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STRAW CHOPPER MOUNTING FOR COMBINE
聯(lián)合秸稈粉碎還田器的安裝
This invention relates to an improved means for mounting a straw chopper on a combine
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的手段，即在聯(lián)合收割機(jī)上安裝秸稈粉碎還田機(jī)
When the straw or crop residue is thick, a straw chopper is used on a combine harvester to reduce the crop residue before it is spread so that such residue does not later cause tillage problems. However, in some conditions of crops, a straw chopper is not required, nor even desired. Under such circumstances, in the past the way such situation was handled was to remove the straw chopper from the combine. This was a tedious task as straw choppers are heavy and bulky attachments which do not lend themselves to attachment or detachment from a combine by one man.
當(dāng)玉米或作物殘留物很厚時(shí)，用聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行秸稈粉碎還田以減少作物殘留物，然后才鋪散開(kāi)，這樣這些殘留物以后就不會(huì)造成耕作問(wèn)題。然而，在一些作物條件下，秸稈粉碎還田機(jī)是不需要的，甚至也不理想。在這種情況下，在過(guò)去這種情況的處理方法是去除聯(lián)合秸稈粉碎還田機(jī)。這是一件單調(diào)乏味的工作，因?yàn)榻斩挿鬯闄C(jī)很重而且一個(gè)人并不能使笨重的附件相互依附或分離開(kāi)。
Accordingly, the present invention contemplates providing means on a combine for mounting a straw chopper in the conventional position on a combine harvester for chopping straw delivered thereto from the chopper will not interfere with the discharge of straw from such straw rack.
因此，本發(fā)明設(shè)想提供在聯(lián)合收割機(jī)傳統(tǒng)位置上安裝一個(gè)秸稈粉碎還田器的手段，這將不會(huì)干擾玉米等秸稈從機(jī)架中排出。
A further object of this invention is to provide mounting means for a straw chopper so that such chopper can remain mounted on a combine harvester at all times, but such straw chopper while so mounted can be shifted by one man from an operative straw chopping position to a neutral out of the way position.
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供一個(gè)安裝秸稈粉碎還田機(jī)的手段，使斬波器可以保持在任何時(shí)候都可以安裝在聯(lián)合收割機(jī)上，但當(dāng)這樣安裝時(shí)，一個(gè)人就可以從一個(gè)執(zhí)行秸稈粉碎的位置轉(zhuǎn)移到其對(duì)立的位置上。
In a combine having a longitudinally extending straw rack, a hood positioned over the end of said straw rack, said hood being provided with longitudinally extending opposed side walls joined by an overhead and end portion, the improvement comprising a longitudinally extending first channel member attached to each of said side walls, a straw chopper having longitudinally extending second channel member attached to each side and being complementary to said first channel members so that said straw chopper is supported from said hood by means of a nesting coaction between said first and second channel members, said straw chopper being slidably mounted for longitudinal movement along said first channel members, means for retaining said straw chopper in a first position in receiving relation to straw discharged from said straw rack and for relating said straw chopper in a forward neutral position relative to said discharge end of said straw rack.
在具有縱向延伸秸稈架結(jié)合位置，一個(gè)遮光罩定位在秸稈架末端，上述遮光罩由架空和結(jié)束部分加入的縱向延伸反向側(cè)墻提供，這一改進(jìn)包括一個(gè)縱向延伸第一個(gè)通道，它與上述側(cè)墻的每一面相連接，秸稈粉碎還田器有縱向延伸的第二通道，它連接到側(cè)墻的每一面并且加以補(bǔ)充與第一個(gè)渠道附件連接，這樣秸稈粉碎還田器從上述遮光罩得到支持，而遮光罩通過(guò)上述第一和第二渠道附件之間的嵌套合作得以實(shí)現(xiàn)，秸稈粉碎還田器的可滑動(dòng)式安裝使其可沿著第一渠道附件縱向運(yùn)動(dòng)，以保留在接受有關(guān)從秸稈架解除第一個(gè)位置上的秸稈粉碎還田器和相對(duì)于解除秸稈架末端前方對(duì)立位置的秸稈粉碎還田器為手段。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)
1102班
學(xué)生：桂美譜
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：
1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份統(tǒng)一用A4紙，標(biāo)準(zhǔn)格式，正文不少于20頁(yè)（含中英文摘要);
2. CAD圖紙一套（包括總裝圖、零件圖）;
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分：
秸稈剪切實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
起止時(shí)間： 2014年12月10日至 2015年6月4日
指導(dǎo)教師： 2014 年12月10日
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)論文
題 目: 高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 1102
學(xué)生姓名： 桂美譜
指導(dǎo)教師： 侯志敏
論文提交日期：2015 年 6 月 1 日
論文答辯日期：2015 年 6 月 4 日
摘要
高粱在北方擁有非常好的經(jīng)濟(jì)效益和家庭效益而被十分重視，然而高粱種植普遍在農(nóng)村，但高粱的秸稈在農(nóng)村以直接焚燒或者就是燒鍋煮飯炒菜了。雖然國(guó)內(nèi)提倡努力發(fā)展農(nóng)村沼氣，讓它發(fā)酵。但發(fā)酵時(shí)間過(guò)于漫長(zhǎng)，而高粱的需求量很大在農(nóng)村植種隨即廣泛，根本上用于沼氣的高粱秸稈微乎其微；然而別的處理方式：如喂養(yǎng)家畜，取暖等，需求量也不大，對(duì)秸稈的處理也無(wú)濟(jì)于事。倘若直接集中燃燒，那可能會(huì)直接引發(fā)出好多環(huán)境污染甚至可能會(huì)引發(fā)大型火災(zāi)，所以當(dāng)前如何處理高粱秸稈使之還田覆蓋技術(shù)能使原有保持的農(nóng)業(yè)循環(huán)有利發(fā)展也能很好地解決好高粱秸稈的出處迫在眉睫。因此本文研究的高粱秸稈的切割性能參數(shù)和實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)。
國(guó)內(nèi)研究秸稈的覆蓋還田技術(shù)比較短。其中國(guó)內(nèi)科研人員像張彥河對(duì)高粱秸稈進(jìn)行了徑向剪切和軸向剪切實(shí)驗(yàn)，吳子岳等人自行通過(guò)研究高粱秸稈在秸稈前后無(wú)支撐力的條件下切斷速度和耗費(fèi)功率的切碎實(shí)驗(yàn)等等。但我國(guó)的高粱秸稈切割實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而研究的。然而國(guó)外，特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家是率先提出還田覆蓋技術(shù)，所以有關(guān)還田機(jī)器研究較早,現(xiàn)在他們一次就能對(duì)高粱秸稈收獲和秸稈粉碎，在這方面研究及應(yīng)用，我們應(yīng)積極學(xué)習(xí)國(guó)外技術(shù)并能夠有創(chuàng)新。
此次設(shè)計(jì)的高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)高粱秸稈剪切特性研究為主，切割方向有斜切、砍切、和滑切。了解到切割方式從而設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)臺(tái)路線又考慮到場(chǎng)地和設(shè)備的有限，以擺切式實(shí)驗(yàn)臺(tái)為例調(diào)試出實(shí)驗(yàn)臺(tái)參數(shù)。隨后就著手準(zhǔn)備機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)出擺桿并計(jì)算出速度并驗(yàn)算，隨后設(shè)計(jì)機(jī)架和轉(zhuǎn)動(dòng)軸及軸承，最后設(shè)計(jì)出調(diào)整架及夾持裝置。擺桿及調(diào)整架校核，運(yùn)用Pro/MECHANICA并分析應(yīng)力和校核結(jié)果。測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)過(guò)程中的擺角、切割力和切割速度分為電測(cè)量和機(jī)械測(cè)量。切割力測(cè)量的設(shè)計(jì)首先了解它的測(cè)量原理并設(shè)計(jì)出傳感器并計(jì)算出它。切割速度測(cè)量設(shè)計(jì)要了解光電編碼器工作原理和光電編碼器的選用。
本文設(shè)計(jì)的高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)裝置能達(dá)到最初設(shè)計(jì)的要求及相關(guān)參數(shù)。切割速度能達(dá)到7.6m/s，斜切角調(diào)整范圍位，最大切割間隙為150mm。由有限元件校核分析重要零件，能夠使實(shí)驗(yàn)臺(tái)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性達(dá)到實(shí)際工作要求。此次設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)主要以電測(cè)量為主，機(jī)械測(cè)量為輔，使測(cè)量精度大大提高，這樣測(cè)量對(duì)數(shù)據(jù)的采集和后期分析計(jì)算十分方便，可以成為高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)并完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞： 機(jī)械系統(tǒng)； 切割； 測(cè)量系統(tǒng)
Abstract
Sorghum has a very good economic and family benefits in the north is very seriously, but widespread planting of sorghum in rural areas, but in rural sorghum straw directly burning or cooking is cooking a pot roast. Although the domestic efforts to promote the development of rural marsh gas, let it ferment. But the fermentation time is too long, and a great demand sorghum planting seed in the countryside immediately widespread biogas sorghum stalks minimal for fundamental; however, other treatments: such as feeding livestock, and heating demand is not large, Straw treatment did not help. If direct centralized combustion, that could directly lead to a lot of environmental pollution and may even lead to a large fire, so how to deal with the current sorghum field covered so as to further favorable development of agricultural recycling technology allows to keep the original can be well solved Sorghum provenance imminent. Therefore, this paper is cutting performance parameters and test equipment design sorghum straw.
Domestic research straw mulching technology is relatively short. Which domestic researchers like Zhang Yan He sorghum straw radial and axial shear test shear, Wu Zi Yue themselves and others through research sorghum cutting speed and power consumption of chopped straw before and after the experiment at no supporting force conditions, etc. . However, China's sorghum cutting bench is based on the experimental requirements and research. But abroad, particularly in Europe and developed countries to field first proposed covering technology, now they will be able to once harvested sorghum stalks and straw crushed and applied research in this area,
we should actively learn foreign technology and to have innovati Cut the stalks of sorghum bench design research sorghum shear properties of the main direction of miter cut, slash, and sliding cut. Cutting learned way to design a bench routes and taking into account the limited space and equipment to put Case-cut bench debug the bench parameters. Then we begin to prepare the mechanical system design. First designed pendulum and calculate the speed and checking, then design the rack and the rotating shaft and the bearing, the final design of the frame and adjust the clamping device. Check and adjust the pendulum frame, usingPro / MECHANICA and analyze stress and check the results. Measurement system is a bench during the swing angle, cutting force and cutting speed into electrical measurement and mechanical measurements. Cutting force measurement design to first understand its measuring principle and sensor design and calculate it. Cutting speed measurement designed to understand the working principle of optical encoders and optical encoder selection.
Sorghum shear test apparatus designed in this paper can achieve the original design requirements and associated parameters. Cutting speed can reach 7.6m / s, the miter angle adjustment range position, the maximum cutting gap is 150mm. Checking by the finite element analysis of the important parts, enabling bench strength and stability to achieve actual work requirements. The design of the measuring system is mainly based electrical measurements,mechanical measurements, supplemented by the measurement accuracy is improved greatly, so that the measurement data acquisition and post analysis and calculation is very convenient, it can become a design sorghum shear test apparatus and complete the relevant Experimet.
Keyword： Mechanical Systems; cutting; measuringsy
目錄
第一章緒論 1
1.1 問(wèn)題的提出 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 3
第二章總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求 5
2.2 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)路線 6
2.3 試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù) 6
第三章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及校核 8
3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.1.1 擺桿設(shè)計(jì)及速度驗(yàn)算 8
3.1.2 機(jī)架設(shè)計(jì) 10
3.1.3 轉(zhuǎn)動(dòng)軸及軸承設(shè)計(jì) 11
3.2 調(diào)整架及夾持裝置設(shè)計(jì) 12
3.3 擺桿及調(diào)整架校核 13
3.3.1 使用Pro/MECHANICA的一般過(guò)程 13
3.3.2 應(yīng)力分析 14
3.3.3 校核結(jié)果 19
第四章測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20
4.1 切割力測(cè)量設(shè)計(jì) 20
4.1.1 切割力測(cè)量原理 20
4.1.2 傳感器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
4.2 切割速度測(cè)量設(shè)計(jì) 23
4.2.1 光電編碼器工作原理 23
4.2.2 光電編碼器的選用 25
第五章結(jié)論 28
參考文獻(xiàn) 29
致謝 30
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論
第一章緒論
1.1 問(wèn)題的提出
高粱秸稈直接作為覆蓋還田保護(hù)農(nóng)作的主要技術(shù)之一，從而能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，而備受關(guān)注。此項(xiàng)技術(shù)很好的解決了發(fā)展并保護(hù)性農(nóng)作的目的，既能轉(zhuǎn)變傳承的農(nóng)作耕作方式，又能對(duì)高粱秸稈的再次利用，降低農(nóng)耕的成本和資源使用率，與此同時(shí)也能很好解決長(zhǎng)久存在的疑難的社會(huì)問(wèn)題。
高粱是我國(guó)北方的主食種植面很廣，等到高粱成功收獲后，處理高粱秸稈的方式一直讓耕種者苦惱。雖然高粱秸稈曬干后重量很輕，它的體積依然很大，而且它幾乎沒(méi)有什么營(yíng)養(yǎng)，現(xiàn)在生活不斷提高，原先通過(guò)高粱秸稈焚燒供暖和用作家畜的食物的長(zhǎng)期用途慢慢的被天然氣、沼氣可持續(xù)發(fā)展的能源取代和加工成型的飼料所代替。雖然沼氣項(xiàng)目在農(nóng)村發(fā)展建設(shè)并能夠使高粱秸稈轉(zhuǎn)化為可持續(xù)無(wú)污染能源，但是高粱在北方的種植過(guò)于廣泛，使得秸稈的生成量很高再加上秸稈的產(chǎn)出時(shí)間集中，迫使處理高粱秸稈問(wèn)題日益突出。然而許多無(wú)效率胡亂處理秸稈最后使得秸稈胡亂堆放直接燃燒等環(huán)境污染甚至?xí)l(fā)火災(zāi)。所以農(nóng)作中提出可持續(xù)性高粱秸稈覆蓋還田技術(shù)既能使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)良性發(fā)展又能解決好當(dāng)下高粱秸稈的出處并能保護(hù)環(huán)境和避免不必要的安全隱患。
為了能夠滿(mǎn)足高粱秸稈處理使得秸稈切碎后的覆蓋地表和長(zhǎng)度，使之使用保護(hù)性耕作技術(shù)，所以使高粱收獲裝置和秸稈切碎還田裝置增加了融為一體可能。然而在運(yùn)用過(guò)程中高粱秸稈在受到各種秸稈自身和外界因素影響到其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以對(duì)影響高粱秸稈在秸稈切碎裝置中剪切因素的研究對(duì)于高粱秸稈切碎還田裝置的研究、創(chuàng)新、生產(chǎn)具有重要引導(dǎo)作用。
切割秸稈是一種重要的操作過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的聯(lián)合收割機(jī)切割性能直接影響實(shí)際運(yùn)行效率和糧食豐收的損失率。同時(shí)，秸稈切割性能的措施是現(xiàn)場(chǎng)高粱切削參數(shù)的重要依據(jù)。隨著不斷更新的作物品種，特別是大面積推廣超高產(chǎn)高粱，秸稈粗往導(dǎo)致收獲機(jī)械刀具增加了功耗，加速磨損。高粱秸桿切割測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)，本文主要用于切割實(shí)驗(yàn)高粱秸桿，實(shí)現(xiàn)不同的切割方式的測(cè)試要求，并通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣和記錄切削力，切削力可以得到峰值的時(shí)間過(guò)程和平均數(shù)據(jù)，也可以很容易地改變切刀切割位置和測(cè)試的切割速度，以便獲得吸管切削參數(shù)提供可靠的測(cè)試裝置數(shù)據(jù)，提供了基礎(chǔ)刀具的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)機(jī)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
高粱作物保護(hù)的研究時(shí)間相對(duì)較短,因此,高粱桿設(shè)備領(lǐng)域的研究工作研究和生產(chǎn)指導(dǎo)在1970年代末開(kāi)始。大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械介紹模型是基于第一種的引入機(jī)和模仿,本地化創(chuàng)新在此基礎(chǔ)上,逐步實(shí)現(xiàn)本地化。根據(jù)這一模型,國(guó)家外高粱和高粱秸稈機(jī)械收割機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)上,中國(guó)開(kāi)發(fā)了高粱,根粉推薦字段和高粱破碎棒作為一個(gè)整體也高粱桿領(lǐng)域研發(fā)工作意味著關(guān)注程度持續(xù)提高,國(guó)內(nèi)高粱秸稈結(jié)構(gòu)、力學(xué)能、高粱秸稈切設(shè)備在操作和原理。張炎河高粱秸稈軸向和徑向剪切剪切試驗(yàn)品種的高粱、水分含量、外觀接觸大小和其他因素之間的力學(xué)性能進(jìn)行了研究,以確定高粱秸稈徑向和軸向剪切的影響主要特點(diǎn)的不同因素。高粱的含水率主要影響徑向破壞性的高粱,高粱莖主要影響軸向連接和高粱破壞性的徑向軸向破壞毀滅容易實(shí)現(xiàn)。凌馬蘇通過(guò)改良高粱秸稈揉切特測(cè)試床,用于高粱秸莖的能源消耗和其他參數(shù)測(cè)試。以下結(jié)論:削減之間移動(dòng)分解裝置固定刀空間碎片有重大影響摩擦和降低能源消耗削減部分稻草對(duì)能源消費(fèi)的影響相比,更多的水分意義重大。德國(guó)和其他由吳子月高粱高粱桿、切碎的兩端測(cè)試站沒(méi)有支持條件切削速度和功率的測(cè)試。研究表明,雖然最重要的因素是高粱秸稈數(shù)量減少的影響量,減少樣式(切削減或削減幻燈片)是確定切削速度的最重要的因素。按照高粱根萊恩場(chǎng)地設(shè)備設(shè)計(jì)要求和實(shí)際操作條件雙根高粱切割速度單一因素測(cè)試以確定高粱秸稈的兩端不支持的條件下,雙根高粱莖和切斷需要維護(hù)的邊緣線13.6米/秒的速度。春天高粱碎秸含水率低，樹(shù)蔭可以適當(dāng)降低速度,刀片線速程度一般為4.5米/秒；秋天,高粱碎秸含水率高、葉片所需的高速度,一般到5.4米/秒。國(guó)內(nèi)秸稈切割所需的測(cè)試站是基于測(cè)試人員開(kāi)發(fā)，可分為大小兩種類(lèi)型的大規(guī)模試驗(yàn)裝置來(lái)模擬實(shí)際環(huán)境中主要的工作領(lǐng)域,它的體積通常是大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu),對(duì)于復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)研究,如圖所示。小型試驗(yàn)裝置主要是削減和trolley-style主要通過(guò)擺動(dòng)切削仿真環(huán)境來(lái)確定實(shí)驗(yàn)的影響因素。開(kāi)發(fā)成本較高的大規(guī)模測(cè)試床,NA在小規(guī)模的研究中,現(xiàn)有swing-c試驗(yàn)裝置調(diào)整切削角不能滿(mǎn)足需求,和測(cè)量裝置主要是機(jī)械測(cè)量精度和測(cè)量精度得到改善。
圖1 幾種秸稈切割試驗(yàn)臺(tái)
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
因?yàn)榘l(fā)達(dá)國(guó)家如歐洲和美國(guó)的首先提出和保護(hù)性耕作的研究，因此返回相關(guān)機(jī)械的研究調(diào)查也開(kāi)始比較早，高粱秸稈柜臺(tái)場(chǎng)技術(shù)和相關(guān)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到國(guó)際研究先進(jìn)水平的。美國(guó)所有國(guó)家公司在早期的20世紀(jì)60年代是想掛在聯(lián)合收割機(jī)切碎裝置的粉干高粱打破，然后成功地研制60型破碎機(jī)，機(jī)器上的拖拉機(jī)95千瓦設(shè)置;在早期的20世紀(jì)80年代由收割機(jī)英國(guó)于直接粉碎高粱秸稈，攜手并進(jìn)深加工；日本還用高粱結(jié)合后鉸直接破碎裝置，可以一次完成高粱收獲和秸稈粉碎。美國(guó)，加拿大等國(guó)家，由于原因，如耕種，土地，小麥和高大部分小米秸稈和土壤中的部分于青喂養(yǎng)。由于保護(hù)性耕作技術(shù)廣泛的概念然后，在美國(guó)，稻草退換不限于，小麥，高粱，如茄子秸稈計(jì)數(shù)器字段集操作。國(guó)外切碎農(nóng)作物，干在一定深度的功能該研究。 Dogherty人如稻草手工切割根數(shù)，通過(guò)測(cè)試參數(shù)等因素對(duì)移動(dòng)刀切割的分析該方法的影響，并指出的切莖高粱根數(shù)是影響的主要因素，以切斷電源，通過(guò)切割同時(shí)雙根大約37 N比單電耗多。國(guó)外科學(xué)家還斜肌和斜剪進(jìn)行了研究，對(duì)能源消耗的影響調(diào)查，得出的結(jié)論是，無(wú)論我們多么增加截面積，斜角切削的切削傾斜，切削阻力和功耗比降低相切更多。如在相對(duì)高粱秸桿切割器軸45°角傾斜的切割，切削阻力可以減少到切線相應(yīng)的功耗的60％ - 70％的削減，切傾斜阻力時(shí)切削阻力可以降低到切線40%。
3
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體方案設(shè)計(jì)
第二章總體方案設(shè)計(jì)
秸稈切割試驗(yàn)臺(tái)研究高粱秸稈的剪切性能為主，先后完成了切割速度，切割角高粱秸桿度，切割間隙和無(wú)底刃切割效果測(cè)試的功能，由于設(shè)計(jì)和測(cè)試臺(tái)所需要的動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備，完成了力量、速度、角度，做工作的測(cè)量。
2.1 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求
高粱切割工藝和切割器，高粱物理和機(jī)械性能，絞吸和刀具在所有的速度的相對(duì)位置的屬性有著密切的關(guān)系。用高粱的切割過(guò)程的物理和機(jī)械性能包括：切削切削阻力，耐彎曲性和耐斷裂性，彈性模量和摩擦系數(shù)，用高粱樣品，成熟度和很寬的濕度范圍內(nèi)變化的這些功能。切割方式主要是指刀具的方向進(jìn)料，其中主要包括以下二個(gè)
（1）砍切，也叫正切，刀刃切割面和切割方向均與秸稈軸線方向垂直，如（a）；（2）滑切刀刃切割面和切割方向均與秸稈軸線不垂直，二者之間有一角，該角為滑切角α，如圖（b）；斜切，刀刃切割面與秸稈軸線不垂直，二者之間有一夾角，但切割方向與秸稈軸線的水平投影相垂直，該角為斜切角β，如圖 （c）。
a砍切 b滑切 c斜切
圖2 切割實(shí)現(xiàn)方式
秸稈削減現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要是研究削減,削減主要的下滑大量的實(shí)驗(yàn)研究表明滑動(dòng)削減的切割刀具切削時(shí)相同的材料相同的材料深度,減少滑量越大，即下擺裁成圓角的滑大的力量要求降低較小。以便它可以執(zhí)行不同的動(dòng)葉片和底部邊緣切割沖擊試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),以及切削角、切削速度的沖擊試驗(yàn)。而在滑板上削減和斜十字測(cè)試。
2.2 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)路線
分為機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測(cè)試床的設(shè)計(jì)，測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以?xún)蓚€(gè)階段，主要的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要進(jìn)行各部分的設(shè)計(jì)和檢查；主要測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試值設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，采用電阻應(yīng)變計(jì)和光電編碼器測(cè)量。
剪切力
電阻應(yīng)變力
計(jì)
算
機(jī)
試
驗(yàn)
臺(tái)
剪切速度
光電編碼器
機(jī)械系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)
圖3 設(shè)計(jì)路線框圖
2.3 試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)
考慮到試驗(yàn)場(chǎng)地試驗(yàn)設(shè)備的限制，以擺切式試驗(yàn)臺(tái)為模型，對(duì)調(diào)整裝置、夾持裝置、測(cè)量裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其能滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，達(dá)到調(diào)整簡(jiǎn)單，夾持牢固，測(cè)量數(shù)據(jù)可靠的目的。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)工作實(shí)際，確定參數(shù)如表
表1 試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)
項(xiàng) 目
參 數(shù)
動(dòng)刀切割速度
m/s
切割間隙調(diào)整范圍
~㎜
滑切角調(diào)整范圍
~
斜切角調(diào)整范圍
~
最大升角
6
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及校核
第三章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及校核
3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械部分由機(jī)架，擺桿，調(diào)整架，夾持裝置，夾緊裝置等五部分構(gòu)成。其中起到調(diào)整作用的主要為機(jī)架和調(diào)整架，通過(guò)二者的配合可實(shí)現(xiàn)不同切割角度的變換。夾持裝置和夾緊裝置用來(lái)固定秸稈和調(diào)整架的位置，保證其在切割過(guò)程中的穩(wěn)定性，從而達(dá)到試驗(yàn)的要求。
參數(shù)化功能定義實(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示。使用 Pro/ENGINEER對(duì)試驗(yàn)臺(tái)三維建模1.刻度盤(pán)2.擺 3.夾持裝置 4.動(dòng)刀片5.機(jī)架6轉(zhuǎn)動(dòng)軸7.定刀8.調(diào)整 9夾緊裝置10.光電編碼器。
圖4 試驗(yàn)臺(tái)總體
3.1.1 擺桿設(shè)計(jì)及速度驗(yàn)算
裝有動(dòng)刀片的擺桿是此次實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主要工作部件之一。擺桿的上端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接在一起，軸通過(guò)深溝球軸承與軸承座固定，刀架下端是可以拆卸的刀刃刀槽，可進(jìn)行不同類(lèi)型動(dòng)刀的切割實(shí)驗(yàn)。工作時(shí)可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸擺動(dòng)的擺桿裝有動(dòng)刀片，旋轉(zhuǎn)角度能在刀架上指示出來(lái)。固定動(dòng)刀片用螺釘與刀架來(lái)，更換方便。根據(jù)高粱秸稈切斷的相關(guān)特性，
確定最低端的刀桿載荷在擺動(dòng)：當(dāng)?shù)稐U由最高點(diǎn)下擺切斷秸稈時(shí)，有牛頓第二定律知，擁有一定的動(dòng)能，向上擺動(dòng)成一定角度，氣切割功為：
A=mgr（cos-cos） （3-1-1)
式中 A——切割功
m——?jiǎng)拥兜都芙M質(zhì)量
G——重力加速度
R——?jiǎng)拥兜都芙M重心回轉(zhuǎn)半徑
——將擺桿提升任其下落空轉(zhuǎn)時(shí)擺桿的上擺角
——切割秸稈后的擺角，為驗(yàn)算方便，取
秸稈切割力為：
F= (3-1-2)
式中 F——切割力
S——為秸稈的直徑，取S為0.05
取刀架的密度取7.8g/cm，刀的密度取7.9g/cm，用Pro/ENGINEER鍵?？汕蟮脼?
3.2kg，r為0.6m
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得載荷F為375N，為保證試驗(yàn)臺(tái)強(qiáng)度，去安全系數(shù)為去1.2，計(jì)算得載荷為450N。
為了保證試驗(yàn)裝置切割秸稈時(shí)提供的速度滿(mǎn)足秸稈切斷的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行驗(yàn)算，保證切刀的速度大于等于高粱秸稈含水率較高時(shí)的切斷臨界速度。動(dòng)刀片開(kāi)始切割秸稈時(shí)的速度與擺桿提升角有直接關(guān)系，根據(jù)守恒定律可得
Mgr（1-cos）= (3-1-3)
花簡(jiǎn)得 (3-1-4)
式中 I——?jiǎng)拥兜都芙M轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——擺桿開(kāi)始切割秸稈時(shí)所在的垂直位置上，動(dòng)刀片切割點(diǎn)的瞬時(shí)速度
（m/s）
R——?jiǎng)拥镀星懈铧c(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑
——擺桿的提升角度，取0
——擺桿每轉(zhuǎn)1所消耗的空轉(zhuǎn)動(dòng)，即
(3-1-5)
——擺桿的提升角度
——擺桿提升角時(shí)所具有的機(jī)械能
——擺桿提升角時(shí)所具有的機(jī)械能
(3-1-6)
(3-1-7)
由于實(shí)際試驗(yàn)中和相差很小，為了使計(jì)算方便，可以近似地認(rèn)為則式（1）可化簡(jiǎn)為
(3-1-8)
用Pro/ENGINEER建?？汕蟮茫?
代入式（2）可求得
(3-1-9)
求得速度可滿(mǎn)足秸稈切割的速度要求。
擺桿Pro/ENGINEER建模如圖。
圖5 擺桿
3.1.2 機(jī)架設(shè)計(jì)
機(jī)架由底座、立柱和整體式軸承座組成。機(jī)架上有一組設(shè)計(jì)導(dǎo)槽，可供調(diào)整架在機(jī)架上調(diào)整角度并進(jìn)行夾緊。軸承座用來(lái)固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸，軸承采用雙向安裝，用軸承蓋固定在軸承座上固定。如圖所示。
圖6 機(jī)架
3.1.3 轉(zhuǎn)動(dòng)軸及軸承設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接光電編碼器和擺桿，使光電編碼器和擺桿保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，軸通過(guò)軸承和軸承蓋與機(jī)架固定，從而限制軸的移動(dòng)軸向。實(shí)際工作中的實(shí)驗(yàn)臺(tái)所受載荷主要為徑向載荷和一定的沖擊載荷，由于徑向載荷力為300N為較小載荷，并且滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小，起動(dòng)阻力小，而且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化；選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都十分方便，所以選用滾動(dòng)軸承。根據(jù)懸臂梁的直徑和載荷初選軸承型號(hào)為深溝球軸承 61806 型對(duì)軸承壽命進(jìn)行驗(yàn)算：
試驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)軸承承受徑向載荷為400N，軸向載荷可忽略不計(jì)計(jì)算其當(dāng)量動(dòng)載荷為
(3-2-1)
根據(jù)載荷系數(shù)表
P=1.2×400=480N (3-2-2)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知6210型軸承的基本額定動(dòng)載荷值C為35KN
根據(jù)公式
(3-2-3)
式中
n——轉(zhuǎn)速，由于刀架擺動(dòng)為非連續(xù)性轉(zhuǎn)動(dòng)，用刀架擺動(dòng)到最低點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值作為n取值，計(jì)算得n為52r/min
——球軸承，取3
計(jì)算得，，滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。
圖7 轉(zhuǎn)動(dòng)軸尺寸
圖8 轉(zhuǎn)動(dòng)軸裝配圖
3.2 調(diào)整架及夾持裝置設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座框架的核心部件是調(diào)整為幀的一組槽，可以與機(jī)箱被調(diào)整來(lái)看，其門(mén)面安裝底部邊緣，并且可以更換底部邊緣，切削實(shí)驗(yàn)對(duì)完全不同的底邊的效果?？烧{(diào)整的整個(gè)幀仍然具有剪切力的測(cè)量的效果，在其上的電阻應(yīng)變計(jì)，見(jiàn)具體計(jì)算和設(shè)計(jì)過(guò)程三個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)整3 D建模框架都離開(kāi)了。 秸稈夾緊裝置用于夾緊秸稈和稻草固定位置，可以調(diào)整移動(dòng)在框架上幻燈片的門(mén)面上進(jìn)行。通過(guò)調(diào)整位置可調(diào)試在切割刀片的位置。夾緊裝置用螺釘連接緊板和框架的夾緊調(diào)節(jié)。高粱秸稈夾緊裝置為圓弧狀，還可以通過(guò)與調(diào)節(jié)支架連接螺釘，能夠固定并同時(shí)保持秸稈位置的完整性，如下圖9
圖9 調(diào)整架 夾持裝置
3.3 擺桿及調(diào)整架校核
為了能使實(shí)驗(yàn)臺(tái)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在切割試驗(yàn)進(jìn)行中有很好的穩(wěn)定性，需要對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變校核，由于要分析的機(jī)架模型是在 Pro/ENGINEER 環(huán)境下建模的，我們采用 Pro/MECHANICA 進(jìn)行有限元分析。
3.3.1 使用Pro/MECHANICA的一般過(guò)程
Pro/MECHANICA 是美國(guó) PTC 開(kāi)發(fā)的有限元軟件。該軟件可以實(shí)現(xiàn)和Pro/ENGI
NEER的完全無(wú)縫集成。與其他有限的軟件相比，Pro / ENGINEER軟件可以完全實(shí)現(xiàn)幾何建模和有限元法整合分析。有限元軟件功能的幾何模型絕大多數(shù)較弱，通常采用有限元軟件IGES格式或STEP格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，然而這樣做最大的弊端之一就是容易造成數(shù)據(jù)丟去，所以往往需要花費(fèi)大量的人力和物力去維修工作的幾何模型。使用PRO/MECHANICA正好可以解決這個(gè)問(wèn)題，該軟件可以直接使用的Pro/ENGINEE幾何模型的有限元分析。由于在Pro/ENGINEE具有強(qiáng)大的參數(shù)等功能Pro/MECHANICA工具，您可以使用參數(shù)，敏感性分析的優(yōu)勢(shì)，為模型和優(yōu)化該組使用Pro/MECHANICA 的一般過(guò)程：
建立幾何模型：在 Pro/ENGINEER 中創(chuàng)建幾何模型。識(shí)別模型類(lèi)型：將幾何模型由 Pro/ENGINEER 倒入 Pro/MECHANICA 中，此步需要確定模型的類(lèi)型，默認(rèn)的模型類(lèi)型是實(shí)體模型。設(shè)定模型的材料、約束和載荷設(shè)定模型的材料物性。在裝配件分析中，可以為不同的零件分配不同的材料屬性。在分析應(yīng)力中，必需的材料特性是楊氏模量和泊松比。為能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)實(shí)中的模型功能，必須設(shè)定約束模型。為了限制模型的自由度個(gè)數(shù)采用定義約束。
設(shè)定模型載荷（載荷種類(lèi)有點(diǎn)載荷、邊載荷以及面壓力載荷等）。
有限元網(wǎng)絡(luò)劃分：由 Pro/MECHANICA中的AutoGEM(自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)劃分器)工具完成有限元網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)劃分。
分析任務(wù)中運(yùn)行分析：首先建立起分析任務(wù)，然后利用Pro/MECHANICA 進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，進(jìn)行計(jì)算，采集計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)和計(jì)算過(guò)程信息。圖形顯示計(jì)算結(jié)果可以簡(jiǎn)單明了的表現(xiàn)出變形情況、應(yīng)力分布以及模態(tài)振型等計(jì)算結(jié)果。
3.3.2 應(yīng)力分析
具體分析步驟如下：
步驟一：打開(kāi)模型
（1）啟動(dòng) Pro/ENGINEER.
（2）打開(kāi)機(jī)架模型
步驟二：進(jìn)入 Pro/MECHANICA
（1）在主菜單上選擇“應(yīng)用程序中”的 Mechanica。
（2）在彈出的“Mechanica 模型設(shè)置”對(duì)話(huà)框中單擊“高級(jí)”按鈕，對(duì)話(huà)框如下圖10。在“模型類(lèi)型”下拉列表中選擇“結(jié)構(gòu)”選項(xiàng)，在“類(lèi)型”選項(xiàng)組中選“3D”選項(xiàng)，單擊確定之后進(jìn)入結(jié)構(gòu)分析模塊。
圖10 “ 模型設(shè)置”對(duì)話(huà)框
步驟三：定義材料屬性
（1）在屬性菜單中選擇“材料”。
（2）系統(tǒng)彈出材料對(duì)話(huà)框。
（3）單擊創(chuàng)建新材料選項(xiàng)，填寫(xiě)各數(shù)據(jù)如下圖11：
圖11 “材料定義”對(duì)話(huà)框
（4）系統(tǒng)返回材料對(duì)話(huà)框中的確定按鈕，完成模型材料的定義。
步驟四：定義約束
(1)單擊右側(cè)工具欄上的（位移約束）命令圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出“約束”定義對(duì)話(huà)框，如下圖12。
圖12 “約束”對(duì)話(huà)框
(2)保留默認(rèn)的約束名稱(chēng) Constraints1 和默認(rèn)的約束組名ConstraintSet1。
（3)選機(jī)架的的底面為參照曲面，單擊確定按鈕關(guān)閉選擇對(duì)話(huà)框。
（4)保留默認(rèn)坐標(biāo)系設(shè)置。
（5)由于要將底面固定，所以需要將 6 個(gè)自由度完全約束，因此保留如下圖默認(rèn)的約束形式。
（6)單擊確定按鈕完成約束的定義。
步驟五：定義載荷。
直接單擊右側(cè)工具欄中的（力/力矩載荷）命令圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出 Loads 定義對(duì)話(huà)框，如下圖所示。
圖13 “載荷”對(duì)話(huà)框
（2)保留默認(rèn)的載荷名稱(chēng) Load1 和默認(rèn)的載荷名稱(chēng) LoadSet1。
（3）單擊軸承曲面為參照面，建立懸臂梁載荷的理想化模型。
（4）保留默認(rèn)的坐標(biāo)系設(shè)置。
（5)在力下方的列表框中選擇分兩，分別給出各個(gè)分力的大小。
（6)由步驟五計(jì)算出的載荷大小，且載荷的方向是垂直向下所以在 x 的文本框中填入數(shù)字 450。
（7）單擊預(yù)覽按鈕可以預(yù)覽載荷的位置及狀態(tài)。
（8）單擊確定按鈕關(guān)閉載荷對(duì)話(huà)框。
（9）完成載荷定義，載荷定義完畢后的模型效果如下圖14所示。
圖14 加載后的模型
步驟六：劃分網(wǎng)格
單擊“Mechanica 操作”工具欄中的（創(chuàng)建）按鈕，彈出示AutoGEM 對(duì)話(huà)框，單擊創(chuàng)建按鈕，彈出“AutoGEM”對(duì)話(huà)框，如下圖15所示。
圖15 “AutoGEM”對(duì)話(huà)框
從圖中可以看到已建立模型，三次單擊關(guān)閉按鈕，在單擊彈出的對(duì)話(huà)框中的“是”按鈕，完成網(wǎng)格的劃分。如下圖16
圖16 機(jī)架的網(wǎng)格劃分
步驟七：建立分析任務(wù)，進(jìn)行有限元分析
（1） 單擊“Mechanica 操作”工具欄中的（Mechanica 分析/研究）按鈕彈出“分析和設(shè)計(jì)研究”對(duì)話(huà)框。
（2）單擊對(duì)話(huà)框中的“文件”“新建靜態(tài)分析”命令，在彈出的“靜態(tài)分析定義”對(duì)話(huà)框，在“方法”下拉列表中，選擇“多通道自適應(yīng)”方式進(jìn)行分析和計(jì)算，設(shè)定多項(xiàng)式的最大值為6.1，“收斂百分比”為5.5%，如下圖17所示。單擊“確定”按鈕，并單擊（開(kāi)始運(yùn)行）按鈕，運(yùn)行分析。
圖17 “靜態(tài)分析定義”對(duì)話(huà)框
步驟八：顯示計(jì)算結(jié)果
（1）運(yùn)行分析后，結(jié)果觀察窗口的建立觀察機(jī)架的受力和變形情況。單擊“分析和設(shè)計(jì)研究”對(duì)話(huà)框中的（結(jié)果）按鈕，彈出“結(jié)果窗口定義”對(duì)話(huà) 框，具體如下圖18所示。
圖18 “結(jié)果窗口定義”對(duì)話(huà)框
單擊“確定并顯示”按鈕，機(jī)架的應(yīng)力云圖、局部放大圖如下圖19左圖，右圖所示
圖19 機(jī)架的應(yīng)力云圖 局部放大圖
(3）單擊（結(jié)果）按鈕，在“量”下拉列表中選擇“位移”選項(xiàng)，機(jī)架的應(yīng)力位移云圖如下圖20所示。
圖20 機(jī)架的位移云圖
（4）單擊（結(jié)果）按鈕，在“量”下拉列表中選擇“應(yīng)變”選項(xiàng)，機(jī)架的應(yīng)變?cè)茍D如下圖21所示。
圖21 機(jī)架的應(yīng)云變圖
根據(jù)以上步驟對(duì)調(diào)整架進(jìn)行校核，其應(yīng)力、位移、應(yīng)變?cè)茍D如下圖22所示。
圖22 調(diào)整架校核
3.3.3 校核結(jié)果
對(duì)分析圖形可看出，在有不同顏色的懸臂梁上的地方，根據(jù)不同種的顏色，可
以看出擺桿、調(diào)整架在受力后所受到的應(yīng)力、應(yīng)變、位移值。對(duì)照色卡可看出，擺
桿與固定端的聯(lián)接處應(yīng)力最大，為310Mpa，調(diào)整架立面與底面的連接處為其應(yīng)力最大處，為240 MPa，均小于其許用應(yīng)力380MPa。
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沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第四章測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
測(cè)量系統(tǒng)主要完成對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的擺角、切割力和切割速度的測(cè)量，分為機(jī)械測(cè)量和電測(cè)量?jī)刹糠?。機(jī)械測(cè)量主要指示擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，電測(cè)量用來(lái)測(cè)量和記錄切割力、切割速度的變化和峰值。
機(jī)械測(cè)量主要是靠刻度盤(pán)和安裝在擺桿上的指針完成，刻度盤(pán)固定在整體式軸承座上，刻度盤(pán)上裝有定指針，動(dòng)指針安裝在擺桿上，隨擺桿擺動(dòng)，推動(dòng)定指針在刻度盤(pán)上轉(zhuǎn)動(dòng)。用來(lái)指示擺桿開(kāi)始切割和切割完成后的角度，便于觀測(cè)和記錄。下面主要針對(duì)電測(cè)量進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
4.1 切割力測(cè)量設(shè)計(jì)
切割力是秸稈切割的重要指標(biāo)，比較不同的切割方式是依據(jù)切割力的大小和力的變化，本設(shè)計(jì)是采用電阻應(yīng)變儀對(duì)切割力進(jìn)行測(cè)量。
4.1.1 切割力測(cè)量原理
動(dòng)刀片作用在秸稈上的力為非電量，非電量電測(cè)是利用力使電阻應(yīng)變片產(chǎn)生變形，經(jīng)傳感器作用，以信號(hào)的形式向外輸出，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、記錄、和數(shù)據(jù)處理，即可獲得切割力的大小。
在測(cè)量剪力時(shí)，由于應(yīng)變片只能測(cè)量正應(yīng)力引起的應(yīng)變，不能直接測(cè)量剪應(yīng)力引起的剪應(yīng)變，所以我們想測(cè)剪力，只能利用由剪力引起的正應(yīng)力來(lái)進(jìn)行測(cè)量。為在一懸臂梁上作用一橫剪力。為了測(cè)量這個(gè)橫剪力，在距其作用點(diǎn) a的截面上粘貼一片測(cè)量應(yīng)變片。根據(jù)力學(xué)知識(shí)可知，此截面所受到的彎矩力，并且，即得 (4-1-1-1)
式中 粘貼處的應(yīng)變值
E--試件材料的彈性模量
M--截面的抗彎截面模量
我們只要測(cè)出應(yīng)變片量，即可用式 3-1 算出橫剪力Q 的大小。這種測(cè)量的方案的缺點(diǎn)是，當(dāng)橫剪力 Q 的作用點(diǎn)變化時(shí)（即值發(fā)生變化），就要影響 Q 的測(cè)量準(zhǔn)確度，而且在有些情況下a值無(wú)法量得。因此采用圖23所示的測(cè)量方案。這個(gè)方案是在懸臂梁上粘貼兩片測(cè)量應(yīng)變片，其距剪力作用點(diǎn)的距離分別為，
因?yàn)?
(4-1-1-2)
則
(4-1-1-3)
又 分別為應(yīng)變片粘貼處的應(yīng)變值），代入上式得：
(4-1-1-4)
此時(shí)輸出只和值大小成正比，而和剪力的作用點(diǎn)無(wú)關(guān)。
圖23 剪力的測(cè)量
4.1.2 傳感器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)整架的實(shí)際使用情況，考慮到秸稈在上下位置會(huì)有一定程度的變化，所以采用測(cè)量原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。又由于應(yīng)變片只能測(cè)正方向的力，當(dāng)進(jìn)行滑切實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整架與刀刃的切割方向有一定夾角，且考慮到切割力的方向與切割速度方向可能存在不平行的情況，所以在立面調(diào)整架上共粘貼八片應(yīng)變片，共測(cè)出兩個(gè)方向的合力，再求合力。如下圖24所示。
圖24 應(yīng)變片粘貼位置
為保證傳感器的分辨力清晰，取應(yīng)變片1和應(yīng)變片2，應(yīng)變差為300，兩個(gè)應(yīng)變片的距離為100 mm，應(yīng)變片2距離底端的距離為50 mm，取b為15 mm。由式 3-2可得
知
(4-1-2-1)
E取210GPa，代入數(shù)據(jù)可得：
(4-1-2-2)
由于調(diào)整架為矩形截面，截面的抗彎截面模量W為
(4-1-2-3)
代入數(shù)據(jù)可求得h=17.1mm，從而確定調(diào)整架的尺寸。
為保證在粘貼電阻應(yīng)變片上，使其應(yīng)變均勻不產(chǎn)生突變，根據(jù)圣維南原理確定秸稈
夾持位置距粘貼應(yīng)變片位置應(yīng)大于其截面長(zhǎng)度 2~3 倍，取值為 30 mm。電阻應(yīng)變片選用浙江黃巖測(cè)試儀器廠生產(chǎn)的 BX120-5AA 型，采用全橋式連接，接橋圖如下25圖所示。
圖25 接橋示意圖
其測(cè)量原理如下式所示：
(4-1-2-4)
式中 --輸入應(yīng)變量
--橋壓
K--應(yīng)變片靈敏度系數(shù)
--放大器的增益
--低漂移儀表放大器的輸出電壓
電阻應(yīng)變片的參數(shù)如下：
電阻：120 靈敏系數(shù)：2.08
精度等級(jí)：A 柵長(zhǎng)柵寬：
電阻應(yīng)變儀選擇 YK-DDZ-01 型數(shù)字式電阻應(yīng)變儀
4.2 切割速度測(cè)量設(shè)計(jì)
衡量切割的另一重要指標(biāo)是切割速度的變化，切割過(guò)程中損失的能量可以通過(guò)切割前后速度的變化能夠計(jì)算出來(lái)，本次設(shè)計(jì)測(cè)量光電編碼器的切割速度。
4.2.1 光電編碼器工作原理
光電編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換輸出軸位移到脈沖或機(jī)械幾何形狀的一種數(shù)字傳感器。一個(gè)光柵板和光電探測(cè)測(cè)量裝置是光電編碼器。在一定直徑的圓形盤(pán)上開(kāi)了一些長(zhǎng)方形的是洞光柵板。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光柵板與馬達(dá)轉(zhuǎn)速，發(fā)光二極管（LED），電子元件的檢測(cè)裝置測(cè)量的脈沖信號(hào)，數(shù)低于其原理圖的輸出，通過(guò)每秒光電編碼器輸出的脈沖計(jì)算次數(shù)可以反映當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速。 如下圖26、27所示。
光源 透鏡 光柵盤(pán) 透鏡 光敏元件 放大整形
轉(zhuǎn)軸
圖26a 光電編碼器工作原理示意圖
圖27b 增量式光電編碼器基本波形
根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。依據(jù)它的刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式。
增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A，脈沖 B ，脈沖 Z 相；A、B兩組脈沖相位相差 90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而