割刀參數(shù)優(yōu)化

割刀參數(shù)優(yōu)化1切割器的類(lèi)型根據(jù)動(dòng)刀片直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)行程S、相鄰動(dòng)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(lèi)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(diǎn)是：割刀的切割速度較高，切割性能好，對(duì)粗細(xì)莖稈有較強(qiáng)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(gè)定刀片，使得定刀片之間的間距縮小1倍，切割谷物時(shí)，莖稈的橫向歪斜量小，割茬較低，對(duì)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(wú)論使用什么樣的切割器，都必須滿(mǎn)足滑切的要求，而能否保證割刀直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)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?yàn)槿切我坏┏霈F(xiàn)磨損，將影響割刀刃口的長(zhǎng)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(qiáng)，切割也就越省力，當(dāng)a由150增至450時(shí)，切割阻力將減少一半。滑切角a與切割阻力P之間的關(guān)系曲線(xiàn)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(dòng)刀片高度，mm；a-動(dòng)刀片底寬，mm；e-動(dòng)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(duì)切割性能有不良的影響，應(yīng)力爭(zhēng)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(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)決定，如大功率收割機(jī)，其功率儲(chǔ)備大，要求切割效率高，此時(shí)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(duì)于小功率收割機(jī)，W1則取大值。對(duì)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(shí)W1可取大值。約束函數(shù)莖稈加持約束割刀切割時(shí)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖a的變化范圍一定要首先滿(mǎn)足莖稈被動(dòng)定刀片鉗住的條件：切割瞬時(shí)，兩刃口作用于莖稈的合力R1、R2必須在同一直線(xiàn)上。有以下計(jì)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(shí)，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(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)半軸為3,

短半軸為r,他反映了割刀在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，任意一點(diǎn)的速度是不相同的，有時(shí)，為了研究的方便，將圖中的長(zhǎng)半軸3縮?、俦?，這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(lái)表達(dá)。由于割刀的橫向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度是變化的，應(yīng)用起來(lái)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(yùn)動(dòng)一個(gè)行程S=2r內(nèi)所用時(shí)間；n-曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）。SnSnrv=—=——=一pt30 15往復(fù)式切割器割刀的運(yùn)動(dòng)是水平橫向運(yùn)動(dòng)和直線(xiàn)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的合成，割刀橫向運(yùn)動(dòng)的平均速度V與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的速度V的配合關(guān)系，決定了割刀絕對(duì)運(yùn)動(dòng)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(lái)表示。割刀進(jìn)距一一割刀完成一個(gè)行程S的時(shí)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(yàn)結(jié)果表明，大的大小對(duì)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(duì)割刀的切割質(zhì)量影響很大p通過(guò)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(guò)小，割茬不整齊，切割質(zhì)量不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(shí)，切割速度是周期變化的，為了保證順利切割，切割瞬時(shí)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(tái)的設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，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(guó)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(jì)算禾1」用MATLAB軟件繪制切割圖首先，計(jì)算割刀未磨損時(shí)切割圖中3個(gè)區(qū)域的面積，面積的計(jì)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(gè)m文件。m文件主要是利用MATLAB軟件的plot和holdon命令將原始動(dòng)刀片的位置、一個(gè)行程后動(dòng)刀片的位置以及動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡線(xiàn)在一張圖上反映出來(lái)，為計(jì)算切割圖中各個(gè)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(shí)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(dòng)力片的橫向位移mm繪制的切割圖h及i點(diǎn)的x坐標(biāo)在計(jì)算切割圖中3個(gè)區(qū)域面積時(shí)，要利用MATLAB軟件的quad8命令，這涉及到曲線(xiàn)的積分區(qū)間，故必須計(jì)算切割圖中h及i點(diǎn)的x坐標(biāo)值。h點(diǎn)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(diǎn)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(gè)區(qū)域的面積值利用MATLAB軟件的quad8命令來(lái)計(jì)算切割圖中3個(gè)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(jì)算問(wèn)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(shí)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)