齿形链式切割器的性能分析与仿真分析研究

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联合收割机广泛采用的往复式切割器由于动刀惯性力造成振动大,工作效率低,连续回转式切割器可以很好解决这一问题。本文以齿形链式连续回转切割器为研究对象,研究其工作性能和振动特性。通过分析齿形链式切割器的工作原理,优化动刀结构参数,运用MATLAB对切割器无重割和漏割时的切割图进行数值模拟,得到切割图中各区域面积大小和割茬高度的计算公式,利用ANSYS Workbench对紧边刀链进行模态分析,避免其生共振。并在ADAMS中进行动力学仿真,分析其在不同切割速度下的振动大小。主要作了以下几个方面的工作:(1)通过对齿形链式切割器工作原理的分析,将割刀设计为单边刃,且只有一边有倾角的结构,设计其结构参数和适配的护刃器,并对动刀片进行有限元静力学分析,得出其满足强度要求。通过计算分析,刀链的宽度T取值为15mm。(2)通过分析切割图数值模拟的影响参数,运用MATLAB绘制出无重割和漏割时的切割图,当切割速度比λ为2.1时,切割器的切割阻力和功耗均为最小,工作性能最优。在工作性能均为最优的条件下,齿形链式切割器的最大工作速度是往复式切割器的2.23倍,提高了单位割幅的生产率。分析出现重割区和漏割区的条件,得到切割图中一次切割区、重割区和漏割区面积大小的计算公式,定量分析了随着切割器工作参数的变化,切割图中各个区域面积大小的变化。对割茬高度进行分析,当为无重割和漏割的状态时,切割区内割茬高度最大值Z1max=54.5mm,当出现漏割区时,得出割茬高度最大值Z2max的计算公式,并绘制割刀进距和割茬高度最大值关系曲线。动刀片的刃口剪切负荷计算得f=577mm2,满足切割器的正常工作要求。得出当磨损未引起动刀片刃部高度改变时,不同磨损情况下重割区和漏割区面积大小的计算方法。(3)在ANSYS Workbench中对紧边刀链进行模态分析,为避免共振,通过对激励源分析得出主动链轮转速应避开的临界转速值,验证发动机、路面及拨禾轮的激励频率不会引起紧边刀链发生共振。(4)运用ADAMS软件进行动力学仿真分析,比较齿形链式切割器和往复式切割器对机架的振动力,在切割速度为39m/s时,齿形链式切割器对机架的振动力平均值为往复式切割器的7.3%,在提高单位切割速度条件下,齿形链式切割器对机架的振动力平均增长量仅为往复式切割器的2.9%,说明齿形链式切割器在较高切割速度条件下相对于往复式切割器具有振动小,且随着切割速度的提高,振动增长速度慢的优点。在临界切割速比条件下进行运动仿真,得到动刀片的运动轨迹曲线,说明刀链在水平方向上运动速度的周期性变化对动刀片的运动轨迹几乎没有影响。对齿形链式切割器这种切割速度快,振动小的新型回转式切割器进行研究对于提高生产效率,减小大喂入量收割机割台宽度,降低振动,提高联合收割机可靠性均具有积极的意义。
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