轮式小型甘蔗收割机台架部件的结构设计分析及试验研究

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甘蔗收获机械技术一直是制约我国甘蔗生产全程机械化的一个瓶颈。小型甘蔗收割机的研制对于改善我国甘蔗收割的落后局面、增强糖业的综合竞争力、提高蔗农的收入水平等都具有极其重要的作用。台架部件主要包括小型甘蔗收割机的前置支架、扶蔗器、切割器等重要的收割工具,该部件还可安装甘蔗输送等辅助装置,其结构设计的优劣,直接关系到收割效率和来年甘蔗的生长质量,因此,一直是甘蔗收割机的设计重点。本课题以国家自然科学基金项目、广西科技厅攻关项目和广西制造系统与先进站制造技术重点实验室项目为依托,具体工作如下:一、针对以往将切割器固定在扶蔗支架上同时斜推提升的台架设计方案中的不足,提出了新型的切割器和扶蔗器的分离式抬升方案,可将切割器垂直提升330mm,满足最大垄高的通过性要求;同时降低整个台架的重量,使结构更加紧凑;扶蔗器安装时向外偏转,与水平方向成7°夹角,对收割时的甘蔗具有收拢作用;同时设计在台架上安装一到两个支撑杆,可提高切割质量。最后结合经验分析和理论计算,对台架装置整体进行了结构设计。二、利用有限元分析方法,结合轴承的预紧理论,对切割器旋转主轴的支撑部件—轴承进行优化研究,并设计刀轴刚性的测试试验作对比分析,结果表明当一对轴承作支撑时,轴承间距设置为200mm为佳。在验证虚拟分析的方法行之有效后,将主轴改为三轴承作弹性支撑的结构,并得出此结构更有利于刚性的提高的结论。三、将砍蔗刀盘在高速旋转情况下的离心力作为预应力,对刀盘的结构进行了有预应力的模态分析,避开了刀盘的激振频率,提高了切割器的动刚度。四、在对支撑杆的理论研究的基础上,在试验中设置支撑杆,并对不同的安装位置对比甘蔗的切割效果。单因素方差分析表明安装支撑杆对甘蔗的切割效果影响显著,正交试验分析结果则表明将支撑杆与甘蔗根部距离设置为650mm时,甘蔗表面的综合评分值较小,即切割质量较好。同时利用正交试验方差分析的方法确定了进给速度、刀盘转速、轴承间距和支撑杆的距离四个因素对切割器刚性和甘蔗切割质量的影响主次顺序,得到比较好的工作参数组合。
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