè)型號(hào)采棉機(jī)罩網(wǎng)，分別多次進(jìn)行人工罩網(wǎng)清理，把清理裝置清掃刷輥的清理效果和清理效率進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)完成之后 ，收集試驗(yàn)區(qū)域掉落在地上的雜質(zhì)、罩網(wǎng)上未清理掉的雜質(zhì)并稱(chēng)重，根據(jù)式(9)測(cè)得清理裝置的清掃率，即

(9)

式中S—清理裝置刷輥工作過(guò)程中的清掃率(%)；

m1—試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)掉落在地上雜質(zhì)的質(zhì)量(kg)；

m2—罩網(wǎng)上未清理掉的雜質(zhì)質(zhì)量(kg)。

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

1)設(shè)計(jì)了一種采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)自動(dòng)清理裝置，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)防護(hù)罩網(wǎng)粘附雜質(zhì)的自動(dòng)清理作業(yè)，從而減小采棉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)故障率。

2)在SolidWorks軟件中創(chuàng)建清理裝置的三維模型，并導(dǎo)入ANSYS Workbench中對(duì)其刷輥進(jìn)行模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)刷輥不會(huì)發(fā)生共振，滿(mǎn)足使用要求。探討分析了刷輥刷毛的清掃性能，主要包括垃圾顆粒的物理特性和刷毛的力學(xué)特性分析。

3)為檢驗(yàn)清理裝置清掃率等性能，對(duì)清理裝置清掃刷輥清掃率和人工的清掃率進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果表明：人工清掃雜質(zhì)清掃率在80%～85%之間，而清理裝置刷輥工作過(guò)程中雜質(zhì)清掃率大于 90% ，裝置在工作過(guò)程中可靠性高，各項(xiàng)性能均滿(mǎn)足要求[18]。