李玲玲 范緯世

摘 要：針對我國粗放式地表種植土剝離的現(xiàn)狀，提出了自動化精確種植土剝離。本文提出了一種剛?cè)峄炻?lián)振動剝離機(jī)的方案，為以后物理樣機(jī)的研制提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：振動減阻;二維切削;剛?cè)峄炻?lián);建模仿真;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.前言

隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)示范工程中，種植土的移植與更換是農(nóng)田新建、農(nóng)田改造、設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要工序。種植土的自動化精確剝離可以提高農(nóng)田建設(shè)提高效率及建設(shè)質(zhì)量。研究表明，農(nóng)業(yè)地、園林地、自然生態(tài)地表深度在 100 ～ 150mm 范圍內(nèi)種植土價值最高，因此采用自動化精確種植土剝離代替粗放式種植土剝離是亟待解決的問題。目前，市場沒有專門用于種植土的剝離設(shè)備，為此，設(shè)計了剛?cè)峄炻?lián)振動剝離機(jī)，其能夠減少土地破壞、獲得較高質(zhì)量的地表種植土，且功耗小、剝離精度高，在小面積農(nóng)田建設(shè)及小面積土地開發(fā)整理中具有廣闊的應(yīng)用前景，對于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.設(shè)計原理

柴油發(fā)動機(jī)（1）一方面將動力輸送給履帶車（2）驅(qū)動履帶車行駛;另一方面將動力經(jīng)軟軸（2）與轉(zhuǎn)向器（8）輸送給轉(zhuǎn)軸（7）;轉(zhuǎn)軸（7）通過偏心套帶動刀架（10）運(yùn)動，轉(zhuǎn)軸與偏心套通過鍵連接;刀架下端與機(jī)架之間通過板簧（12）連接;轉(zhuǎn)向器可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)刀板（9）不同的振動方式;仿形輪（11）與地面接觸，在整機(jī)行進(jìn)過程中，仿形輪隨著被剝離地面高地變化帶動信號盤（6）發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)動，光電傳感器檢測到信號盤（6）的轉(zhuǎn)角變化時通過液壓回路控制升降液壓缸（4）的升降，從而實(shí)時保證刀板隨著地表的形狀起伏而調(diào)整刀板相對地表位置的穩(wěn)定性，達(dá)到精確控制剝離深度的目的。工作過程中刀板在履帶車的牽引下水平切削土壤的同時，上下振動，實(shí)現(xiàn)振動型二維切削。

3.振動切削減阻原理

振動型二維切削即切削土壤的方向有兩個刀具推進(jìn)方向與垂直于刀具推進(jìn)方向，而振動垂直于刀具推進(jìn)方向。

土壤在振動時其強(qiáng)度發(fā)生變化，并具有與靜態(tài)時不同的破壞機(jī)理。因此根據(jù)土壤成分，調(diào)節(jié)振動的頻率與振幅，使土壤剝離的同時達(dá)到合適的松碎程度，從而得到最低的消耗功率，此可作為振動減功機(jī)理的研究方向。

4.剛?cè)峄炻?lián)機(jī)構(gòu)

采用板簧作為柔性部件連接，刀板在和土壤硬物接觸時會發(fā)生跳脫現(xiàn)象，提高了刀板在切削過程中的柔性，同時板簧依靠自身柔性能承受高頻振動。

5.結(jié)構(gòu)優(yōu)化

優(yōu)化方案：將板簧與刀架的固定副連接改為轉(zhuǎn)動副連接如圖3。

6.結(jié)? 論

剛?cè)峄炻?lián)振動剝離機(jī)的方案充分利用了振動切削減阻理論，并采用剛?cè)峄炻?lián)機(jī)構(gòu)，滿足了自動化精確種植土剝離的要求，整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能承受高速旋轉(zhuǎn)與高頻振動;同時提出優(yōu)化方案，為以后物理樣機(jī)的研制提供了依據(jù)。

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作者簡介：李玲玲（1983.03—），女，河北省保定市人，保定市蓮池區(qū)河北科技學(xué)院 檢測技術(shù)與自動化裝置專業(yè) 研究生