雙刀盤割草機(jī)割草性能分析

歐陽(yáng)兆彰　李偉業(yè)

摘 要：割草器的工作性能對(duì)割草機(jī)的工作效率、使用壽命有重要的影響。通過理論計(jì)算與基于有限元分析方法，對(duì)自主研發(fā)的割草機(jī)進(jìn)行性能分析，評(píng)價(jià)割草器的工作效率與安全性。本文對(duì)割草器特性的研究工作，為下一步設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)，縮短開發(fā)周期，提高城市綠化工作效率有著重要意義。

關(guān)鍵詞：割草機(jī)割草器；靜態(tài)特性；有限元分析

割草器是割草機(jī)的關(guān)鍵工作部件。它性能的好壞對(duì)割草機(jī)設(shè)計(jì)有著重要的影響，是開發(fā)設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)。割草機(jī)在戶外草坪修剪工作中還承受各種復(fù)雜多變的外界載荷，刀片作為割草器的主要受載部件必須有合理的強(qiáng)度，才能確保整機(jī)的工作安全與效率。

江門市公路局與江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的新型割草機(jī)，三維設(shè)計(jì)圖如圖1所示。該割草機(jī)具有自主研發(fā)的液壓割草機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)升降、收縮，完成各種草坪的修剪工作要求。根據(jù)城市綠化的工作要求，割草機(jī)組的工作速度在5～lOkm/h之間，割草器采用雙刀盤結(jié)構(gòu)，使割草機(jī)工作幅寬達(dá)到1.2m，每個(gè)刀盤可安裝刀片數(shù)目為2～4片，刀盤經(jīng)電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)行工作，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1 割草器主要技術(shù)性能與參數(shù)

（1）確定刀盤直徑、刀盤數(shù)和刀片數(shù)目，刀盤直徑的大小和切割器的傳動(dòng)形式有一定關(guān)系。在一定的割草機(jī)割幅下，刀盤直徑大，刀盤數(shù)將減少，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也將簡(jiǎn)化。本設(shè)計(jì)綜合考慮最終確定刀盤數(shù)為2個(gè)，每個(gè)刀盤上割草器數(shù)目為3片，刀盤直徑為500mm。

（2）配套動(dòng)力采用380V發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速3850r/min、最大油耗1.2l/h，連同2.8kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使它在工作期間隨時(shí)變動(dòng)自己所需角度、平整度、高度、寬度和速度。

（3）割草機(jī)的工作速度在5～lOkm/h之間，割草機(jī)配有安全警示裝置，同時(shí)具備大功率吹風(fēng)機(jī)，能快速清理剩余雜草，從而達(dá)到一次性完成工作流程，根據(jù)實(shí)際情況，本割草機(jī)的切割速度定為g=60m/s。

（4）當(dāng)割草機(jī)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，割草器各主要工作參數(shù)的選擇與計(jì)算如下：①刀盤直徑D=500mm；②刀盤切割速度g=60m/s；③刀盤經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速n=1500r/min；④刀片數(shù)為k=3。則割草器每秒割草次數(shù)N=nk/60=1500×3/60=75次/s，能較好符合實(shí)際工作要求。

2 切割刀片靜態(tài)特性分析

利用Ansys軟件對(duì)切割刀片的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行分析。刀片材料選為合金鋼，刀片伸出長(zhǎng)度32mm，切割速度為60m/s，當(dāng)碰到硬物時(shí)，刀刃斜面承受垂直均布載荷約為g=180n/mm。通過Ansys軟件分析計(jì)算，得到刀片應(yīng)力云圖，如圖3所示。可以觀察與分析車架的最大應(yīng)力位置。刀片的最大應(yīng)力出現(xiàn)在前段安裝液壓割草機(jī)構(gòu)處，其最大應(yīng)力為130MP。割草機(jī)車架擬用的鋼得其屈服極限b為375～460MPa，根據(jù)實(shí)際情況取安全系數(shù)e=2.5，則許用應(yīng)力值[]為150～184MP，根據(jù)有限元分析結(jié)果（由圖3可看出）最大應(yīng)力為由分析結(jié)果max=130MP，即max<[]。因此，擬設(shè)計(jì)的刀片的靜態(tài)特性能很好滿足強(qiáng)度要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過理論計(jì)算，完成了雙刀盤割草機(jī)的割草性能的分析計(jì)算，并對(duì)切割草器刀片進(jìn)行了靜態(tài)分析，得到割草器刀片在切割硬物時(shí)的最大應(yīng)力為130MP，強(qiáng)度校核分析表明，擬使用的刀片材料能很好滿足工作要求。本文對(duì)割草機(jī)的割草性能的研究工作，可為下一步設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)，減少割草機(jī)開發(fā)周期，降低成本，確保整機(jī)開發(fā)質(zhì)量。

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（作者單位：1.江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.江門市公路局）