零转弯半径割草机变割幅割草器研究 - 王新彦 - 图文

2016年8月

·m3。其材料的主要性能参数见表2所示。

表2

Table2

杨氏模量E/Pa2．06e11

刀片的材料属性Materialpropertiesoftheblade

屈服极限σs/MPa1200

农机化研究第8期

73．86MPa，出现在刀片中刀刃临界处附近以及中心孔固定约束的四周远小于其材料的屈服强度1200MPa，满足强度要求。

泊松比μ

强度极限σb/MPa1300

0．30

3．1．2模型约束

割草机刀片高速旋转时，刀片通过螺栓固定在刀片轴的顶端，所以应对安装刀片的螺栓孔进行全约束，同时还要添加刀片地面在厚度方向的移动约束。3．1．3

载荷施加

图14Fig．14

旋转刀片应力分布云图Themisescontourplotofblade

实际工作中刀片的受力比较复杂，为了方便计算和分析，将刀片的受力简化为均匀作用于局部刀刃面的载荷F。根据ZTＲ割草机的工作参数：割幅宽度B（m）、旋转速度n（r/min）和行驶速度v（km/h）可计算出刀片的功率为4．2kW。由功率、载荷以及线速度和角速度，可得

v=r·ωP=

式中

v—刀片的线速度；r—刀片的旋转半径；ω—刀片的角速度；P是刀片的工作功率。

因此，施加在刀片上的作用力可根据上述公式计算得出为21N，并且均匀分布。施加约束及载荷后的刀片模型如图13所示。

3．2

F·v

1000

旋转刀片的总体变形分析结果如图15所示。从变形分析云图中可以看出：旋转刀片的最大变形发生在刀片的最两端，最大变形量约为0．098mm。

图15Fig．15

旋转刀片总变形分布云图

Thedeformedcontourplotofblade

双层刀片轴分析

零转弯半径割草机在进行变割幅设计后，原刀片

轴变成了双层刀片轴，即一个长键同时带动两个皮带轮高速旋转，刀片长度也随之增长。因此，对刀片轴的强度提出了更高的要求，以确保高强度的刀片轴能够大大的满足其使用寿命要求，降低更换周期。

根据变割幅设计的工作要求和连接条件，建立带动皮带轮旋转的双层刀片轴的三维模型，如图16所示；再利用AnsysWorkbench分析软件对它进行分析，

图13

Fig．13

旋转刀片的约束和载荷施加

判断其是否满足试验要求。3．2．1

定义材料属性

现以上述刀片轴为例，为便于分析计算，对刀片轴的部分细节进行合理简化，选择刀片轴材料为45钢。而在AnsysWorkbench应力分析模块中，分析的对象材料可通过自定义设置45钢的材料属性，密度

3

为7890kg/m。其材料的主要性能参数见表3所示。

Constraintsandloaddistributionofrotatedblade

3．1．4计算结果分析

通过ABAQUS的有限元分析，给出模型的变形位移和应力的计算结果，其云图如图14所示。由分析计算结果可知：刀片的刀刃临界处是刀片性能的关键处。从应力分布云图可看出：旋转刀片最大应力约为

·16·

2016年8月农机化研究

要求。

第8期

图16

Fig．16

表3

Table3

杨氏模量E/Pa2．09e11

双层刀片轴的三维模型

Fig．17

刀片轴的材料属性

图17双层刀片轴应力分布云图

Three－dimensionalmodelofthedoublebladeshaft

Materialpropertiesofthebladeshaft

屈服极限σs/MPa360

强度极限σb/MPa650

Themisescontourplotofthedoublebladeshaft

双层刀片轴的总体变形分析结果如图18所示。从变形分析云图可以看出：刀片轴的最大变形发生在轴端，最大变形约为0．2mm。

泊松比μ

0．269

3．2．2模型约束

双层刀片轴的约束条件主要是在末端和中间两个滚动轴承施加轴向和径向的位移约束。在AnsysWorkbench中，轴承对刀片轴的约束可定义成Cylindri-calSupport，即圆柱面约束。3．2．3

载荷施加

刀片轴的载荷F主要在其前端的键槽处相对侧面，计算公式为

FQ=2·Z·F0·sin

式中

FQ—作用在轴上的载荷；Z—皮带的数目；F0—皮带轮的张力；α1—包角。

根据零转弯半径割草机的工作参数，将这些参数带入上述公式，计算可得载荷近似为2600N。3．2．4

计算结果分析

对双层刀片轴的分析主要有两方面：一方面是分析刀片轴的应力、应变分布情况，找出刀片轴的薄弱环节，判断其强度是否满足要求；另一方面是分析刀片轴受载荷后的变形程度。

双层刀片轴的应力分析结果如图17所示。从最大应力分布云图中可以看出：刀轴的最大应力约为150MPa，最大应力出现在轴承安装处的轴肩附近。从刀片轴的强度方面考虑，其最大应力150MPa小于其材料屈服强度360MPa。所以，双层刀片轴满足强度

α1

2

Fig．18

图18

双层刀片轴总变形分布云图

Thedeformedcontourplotofthedoublebladeshaft

4样机总装调试

根据前期的割幅设计，厂家结合本割草器要求进

1．8、行了生产加工制造，加工出了满足要求的1．5、2．3m割幅的割草器。同时，在扬州高尔夫球场俱乐部对2．3m割幅的割草器进行了斜坡翻滚试验，该球场的斜坡角度最大可达到40°，达到了预设翻滚角度；并且这3种割幅的割草器在割草机发动机动力的提供下均能实现工作目的，满足了本次装置设计的最终需求。其实物结构图如图19～图20所示。图19为2．3m割幅割草机在斜坡上的静止状态，通过对该割草机施加一定的侧向翻转力，割草机出现了非连续翻滚和连续翻滚两种趋势。因此，该2．3m割幅割草机样机满足本试验要求。图20为2．3m割幅割草器的局部放大图，与本设计方案基本符合，且可以通过皮带将动力传递到两边的子刀盘上，从而带动两边的子刀片旋转。图21为1．8m割幅的割草器部分。

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2016年8月农机化研究第8期

5结论

1）提出了零转弯半径割草机机械式变割幅割草

器创新设计思想并实现了样机模型制造。该样机模型可方便、快捷地实现变割幅作业，以此满足不同的空间要求，具有较好的通过性和较高的割草效率，为今后的割草机设计提供了有价值的参考依据。

2）通过对旋转刀片和双层刀片轴模型的有限元分析可知：旋转刀片最大变形发生在刀片两端，而双层刀片轴最大变形主要集中在有键槽的那一轴段处，但它们的最大值都在允许范围内，满足设计要求。

1．2．3m子刀盘2．母刀盘3．底座4．保护罩

图19Fig．19

2．3m割幅整机图Figureof2．3mswathmower

3）机械式变割幅割草器具有结构简单、操作方便、通用性好等特点，具有广阔的推广应用前景。参考文献：

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图20Fig．20

2．3m子刀盘局部图Localfigureofsub－cutterhead

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图21Fig．21

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Assemblyfigureof1．8mdeck

（下转第23页）

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2016年8月

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农机化研究

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第8期

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BasedonANSYSAtomizationNozzleFlowFieldAnalysisand

ParameterOptimization

HaoLei1，GaoXiong1，ChenTieying2，WangHaichao1

（1．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，InnerMongoliaAgriculturalUniversity，Hohhot010018，China；2．InnerMongoliaAgriculturalandAnimalHusbandryMachineryTechnologyExtersionStation，Hohhot010010，China）Abstract：Nozzleistheterminalofsprayoperations，isalsooneofcoreparts．Nozzleoftheconicalsurfaceisthekeypartofflowvelocityandpressurechanges，nozzleentrancehasagreatinfluenceonthenozzleoutletflowandspeed．UsingtheANSYSsoftwaretosimulatetheinternalflowfieldinhydraulicatomizingnozzleandnozzleexternalatomizeddropletsdistributionandvelocitydistributionofcomparisonandanalysistheinfluenceofdifferentstructuralparametersonthenoz-zleflowfield，forthenozzlestructureparametersofreasonableselectionhaveprovidedthecertainbasis．Keywords：atomizeddropletsdistribution；nozzleconeangle；velocitydistribution；parameteroptimization（上接第18页）

AbstractID：1003－188X（2016）08－0012－EA

DevelopmentofaVariable－swathDeckforaZeroTurningＲadius

MowerandFiniteElementAnalisysofMainParts

WangXinyan，ZhouHao，LiuYong，GaoLiyue，ZhouYuan

（JiangsuUniversityofScienceandTechnology，Zhenjiang212003，China）

Abstract：Toenableoperationindifferent－sizeenvironments，avariable－swathdeckforuseinazeroturningradius（ZTＲ）mowerwasdevelopedinthispaper．AWBZ12219K－SZTＲmowerwiththefixedswathof1．2mwasusedastheoriginalvehicle．Usingacombinationofaprimarydeckandasecondarydeck，avariable－swathdeckwithswathsof1．5，1．8and2．3mwasrealized．Adouble－layerbladeshaftandadouble－layerpulleywereusedtotransmitpowerfromtheprimarydecktothesecondarydeck．Inaddition，therigidityanddeformationofthemainpartsofthemowerweredeterminedusingfiniteelementanalysissoftware．Thestressdiagramshowedthatthestructureisreasonableandmeetstherelevantstrengthrequirements．Finally，aprototypemodelwiththedifferentswathdeckswasmanufactured，andafieldtestdemonstratedthegoodperformanceofthisvariable－swathmower．Keywords：mower；variable－swathdeck；zeroturningradius；finiteelementanalysis

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