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双圆盘式刈割压扁机切割系统研究

付作立

  为了有效地减少苜蓿收获环节的损失,提高草产品质量,论文基于苜蓿植株基本特性以及双圆盘式旋转割草机的特点,研发了适合我国苜蓿种植特点的倾置刀盘和异形割刀并存的双圆盘式旋转切割器,并研究了切割器周围的流场对苜蓿植株运动产生的影响。主要研究成果包括: (1)分析了苜蓿植株的结构特点、力学特性以及割刀与苜蓿植株的切割关系,研究了切割系统切割条件。从苜蓿植株茎秆和叶片的形态特点和微观结构入手,建立了苜蓿植株、茎秆和叶片的物理模型;对首蓿植株茎秆的力学特性进行整理和试验验证,总结出了苜蓿植株茎秆的基本力学特性参数;研究不同切割方式对切割阻力和能耗造成的影响,提出了削切是最佳切割方式;研究了苜蓿无支撑切割条件,即最低切割速度要求为30m/s,最佳取值在65-80m/s之间;模拟了相邻刀盘割刀实际重叠区域形成过程,提出了重叠区域宽度设计要求。 (2)为了满足切割条件,论文在分析了双圆盘式旋转切割器结构的基础上,提出了异形割刀和倾置刀盘结合的结构设计方案。根据复数矢量理论探寻割刀扭角与刀盘倾角的最佳取值区域,根据平面向量理论讨论两者之间的相互作用关系,提出了异形割刀扭角和刀盘倾角关系的作用指标。切割器具体参数为:刀盘直径530mm,转速2170r/min,割刀伸出长度60mm,理论重叠区域宽度25mm,异形割刀扭转角度为8°,刀盘倾角范围0-8。。 (3)为了分析气流对苜蓿植株产生的影响,论文利用计算流体力学软件(CFD)对切割器周围的流场进行模拟分析,结果表明:气流对苜蓿植株产生的流场力与植株重力在同一个数量级,对苜蓿植株的运动有较大影响。其中,滚筒周围流场对苜蓿植株的作用一方面体现在竖直方向的“升举作用”,另一方面体现在圆周方向的“弯曲作用”;异形割刀周围的流场对苜蓿植株的影响一方面是瞬时强动能,另一方面是稳定长时间的弱作用。并提出了在流场作用下的苜蓿植株运动模型,得出了苜蓿植株的运动状态和受力情况。滚筒周围区域压力场的模拟结果与经验公式计算结果数值相符。 (4)进行了双圆盘式刈割压扁机切割系统田间试验。利用9GYZ-1.2型自走式苜蓿刈割压扁机对设计的切割系统和传统切割系统进行了对比试验,结果表明:设计的切割系统作业时的碎草率远低于传统切割系统,同时基于论文切割系统研发的9GYZ-1.2型自走式苜蓿刈割压扁机的各项性能指标均达到或优于国家标准要求。……   
[关键词]:切割系统;苜蓿;旋转切割器;割刀;CFD
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业大学2014年