高能效铡草机切碎器机理及能效表征

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sannian
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铡草机在内蒙古自治区应用较为广泛,但是铡草机存在着能耗大、效率低等问题。铡草机其物料参数、切碎器结构参数、主轴转速以及动定刀安装间隙的差异会导致切碎器切割特性以及滑切特性发生变化,直接影响到物料的运动规律及切割性能和切割能耗。现有的能耗表征数学模型中需要的仿真模型材料参数选取依据不足,约束和设置的部分过于简化而且缺乏足够的数据支撑,理论研究不够严谨。本文以9Z-6A型轮刀式铡草机为研究对象,通过仿真分析和试验相结合,应用仿真软件对切碎器切割玉米秸秆过程进行动态模拟仿真,分析切割过程应力应变及能耗变化情况,探讨影响切割过程能耗因素,揭示切碎器切割机理,建立切碎特征参数与能耗关系数学模型,为轮刀式铡草机后续设计和优化提供理论与技术支撑。主要研究内容包括以下几点:(1)对玉米秸秆外皮和内穰进行拉伸试验,分析玉米茎秆物理特性参数。对试验数据分析获得玉米秸秆外皮和内穰在不同含水率情况下弹性模量及抗拉强度变化规律;得到玉米秸秆外皮和内穰试验平均最大抗拉强度为102.71MPa、1.04MPa;平均抗拉弹性模量分别为10665.63MPa、82.04MPa;得到的玉米秸秆外皮和内穰的弹性模量、剪切模量和泊松比等物理特性参数为有限元仿真模型材料定义提供依据。(2)结合玉米秸秆真实切割试验,基于ANSYS/LS-DYNA设计玉米秸秆切割系统有限元仿真模型,并验证仿真结果的可靠性和稳定性。利用建立的切割系统有限元模型完成动定刀配合切割玉米秸秆模拟仿真。并对仿真结果进行分析,通过分析切割动态过程中应力变化、能耗变化以及玉米秸秆在切割过程中形态变化揭示切碎器切割机理。(3)基于玉米秸秆切割系统有限元仿真模型,分别通过改变动定刀间隙、主轴转速、动刀圆弧角和含水率进行单因素仿真试验以及响应曲面仿真试验分析能耗变化规律。通过对响应曲面仿真试验结果回归分析,获得各因素水平对能耗的影响程度大小依次为:含水率>动定刀间隙>主轴转速,得到玉米秸秆含水率、动定刀间隙和主轴转速影响切割过程能耗变化的能耗表征方程。并通过实际试验与仿真试验对比验证,得出各影响因素的最优参数匹配值为主轴转速618.56r/min、动定刀间隙2.06mm、含水率56.09%时切割能耗最小,以此更好地为铡草机优化提供技术支持。
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