圆盘式苎麻切割器的设计及试验研究
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摘要
苎麻的纤维是我国重要的纺织原料,但是近年来苎麻的种植面积由2005年的190万亩骤减到2010年的40万亩。苎麻收获期作业效率低,收割成本逐年增高,已成为苎麻生产发展的一大限制因素,而发展苎麻收获机械是解决这一问题的根本途径。切割器作为苎麻收获机械的关键部件,其切割质量和切割效率直接影响作业效果。
论文采用试验测定和复合材料微观力学考察方法获得了苎麻底部茎秆的横观各向同性材料的模型参数,根据等滑切角切割理论设计了等滑切角式圆盘切割器,并运用有限元动态仿真研究了刀盘切割苎麻茎秆的切割机理,为苎麻茎秆切割试验提供了理论指导。
通过设计苎麻切割试验台架,采用二次正交回归旋转试验设计方法,对影响苎麻切割器切割功耗的结构因素(滑切角、刀盘倾角)和运动因素(刀盘转速、喂入速度)进行了室内物理模拟试验研究；采用数理统计方法建立了各试验因素与切割功耗、破茬率和纤维残留率的回归数学模型,分析了各试验因素及其交互作用对切割功耗、破茬率和纤维残留率的影响。同时进行了综合优化,获得因素最优组合为：当取刀片滑切角为44.5°,刀盘倾角为0°,刀盘转速为1448r/min,喂入速度为0.33m/s时,切割功耗最低为419w,破茬率最低为2.8%,纤维残留率最低为8.9%。
The fibre of ramie is a kind of important textile raw material in China, but recently the area for planting ramie was decreased from 1.9 million acres in 2005 to 40 million acres in 2010. The fact that low efficiency in the harvest-time of ramie and high harvest cost year by year, has become a limited factor for ramie production development. And developing ramie harvest machine is the basic way to solve the problem. The cutting quality and efficiency of cutter effect directly on ramie harvester, of which cutter acts as a critical component.
Model parameters of transversely isotropic material for the bottom ramie stalks had been obtained by test determination and research with micromechanics of composite. The disc cutter with equal slip cutting angle has been designed according to cutting theory of equal slip cutting angle. This paper studied the cutting mechanism of cutter-head cutting ramie stalks by dynamic finite element analysis, which provides theoretical guidance for the cutting test of ramie stalks.
This paper designed test bench for cutting ramie. Using the method of quadratic regression rotatable orthogonal design, it conducted physical simulation experiment in laboratory on structure factors (slip cutting angle, cutter angle)and movement factors (cutter's rotating speed, feeding speed),which influence power consumption of ramie cutter. Mathematical regression models of power consumption, stubble broken rate and retention rate have been established by mathematical statistics method. That experiment factors and its interactions influence power consumption, stubble broken rate and retention rate has been analysed. Meanwhile the paper carried on integrated optimizing, and obtained the optimal combination:when the slip cutting angle of blade, cutter angle, cutter's rotating speed and feeding speed are separately taken as 44.5°,0°,1448r/min and 0.33m/s, figures of power consumption, stubble broken rate and retention rate are separately to be 419w,2.8% and 8.9%.
论文采用试验测定和复合材料微观力学考察方法获得了苎麻底部茎秆的横观各向同性材料的模型参数,根据等滑切角切割理论设计了等滑切角式圆盘切割器,并运用有限元动态仿真研究了刀盘切割苎麻茎秆的切割机理,为苎麻茎秆切割试验提供了理论指导。
通过设计苎麻切割试验台架,采用二次正交回归旋转试验设计方法,对影响苎麻切割器切割功耗的结构因素(滑切角、刀盘倾角)和运动因素(刀盘转速、喂入速度)进行了室内物理模拟试验研究；采用数理统计方法建立了各试验因素与切割功耗、破茬率和纤维残留率的回归数学模型,分析了各试验因素及其交互作用对切割功耗、破茬率和纤维残留率的影响。同时进行了综合优化,获得因素最优组合为：当取刀片滑切角为44.5°,刀盘倾角为0°,刀盘转速为1448r/min,喂入速度为0.33m/s时,切割功耗最低为419w,破茬率最低为2.8%,纤维残留率最低为8.9%。
The fibre of ramie is a kind of important textile raw material in China, but recently the area for planting ramie was decreased from 1.9 million acres in 2005 to 40 million acres in 2010. The fact that low efficiency in the harvest-time of ramie and high harvest cost year by year, has become a limited factor for ramie production development. And developing ramie harvest machine is the basic way to solve the problem. The cutting quality and efficiency of cutter effect directly on ramie harvester, of which cutter acts as a critical component.
Model parameters of transversely isotropic material for the bottom ramie stalks had been obtained by test determination and research with micromechanics of composite. The disc cutter with equal slip cutting angle has been designed according to cutting theory of equal slip cutting angle. This paper studied the cutting mechanism of cutter-head cutting ramie stalks by dynamic finite element analysis, which provides theoretical guidance for the cutting test of ramie stalks.
This paper designed test bench for cutting ramie. Using the method of quadratic regression rotatable orthogonal design, it conducted physical simulation experiment in laboratory on structure factors (slip cutting angle, cutter angle)and movement factors (cutter's rotating speed, feeding speed),which influence power consumption of ramie cutter. Mathematical regression models of power consumption, stubble broken rate and retention rate have been established by mathematical statistics method. That experiment factors and its interactions influence power consumption, stubble broken rate and retention rate has been analysed. Meanwhile the paper carried on integrated optimizing, and obtained the optimal combination:when the slip cutting angle of blade, cutter angle, cutter's rotating speed and feeding speed are separately taken as 44.5°,0°,1448r/min and 0.33m/s, figures of power consumption, stubble broken rate and retention rate are separately to be 419w,2.8% and 8.9%.
引文
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