往复式灌木切割器滑切角对灌木切割的影响

时间:2017/9/25 9:39:00 来源:本网 添加人:admin

  往复式灌木切割器滑切角对灌木切割的影响陈诚俞国胜(北京林业大学工学院)度研宄了滑切角与灌木最大切割力的关系,以及刀刃角和曲柄转速对滑切过程的影响。结果表明:1)往复式灌木切割器的滑切角适用范围为010°。2)当滑切角较小时(矣10°),增大刀刃角有利于滑切过程并降低最大切割力。3)当滑切角较小时(矣10°),增大曲柄转速能抑制灌木茎秆的外滑,进而降低最大切割力;若滑切角过大(15°),则抑制效果不明显,不能降低最大切割力。

  基金项目:国家林业公益性行业专项基金项目(200904007)。

  第一作者:陈诚。主要研究方向:林业与园林机械。电话:13811809271Email:ccbfu126.com地址:100083北京市清华东路35号北京林业大学828信箱。

  责任作者:俞国胜,教授。主要研究方向:林业与园林机械。电话:0102343029Email:sgyzhbfu.edu.cn地址:同上。

  本干I网址:http:灌木可用于防风固沙、牲口饲料、制浆造纸等,并且可作为生物质能源的一种,极具开发利用价值。根据灌木的生长特性,一般35年需平茬一次,以促进根系生长、丛落扩大、生物量积累增加。灌木切割器主要分为圆盘式和往复式,目前国内外对于往复式灌木切割器的研究很少。李宁等通过力学试验机研究灌木静态切割中刀具刃角与茎秆直径对切割力的影响。陈晓峰等通过绘制往复式标准型切割器的切割图分析不同进距下的割茬高度。夏萍等通过优化往复切割器的刀刃形状和曲柄转速降低总切割阻力。杨树川等采用Matlab仿真方法定量计算出往复切割器在不同进给速度、割刀曲柄转速条件下,对一次切割区、重割区及漏割区面积的影响。陈昆昌等通过数学建模法优化曲柄配重的半径和质量,达到降低往复式切割器震动的目的。

  本试验设计制作了往复式单刀切割试验台,研究往复式切割器的滑切角对梓条(Caragana korshinsk)茎秆最大切割力的影响,并得出适用于柠条切割的滑切角范围。

  1滑切角作用机理简介往复式切割器割刀的滑切角对切割力有重大影响,相关试验表明:滑切角增大,切割阻力减小。当滑切角0由15增至45时,切割阻力将减小一半。减小阻力的原因主要有两方面:一是由于0增加时,刀片对茎秆的滑动速度U1亦增大(U1=usin0,为刀片的运动速度);二是因为0增加时,刀刃沿运动方向切入茎秆的切入角变小Ur<,为刀刃角)。但0角过大时,将引起茎秆在动、定刀片的夹持中的不稳定(从剪口向前滑出),切割不可靠。为此,以茎秆被刀片夹住为前提,对0角的确定做如下分析。茎秆在动刀片及定刀片的夹持中,在两刀刃的接触点A、B处对茎秆有正压力、N2和摩擦力1、心(F1=Ntg(1,F2=N2tg(2,(1为动刀片对茎秆的摩擦角,(2为定刀片对茎秆的摩擦角)。如用R1表示N1与F1的合力,R2表示N2与。的合力,则茎秆被夹持条件为:两刃口作用于茎秆的合力R1与R2必在同一条直线上。

  02为定刀片滑切角将。忽略摩擦,根据切割瞬时功率相等Tw=Fv,得由于动刀只作往复直线运动,以动刀的运动方向所在直线为x轴建立坐标系,那么该方向上的Fmax即为试件最大切割力,其速度V的确定可以通过试验设备的曲柄传动机构简图分析得到。

  直平面夹角(°)。在本设备中当切割扭矩最大时,等于°,故割力的影响,首先采用单因素试验方法确定适用于灌木切割的滑切角范围。本试验共设计7组滑切角参数值进行切割试验,其值分别为°、5°、10°、15°、20°、25°、30°,与此相对应一共设计制作7组滑切角调节块。然后在该基础上研究刀刃角、曲柄转速对滑切过程的影响。设计制作了4组不同刀刃角的刀片,其值分别为30°、35°、40°、45°。记录每次试验中的扭矩值变化曲线和最大扭矩值,再通过式(8)计算出相应的最大切割力。

  4结果与分析4.1单因素试验结果试验时将灌木固定安装于夹持装置中,上端自由,待切割处接触定刀刃。己有的研究成果,取常用刀刃角40°、曲柄转速80r/mm,在每个滑切角参数值下重复试验3次,取平均值,试验结果见表1.表1滑切角与最大切割力滑切角/扭矩电压值/v最大切割力/N切割困难无法切割从表1可知:滑切角在015时能够进行切割,最大切割力呈先减小后增大的趋势;当滑切角等于20°时,灌木试件在切割过程中伴随较明显外滑现象,并时常无法成功切割;当滑切角大于20时,出现明显的侧向滑动现象,并随着滑切角的继续增大外滑越严重,无法完成切割。在本试验条件下,滑切角为5时,最大切割力值最小。

  4.2刀刃角对滑切过程的影响在单因素试验结果的基础上,继续研究刀刃角在灌木切割过程中对滑切作用的影响。结合己有的研究成果和本试验台所能调节的范围,选取曲柄转速80r/mm,刀刃角和滑切角的参数水平见表2,试验结果如所示。

  为了研究往复式切割器的滑切角对灌木最大切正相关。

  从可知:以最大切割力为指标,刀刃角对滑切过程的影响比较复杂。当滑切角取0和5时,适当增加刀刃角(40°),有利于降低最大切割力,继续增加刀刃角,则最大切割力反而增加;当滑切角取10时,增大刀刃角有利于降低最大切割力,且刀刃角为45时最大切割力的值最小;当滑切角为15时,最大切割力随刀刃角的增加而增大,两者基本呈水平滑切角刀刃角103025353104041545

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