李玲玲 范緯世

摘 要：針對(duì)我國(guó)粗放式地表種植土剝離的現(xiàn)狀，提出了自動(dòng)化精確種植土剝離。本文提出了一種剛?cè)峄炻?lián)振動(dòng)剝離機(jī)的方案，為以后物理樣機(jī)的研制提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)減阻;二維切削;剛?cè)峄炻?lián);建模仿真;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.前言

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)示范工程中，種植土的移植與更換是農(nóng)田新建、農(nóng)田改造、設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要工序。種植土的自動(dòng)化精確剝離可以提高農(nóng)田建設(shè)提高效率及建設(shè)質(zhì)量。研究表明，農(nóng)業(yè)地、園林地、自然生態(tài)地表深度在 100 ～ 150mm 范圍內(nèi)種植土價(jià)值最高，因此采用自動(dòng)化精確種植土剝離代替粗放式種植土剝離是亟待解決的問題。目前，市場(chǎng)沒有專門用于種植土的剝離設(shè)備，為此，設(shè)計(jì)了剛?cè)峄炻?lián)振動(dòng)剝離機(jī)，其能夠減少土地破壞、獲得較高質(zhì)量的地表種植土，且功耗小、剝離精度高，在小面積農(nóng)田建設(shè)及小面積土地開發(fā)整理中具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.設(shè)計(jì)原理

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（1）一方面將動(dòng)力輸送給履帶車（2）驅(qū)動(dòng)履帶車行駛;另一方面將動(dòng)力經(jīng)軟軸（2）與轉(zhuǎn)向器（8）輸送給轉(zhuǎn)軸（7）;轉(zhuǎn)軸（7）通過偏心套帶動(dòng)刀架（10）運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與偏心套通過鍵連接;刀架下端與機(jī)架之間通過板簧（12）連接;轉(zhuǎn)向器可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)刀板（9）不同的振動(dòng)方式;仿形輪（11）與地面接觸，在整機(jī)行進(jìn)過程中，仿形輪隨著被剝離地面高地變化帶動(dòng)信號(hào)盤（6）發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，光電傳感器檢測(cè)到信號(hào)盤（6）的轉(zhuǎn)角變化時(shí)通過液壓回路控制升降液壓缸（4）的升降，從而實(shí)時(shí)保證刀板隨著地表的形狀起伏而調(diào)整刀板相對(duì)地表位置的穩(wěn)定性，達(dá)到精確控制剝離深度的目的。工作過程中刀板在履帶車的牽引下水平切削土壤的同時(shí)，上下振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)型二維切削。

3.振動(dòng)切削減阻原理

振動(dòng)型二維切削即切削土壤的方向有兩個(gè)刀具推進(jìn)方向與垂直于刀具推進(jìn)方向，而振動(dòng)垂直于刀具推進(jìn)方向。

土壤在振動(dòng)時(shí)其強(qiáng)度發(fā)生變化，并具有與靜態(tài)時(shí)不同的破壞機(jī)理。因此根據(jù)土壤成分，調(diào)節(jié)振動(dòng)的頻率與振幅，使土壤剝離的同時(shí)達(dá)到合適的松碎程度，從而得到最低的消耗功率，此可作為振動(dòng)減功機(jī)理的研究方向。

4.剛?cè)峄炻?lián)機(jī)構(gòu)

采用板簧作為柔性部件連接，刀板在和土壤硬物接觸時(shí)會(huì)發(fā)生跳脫現(xiàn)象，提高了刀板在切削過程中的柔性，同時(shí)板簧依靠自身柔性能承受高頻振動(dòng)。

5.結(jié)構(gòu)優(yōu)化

優(yōu)化方案：將板簧與刀架的固定副連接改為轉(zhuǎn)動(dòng)副連接如圖3。

6.結(jié)? 論

剛?cè)峄炻?lián)振動(dòng)剝離機(jī)的方案充分利用了振動(dòng)切削減阻理論，并采用剛?cè)峄炻?lián)機(jī)構(gòu)，滿足了自動(dòng)化精確種植土剝離的要求，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能承受高速旋轉(zhuǎn)與高頻振動(dòng);同時(shí)提出優(yōu)化方案，為以后物理樣機(jī)的研制提供了依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：李玲玲（1983.03—），女，河北省保定市人，保定市蓮池區(qū)河北科技學(xué)院 檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置專業(yè) 研究生