基于SolidWorks的甘蔗叶粉碎机刀片分析.pdf

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1、2014年4月农机化研究第4期基于SolidWorks的甘蔗叶粉碎机刀片分析杨喜，王金丽，郑勇，王刚(1．海南大学机电工程学院，海13570228；2．中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江524091)摘要：用SolidWorks软件建立了甘蔗叶粉碎机的重要工作部件动刀片的三维图，将模型适当进行合理简化，模拟加载动刀片的受力，在合理设置边界条件和载荷并划分高品质的网格后，利用SolidWorksSimulation模块对动刀片进行应力、应变、位移以及优化分析，并对优化后的刀片进行疲劳分析。由此得到了动刀片的合理尺寸，降低了动刀的应力，提

2、高了强度和寿命。关键词：甘蔗粉碎机；优化；疲劳分析；SolidWorks中图分类号：Sl26；TP317．4文献标识码：A文章编号：1003—188X(2014)04—0029—04令，对本研究文献[7]中的动刀建立三维模型(模型参0引言见图2)。选择材料为普通碳钢，其材料主要参数如利用甘蔗叶碎解机对甘蔗叶进行发酵前的预处下：弹性模量2．10x10l1N／m，泊松比0．28，抗剪模理粉碎，可满足甘蔗叶干法厌氧发酵高效转化的需量7．09x1010N／m，密度7800kg／m，屈服强度约为要。目前，物料粉碎机的种类很多，用途也各不相同，220MP

3、a，张力强度399．3MPa。而不同的粉碎处理结果对甘蔗叶干法厌氧发酵的产1．2设置边界条件气速度、产气量和经济效益都有不同的影响1-31。动在工作过程中，该刀片下端用螺栓固定在刀座刀片是甘蔗叶碎解机械的重要工作部件，在工作过程上，因此在螺栓孔处加上固定端约束。刀片切割甘蔗中受到不断循环的切割、打击、碰撞等交变载荷的作叶时，其受力如图1所示。受力分析如下：设刃口上用，容易产生疲劳破坏。任意一点C所受的力为F，它可以分解为垂直于刃口SolidWorksSimulation作为嵌人式分析软件与的Ⅳ力和沿着刃口方向的力。SolidWorks无缝集成

4、。主要能进行如下分析：零件和装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试优化、疲劳和优化分析J。本研究基于SolidWorksSimulation软件对甘蔗叶粉碎机的动刀片进行优化设计后，进行了疲劳分析，预测了动刀的寿命，给后续的改进提供了理论依据。1静态分析应用SolidWorksSimulation分析问题时，有以下3个基本步骤L4J：①预处理：定义分析类型(静态、频率、疲劳等)，添加材料属性，施加载荷和约束，网格划图1刀片受力不意图分；②求解：计算所需结果；③后处理：结果分析。Fig．1Forcediagramofblade1．1建立三维

5、模型。设置材料参数T={t·通过SolidWorks中的草绘、拉伸、切除、倒角等命N=g·△s收稿日期：2013—04—10F=√+基金项目：公益行业(农业)科研专项(201203072)作者简介：杨喜(1987一)，男，河南新野人，硕士研究生，(E—mail)式中一切割的滑动摩擦系数，取I厂=0．2l加；yangxi1937@163．com。g一比压(即单位刃12I长的切割阻力)，参考玉通讯作者：王金丽(1958一)，女，湖北怀化人，研究员，硕士生导师，米秸秆的比压值，取g=12．7N／cm。圳；(E—mail)jinliw@tom．com

6、。·29·2014年4月农机化研究第4期’’’。。’：。’’：：4．OO悯‘‘’‘‘。’’’’’’’’’’’’’‘‘‘z3．0009：：j蜘2．001．O0’㈣-·-···········-·‘：‘‘‘‘’‘L●k-：：2．004．00’6．00’∞8．00。1．00Iu。周期图6刀片的S-N曲线Fig．6S-NCHIVeofblade最后，再由载荷谱确定应力谱，根据Miner线性损伤积累规则'计算零件的寿命。在进行疲劳分析图5优化后的刀片时，基于应力一寿命(s—N)的方法进行分析，其中含有Fig．5Optimizedblade一些有限元基本

7、理论一。3疲劳分析1)单轴应力一寿命。,5o-／2=o-／(2N，)(1)零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承2)单轴应变一寿命。受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况Ae／2=／(2N，)／E+／(2Nf)。(2)下就会在零件或构件的局部产生疲劳裂纹并扩展、最3)单轴应力的应变一寿命。后突然断裂，这种现象称为疲劳破坏。机器和结构150"／2=o-f'(2N，)／E+／(2)(3)部件失效大多数是由于发生疲劳造成的』，而粉碎机在工作过程中其动刀片不断地被加载和卸载，因4)VonMises应变。△2=o-,(2)／E+(2Nf)(4

8、)此对刀片进行疲劳分析是非常必要的。根据应力幅度和预期的导致破坏所需要的循环式中／一疲劳强度系数；次数，可以将疲劳分为高周疲劳和低周疲劳¨。在／一疲劳延展系数；高周