割刀參數(shù)優(yōu)化

割刀參數(shù)優(yōu)化1切割器的類型根據(jù)動刀片直線運動行程S、相鄰動刀片和相鄰定刀片之間的安裝間距t和t0三者的組合關(guān)系，往復(fù)式切割器可分為三種基本類型。1.1標(biāo)準(zhǔn)型切割結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系為：S=仁t0=76.2mm；工作特點是：割刀的切割速度較高，切割性能好，對粗細(xì)莖稈有較強的適應(yīng)性，廣泛用于稻麥作物的收割機(jī)械上。慣性力小、適合于抗振性較差的小型收割機(jī)。2.1.3低割型切割器tos=t4 k結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系為：S=t=2t0=76.2mm；在標(biāo)準(zhǔn)型切割器的基礎(chǔ)上，在兩定刀片之間又增加了一個定刀片，使得定刀片之間的間距縮小1倍，切割谷物時，莖稈的橫向歪斜量小，割茬較低，對收割低夾大豆和牧草較為有利。但有堵刀現(xiàn)象。2刀片的幾何形狀無論使用什么樣的切割器，都必須滿足滑切的要求，而能否保證割刀直線運動下的滑切，割刀的幾何形狀非常關(guān)鍵。目前，比較理想的幾何形狀是梯形和三角形，而梯形更具合理性，因為三角形一旦出現(xiàn)磨損，將影響割刀刃口的長度，近而最終影響割刀的切割質(zhì)量。我們就以梯形的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為分析，了解切割器的工作原理。梯形刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)a-底部寬b-前橋?qū)抙-刃部高a-滑切角一般情況下，a越大，滑切的能力越強，切割也就越省力，當(dāng)a由150增至450時，切割阻力將減少一半?；薪莂與切割阻力P之間的關(guān)系曲線如下：

3數(shù)學(xué)模型的建立（3y—H） （3y—h） a-eS=JyB[rcos -r+s-a-x]dy+J必[一rcos +r- 一x]dyTOC\o"1-5"\h\zy. V B ,。 v 2B（y一H）（a一e） （3y一h） a+e （y一H）（a一e） （3y一H）S=JyE[ +rcos +s一r一 ]dy+Jy.[ 一rcos +r]dyy 2h V 2 y 2h V>A 「Fh-動刀片高度，mm；a-動刀片底寬，mm；e-動刀片頂寬，mm；b-定刀片寬度，mm；0偏心輪輪角速度，rad/min；r-偏心距，mm；H-割刀間距，mm；v-船體前進(jìn)速度，m/s；SII-漏割區(qū)面積，mm2，SI,重割區(qū)面積，mm2。2參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)漏割區(qū)和重割區(qū)都對切割性能有不良的影響，應(yīng)力爭減少該兩區(qū)的面積。minF(X)=wS+wS式中：w「切割阻力加權(quán)因子；w2-功率消耗加權(quán)因子。加權(quán)因子由實驗和經(jīng)驗決定，如大功率收割機(jī)，其功率儲備大，要求切割效率高，此時切割阻力的大小不是主要因素，切割阻力加權(quán)因子W1取小值；反之，對于小功率收割機(jī)，W1則取大值。對于牧草及低莖稈經(jīng)濟(jì)作物，要求切割質(zhì)量好，割茬低，此時W1可取大值。約束函數(shù)莖稈加持約束割刀切割時的運動簡圖a的變化范圍一定要首先滿足莖稈被動定刀片鉗住的條件：切割瞬時，兩刃口作用于莖稈的合力R1、R2必須在同一直線上。有以下計算公式：在三角形OAB中：0+p+p=兀在四邊形OACB中：0+a+p=兀將以上兩式聯(lián)立，可得鉗住莖稈的條件為：a+p<p+p1 2得出以下結(jié)論：當(dāng)a=290，懺6015時，割刀的切割效果最好。莖稈正常切割，要求兩刀刃在剪切前的瞬間能將莖稈夾住，夾持約束為：臨界切割速度比約束建立動刀片的運動方程：x=一rcos①tv=r3sin3t=rW\，sin23t=r3v1一c023t=3\:r2—r2cos3t=3rr2-x2由以上幾式得:X2 V2 r—+——=1r2 r232可以看出，割刀速度與割刀位移之間的關(guān)系為一橢圓方程式，長半軸為3,

短半軸為r,他反映了割刀在其運動過程中，任意一點的速度是不相同的，有時，為了研究的方便，將圖中的長半軸3縮?、俦叮@樣割刀速度與位移之間的關(guān)系圖就可用一標(biāo)準(zhǔn)圓來表達(dá)。由于割刀的橫向直線運動速度是變化的，應(yīng)用起來很不方便，因此我們引進(jìn)割刀的平均速度V的概念。設(shè)：t-割刀運動一個行程S=2r內(nèi)所用時間；n-曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）。SnSnrv=—=——=一pt30 15往復(fù)式切割器割刀的運動是水平橫向運動和直線前進(jìn)運動的合成，割刀橫向運動的平均速度V與機(jī)器前進(jìn)運動的速度V的配合關(guān)系，決定了割刀絕對運動軌跡，這一配合關(guān)系我們習(xí)慣上用割刀進(jìn)距（切割進(jìn)距）H來表示。割刀進(jìn)距一一割刀完成一個行程S的時間t內(nèi)機(jī)組所前進(jìn)的距離。設(shè)：大一割刀速度Vp與機(jī)組前進(jìn)速度Vm的比值，則有:nS30nH30試驗結(jié)果表明，大的大小對割刀的切割質(zhì)量影響很大，我們必須進(jìn)行必要的量化處理，即給出入值的大小，確定V與V的配合關(guān)系。大值的大小或H值的正確選取對割刀的切割質(zhì)量影響很大p通過繪制切割圖，就可以確定最佳的速度比大值，一般為20.8?1.2。圖切割速度比過小，割茬不整齊，切割質(zhì)量不穩(wěn)定，嚴(yán)重時會發(fā)生莖稈折斷、拉斷。資料表明，臨界切割速度最小值是1.6。最低切割速度約束割刀在切割時，切割速度是周期變化的，為了保證順利切割，切割瞬時速度必須大于最低切割速度。資料［1，2］表明切斷禾桿的最小刀速是0.6m/s。［1］陳翠英.谷物聯(lián)合收獲機(jī)油菜收獲割臺的設(shè)計［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2003（5）:54-56,60.

[2]北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1999.3.matlab部分1切割器及工作參數(shù)的選定切割器選標(biāo)I型切割器。切割器尺寸為：割齒高81mm，割刀底寬76.2mm，割刀頂寬16mm；割刀間距為24mm。工作參數(shù)割刀曲柄轉(zhuǎn)速n=449r/min，機(jī)器工作速度V=4km/h，割刀間距HQ74.3mm。2切割圖區(qū)域面積的計算禾1」用MATLAB軟件繪制切割圖首先，計算割刀未磨損時切割圖中3個區(qū)域的面積，面積的計算必須以相應(yīng)條件下的切割圖為依據(jù)。為繪制切割圖，可在MATLAB下建立一個m文件。m文件主要是利用MATLAB軟件的plot和holdon命令將原始動刀片的位置、一個行程后動刀片的位置以及動刀片的運動軌跡線在一張圖上反映出來，為計算切割圖中各個區(qū)域的面積值做準(zhǔn)備。執(zhí)行m文件，便可繪制如圖1所示的切割圖。注：機(jī)器工作速度4km/h，偏心輪轉(zhuǎn)數(shù)500r/min，割刀為未磨損時標(biāo)II型切割器的。250漏割區(qū)200漏割區(qū)1501。。50-50-80-6。-W-20 。 20W6080動力片的橫向位移mm繪制的切割圖h及i點的x坐標(biāo)在計算切割圖中3個區(qū)域面積時，要利用MATLAB軟件的quad8命令，這涉及到曲線的積分區(qū)間，故必須計算切割圖中h及i點的x坐標(biāo)值。h點的x坐標(biāo)x=fzero(inline('19.3+23.66x(1.57-asin((x+38.1)/38.1))-(23.66x(1.57+asin((x-8)/38.1)))'),-5)x=-3.6841i點的x坐標(biāo)x=fzero(inline('55+(23.66x(1.57+asin((x-8)/38.1)))-1.83x-74.3'),10)x=10.6530利用MATLAB軟件求解3個區(qū)域的面積值利用MATLAB軟件的quad8命令來計算切割圖中3個區(qū)域面積值，采用自適應(yīng)8段Newton_Cotes準(zhǔn)則的數(shù)值積分命令，編制一定的程序即可解決面積計算問題。漏割區(qū)面積的求解F=inline('74.3+23.66x(1.57-asin((x+38.1)/38.1))')；Q1=quad8(F,-26.1,-3.6841)Q1=2140(mm2)F=inline('55+(23.66x(1.57+asin((x-8)/38.1)))')；Q2=quad8(F,-26.1,-3.6841)Q2=1713.3(mm2)漏割區(qū)面積=2140-1713.3=426.7(mm2)重割區(qū)面積的求解F=inline('55+(23.66x(1.57+asin((/38.1)))')；Q3=quad8(F,-3.6841,10.6530)Q3=1280.6(mm2)F=inline('74.3+23.66x(1.57-asin((38.1)/38.1))')；Q4=quad8(F,-3.6841,0)Q4=299.3270(mm2)F=inline('1.83x+74.3')；Q5=quad8(F,0,10.6530)Q5=895.358(mm2)重割區(qū)面=85.915(mm2)一次切割區(qū)面積的求解F=inline('55+(23.66x(1.57+asin((x-8)/38.1)))')；Q6=quad8(F,-26.1,26.1)Q6=4518.9(mm2)Q7=0.5x55x30.1x(26.1x26.1/(30.1x30.1))=622.3679(mm2)F=inline('23.66x(1.57+asin((x-38.1)/38.1))')；Q8=quad8(F,0,26.1)Q8=500.0667(mm2)則一次切割區(qū)面積=3310.5504(mm2)切割器的功率消耗切割器工作時的功率消耗主要有切割功率消耗Ng和空轉(zhuǎn)功率消耗Nk兩部分組成。 g"mBL0(kw)1000式中：Vm一機(jī)組前進(jìn)速度，（m/s）；B一機(jī)