切割器优化设计与试验

1功耗与阻力分析计算方法

往复式葡萄藤切割器的能耗为J0=N+Pf(1)式中N—往复式葡萄藤切割器的功耗;Pf—往复式葡萄藤切割器的阻耗。

2优化设计模型

以往复式葡萄藤切割器工作行程的功耗和阻耗最小为目标函数，建立优化设计的数学模型。2．1选取设计变量选取割刀曲柄转速n、割刀曲柄半径r、切割器行程s、机器的前进速度vm、机器的割幅B为设计变量，设X=［x1，x2，x3，x4，x5］T=［n，r，s，vm，B］T(7)2．2建立目标函数目标函数为minF()X=x4x5Lo102+Nk+kx1x225x3×10－[]4(8)2．3确定约束函数根据需要满足的约束条件建立约束函数为其中，g1()X、g2()X保证割刀曲柄转速在设计的要求范围内;g3()X、g4()X表示割刀曲柄半径在最大和最小值之间;g5()X、g6()X保证切割器行程在许用范围之内;g7()X、g8()X表示机器前进速度的取值范围;g9()X、g10()X保证机器割幅在设计要求范围内。

3优化设计计算及结果

设计变量赋初值为:X=［x1，x2，x3，x4，x5］T=［n，r，s，vm，B］T=［500，1400，76，1，1．4］T;已知条件为:Lo=250N·m/m2，Nk=0．8kW，K=120N/m·s－1，nmax=1000r/min，nmin=320r/min，rmax=200mm，rmin=100mm，smax=152．4mm，smin=50mm，vmmax=6km/h=1．667m/s，vmmin=3．5km/h=0．972m/s，Bmax=1．8m，Bmin=1．1m。优化计算并取整得出最优设计结果为:割刀曲柄转速n=320r/min、割刀曲柄半径r=50mm、切割器行程s=100mm、机器前进速度vm=0．9m/s、机器割幅B=1．1m。

4试验分析

设计制造葡萄藤修剪机样机进行田间试验，动力输出拖拉机14．6kW，后轴输出，采用后三点悬挂。连杆越长，整体机架越大，为了使机架简单紧凑，连杆选取320mm。试验结果表明，动力机械的前进速度对修剪的效果至关重要。设动力机械的前进速度为x，修剪效果不良率为y。修剪效果不良分为割茬不平齐、破碎、撕裂，修剪效果不良率y等于修剪不良的面积除以总体的修剪面积。在不同的动力机械前进速度下，修剪效果不良率如图3所示。结果表明，修剪效果不良率随着动力机械前进速度的增大而增大。当前进速度小于0．9m/s时，修剪效果不良率增加幅度不太明显;当前进速度大于0．9m/s时，修剪效果不良率急剧增加。这表明，前进速度0．9m/s是动力机械前进速度对修剪效果不良率影响的分界点。动力机械前进速度越小，修剪效果不良率越低，修剪的作业效率也随之越低。因此，综合考虑，选择动力机械前进速度为0．9m/s。

5结语

以往复式葡萄藤切割器工作行程的阻耗和功耗最小为目标函数，对葡萄藤修剪机修剪关键部件进行优化设计。试验表明，优化设计结果合理，在一定的作业条件下，能够满足设计和工作要求。通过优化关键部件的参数，可以补充设计中的不足，还可以替代试验数据作为参考依据，为低功耗葡萄藤修剪机的研发提供了一种设计参考，减少研发机械的周期。

作者：龙魁 刘进宝 张静 杨宛章 郭辉 单位：新疆农业大学 新疆农业工程装备创新设计重点实验室