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  不同刀片结构的比较分析国内外甘蔗收获机械砍蔗机构一般有单刀盘和双刀盘两种,刀盘的型式和数量随机器型号不同而异,安装在刀盘上的刀片是直接切割甘蔗的关键零件,一般需要满足三个条件:坚韧耐磨、锋利、形状合理。坚韧耐磨和锋利是公认的条件,但是形状合理现在还没有定论,目前使用的刀片形状有矩形、梯形和月牙形三种。使用上以前两种形状刀片最广泛。现对三种形状的刀片进行分析。


  1.1切割甘蔗受力分析三种形状的刀片安装在刀盘上见简。刀刃有两种形式,一种是光滑线刃,另一种是锯齿刃。


  锯齿刃入土切割甘蔗容易损坏,故刀片主要采用光滑线刃。


  由相关的实验研究及运动学仿真分析可以知道,切割器刀片的刀刃在实际切割过程中大部分时间是刀刃的中部偏上部位对甘蔗进行切割。矩形刀片在切割甘蔗时是刀刃以砍切方式切断甘蔗;梯形刀片在切割甘蔗时是刀刃以砍切和滑切两种方式切断甘蔗;月牙形刀片在切割甘蔗时是刀刃以滑切方式切断甘蔗。三种形状刀片切割甘蔗时的受力分析见简。由的受力分析可知,矩形刀片切割甘蔗的作用力垂直过甘蔗中心,在刀刃线上没有分力,是砍切方式切断甘蔗;梯形刀片切割甘蔗。三种形状刀片切割甘蔗的受力分析的作用力过甘蔗中心,在刀刃线方向和刀刃线垂直方向上都有分力,是砍切与滑切的综合作用下切断甘蔗;月牙形刀片切割甘蔗的作用力过甘蔗中心,切割甘蔗效果与梯形刀片相似。砍切力大小的次序是矩形刀片大于梯形刀片,梯形刀片大于月牙形刀片;滑切力大小的次序是月牙形刀片大于梯形刀片,梯形刀片大于矩形刀片。以基本垂直于甘蔗茎秆的冲击力砍蔗,会造成甘蔗的破碎和撕裂,特别是会把靠切割位置附近的两节甘蔗变成碎片,从而使甘蔗造成重大损失。所以直接的砍切甘蔗效果与有滑切的相比效果要差。


  1.2刀片切割甘蔗的运动学分析运动分析是根据已知物体的运动规律,求出其物体上某些点的轨迹、位移、速度、加速度等,再从这些物理量分析出物体的运动性能。本文采用机械系统动力学仿真分析软件adams对刀片切割甘蔗的运动轨迹进行仿真分析。对三种形状刀片切割甘蔗的过程进行运动仿真,对一把刀片的切割顶点和切割最低点的轨迹仿真,再通过其轨迹分析刀片的切割效果。三种形状刀片切割的仿真轨迹见图从三种形状刀片切割甘蔗的仿真轨迹可知,矩形刀片的轨迹经过甘蔗直线度明显,月牙形刀片的轨迹经过甘蔗弧线度明显,梯形刀片的轨迹经过甘蔗的直线度处于矩形刀片和月牙形刀片之间。前后刀片的轨迹紧密程度以矩形刀片最显著,其次是梯形刀片和月牙形刀片。结果表明矩形刀片切断甘蔗要多刀切割的数量比梯形刀片和月牙形刀片的多。月牙形刀片的轨迹有向前弯曲的程度最显著,表明有对甘蔗前推的趋势最显著,应避免。


  滑切效果与砍切效果分析刀片在切割甘蔗过程主要是以砍切和滑切两种形式切断甘蔗。刀片切割甘蔗时刀刃楔角的变化见。由刀刃切切割过程的理论知刀刃沿材料的切向位移愈大,切割时所需的法向压力愈小角/就越小,因此刀刃切进材料所需的法向力便越小,即砍切力越小。滑切与砍切相比,前者的切割行程长,消耗于楔面与材料之间的摩擦功有所增加,故在很多次切割的条件下总的切割功比后者大。


  在一刀(或少数几刀)切断甘蔗的情况下,由于是瞬时切断,消耗于楔面与材料之间的摩擦功很小。


  所以总的切割功耗比砍切小。由刀片切割的仿真轨迹得矩形刀片一刀切断甘蔗的效果最好,若一刀切割不断甘蔗则会容易造成甘蔗破裂。综合刀刃切割的过程比较,梯形刀片和月牙形刀片切割甘蔗的功率损耗比矩形刀片的切割功率损耗小。


  结束语由三种不同形状的刀片切割甘蔗受力分析以及运动学仿真分析,得出矩形刀片是直接以砍切方式切割甘蔗,容易造成甘蔗破裂;月牙形刀片以滑切方式切割甘蔗效果最好,梯形刀片次之;月牙形刀片轨迹有推侧甘蔗的趋势,容易造成甘蔗挤推断裂,而梯形和矩形刀片则没有。功率损耗方面砍切方式切割甘蔗损耗最大,梯形刀片和月牙形刀片切割功率较小。综合以上分析,月牙形刀片切割甘蔗的效果最好,梯形刀片次之,矩形刀片效果最差。

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