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沈 陽 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 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)間過于漫長 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) 國內(nèi)研究秸稈的覆蓋還田技術(shù)比較短 其中國內(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研究高粱 秸稈在秸稈前后無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 然而國外 特別 是歐美發(fā)達(dá)國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 測量系統(tǒng)是對(duì)實(shí)驗(yàn) 臺(tái)過程中的擺角 切割力和切割速度分為電測量和機(jī)械測量 切割力測量 的設(shè)計(jì)首先了解它的測量原理并設(shè)計(jì)出傳感器并計(jì)算出它 切割速度測量 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 45 0 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)的測量系統(tǒng)主要以電測量為主 機(jī)械測量為輔 使測量精度大大提高 這樣測量對(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 問題的提出 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 2 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1 2 2 國外研究現(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 的一般過程 13 3 3 2 應(yīng)力分析 14 3 3 3 校核結(jié)果 19 第四章測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 4 1 切割力測量設(shè)計(jì) 20 4 1 1 切割力測量原理 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 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 0 第一章緒論 1 1 問題的提出 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)也能很好解決長久存在的疑難的社會(huì)問題 高粱是我國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 而且它幾乎沒有 什么營養(yǎng) 現(xiàn)在生活不斷提高 原先通過高粱秸稈焚燒供暖和用作家畜的食物的長期用 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)無污染能源 但是高粱在北方的種植 過于廣泛 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題 日益突出 然而許多無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 為了能夠滿足高粱秸稈處理使得秸稈切碎后的覆蓋地表和長度 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程 現(xiàn)場作業(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 高粱秸桿切割測試臺(tái)設(shè)計(jì) 本文主要用于切割實(shí)驗(yàn)高粱秸 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 桿 實(shí)現(xiàn)不同的切割方式的測試要求 并通過傳感器來實(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試的切割 速度 以便獲得吸管切削參數(shù)提供可靠的測試裝置數(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 國內(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 中國開發(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) 凌馬蘇通過改良高粱秸稈揉切特測試床 用于高粱秸莖的能源消耗和其他參數(shù)測試 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 德國和其他由吳子月高粱高粱桿 切碎的兩端測試站沒有支持條件切削速 度和功率的測試 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 國內(nèi)秸稈切割所需的測試站是基于測試人員開發(fā) 可 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 分為大小兩種類型的大規(guī)模試驗(yàn)裝置來模擬實(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 主要通過擺動(dòng)切削仿真環(huán)境來確定實(shí)驗(yàn)的影響因素 開發(fā)成本較高的大規(guī) 模測試床 NA 在小規(guī)模的研究中 現(xiàn)有 swing c 試驗(yàn)裝置調(diào)整切削角不能滿足需求 和測 量裝置主要是機(jī)械測量精度和測量精度得到改善 圖 1 幾種秸稈切割試驗(yàn)臺(tái) 1 2 2 國外研究現(xiàn)狀 因?yàn)榘l(fā)達(dá)國家如歐洲和美國的首先提出和保護(hù)性耕作的研究 因此返回相關(guān)機(jī)械的 研究調(diào)查也開始比較早 高粱秸稈柜臺(tái)場技術(shù)和相關(guān)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到國際研究先進(jìn)水平的 美國所有國家公司在早期的 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 加拿大等國家 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 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 過測試參數(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 通過切割同時(shí)雙根大約 37 N 比單電耗多 國外科學(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 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 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 沈陽化工大學(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) 4 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 切割間隙和無底刃切割效果測試的功能 由于設(shè)計(jì)和測試臺(tái)所需要的動(dòng)態(tài)測試 設(shè)備 完成了力量 速度 角度 做工作的測量 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 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 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試 沈陽化工大學(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) 5 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)和測試床的設(shè)計(jì) 測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以兩個(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 主要測試系統(tǒng)的測試值設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的 采用 電阻應(yīng)變計(jì)和光電編碼器測量 機(jī)械系統(tǒng) 測量系統(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 測量裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì) 使其能滿足試驗(yàn)要求 達(dá)到調(diào)整簡單 夾持牢固 測量數(shù)據(jù)可 靠的目的 通過查閱相關(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 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 沈陽化工大學(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) 6 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 s5 切割間隙調(diào)整范圍 01 滑切角調(diào)整范圍 4 斜切角調(diào)整范圍 7 最大升角 90 沈陽化工大學(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 7 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固定秸稈和調(diào)整架的位置 保證其在切割過程中的穩(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 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 固定動(dòng)刀片用螺釘與刀架來 更換方便 根據(jù)高粱秸稈切斷的相關(guān)特性 沈陽化工大學(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 8 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 動(dòng)刀刀架組質(zhì)量 G 重力加速度 R 動(dòng)刀刀架組重心回轉(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 S cosmgr 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 鍵模可求得為 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 k 2 1ERVIS 花簡得 3 1 4 cos mgr IRVS 式中 I 動(dòng)刀刀架組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 擺桿開始切割秸稈時(shí)所在的垂直位置上 動(dòng)刀片切割點(diǎn)的瞬時(shí)速度s m s 沈陽化工大學(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 9 R 動(dòng)刀片切切割點(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kE 3 1 5 21 擺桿的提升角度 擺桿提升角時(shí)所具有的機(jī)械能1E 擺桿提升角時(shí)所具有的機(jī)械能2 3 1 6 cos mgr1 3 1 7 2E 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 可化簡為 3 1 8 cos1 mgr 2s IRV 用 Pro ENGINEER 建?？汕蟮?90m6 r2 1mkg95 02 為 為 為 為 RI 代入式 2 可求得 3 1 9 s 6 7s V 求得速度可滿足秸稈切割的速度要求 擺桿 Pro ENGINEER 建模如圖 圖 5 擺桿 沈陽化工大學(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 10 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 rpfFP 2 1f 01p 取 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 沈陽化工大學(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 11 3 2 3 PCL n60 1h 式中 軸 承 的 壽 命 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 滿足試驗(yàn)要求 h103 27h 為L 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)整來看 其門面 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 可調(diào)整的 整個(gè)幀仍然具有剪切力的測量的效果 在其上的電阻應(yīng)變計(jì) 見具體計(jì)算和設(shè)計(jì)過程三 個(gè)測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 調(diào)整 3 D 建?？蚣芏茧x開了 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面上進(jìn) 行 通過調(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) 沈陽化工大學(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 12 節(jié) 高粱秸稈夾緊裝置為圓弧狀 還可以通過與調(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 的一般過程 Pro MECHANICA 是美國 PTC 開發(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 為模型和優(yōu)化該組使用 Pro MECHANICA 的一般過程 沈陽化工大學(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 13 建立幾何模型 在 Pro ENGINEER 中創(chuàng)建幾何模型 識(shí)別模型類型 將幾何模型 由 Pro ENGINEER 倒入 Pro MECHANICA 中 此步需要確定模型的類型 默認(rèn)的模 型類型是實(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)算過程信息 圖形顯示計(jì)算結(jié)果可以簡單明 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 打開模型 1 啟動(dòng) Pro ENGINEER 2 打開機(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)話框中單擊 高級(jí) 按鈕 對(duì)話框如下圖 10 在 模型類型 下拉列表中選擇 結(jié)構(gòu) 選項(xiàng) 在 類型 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)話框 步驟三 定義材料屬性 沈陽化工大學(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 14 1 在屬性菜單中選擇 材料 2 系統(tǒng)彈出材料對(duì)話框 3 單擊創(chuàng)建新材料選項(xiàng) 填寫各數(shù)據(jù)如下圖 11 圖 11 材料定義 對(duì)話框 4 系統(tǒng)返回材料對(duì)話框中的確定按鈕 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)話框 如下圖 12 圖 12 約束 對(duì)話框 2 保留默認(rèn)的約束名稱 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 沈陽化工大學(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 15 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)話框 如 下圖所示 圖 13 載荷 對(duì)話框 2 保留默認(rèn)的載荷名稱 Load1 和默認(rèn)的載荷名稱 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)話框 單 擊創(chuàng)建按鈕 彈出 AutoGEM 對(duì)話框 如下圖 15 所示 沈陽化工大學(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 16 圖 15 AutoGEM 對(duì)話框 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)話框 2 單擊對(duì)話框中的 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 開始運(yùn)行 按鈕 運(yùn)行分析 圖 17 靜態(tài)分析定義 對(duì)話框 步驟八 顯示計(jì)算結(jié)果 沈陽化工大學(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 17 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)話框中的 結(jié)果 按鈕 彈出 結(jié)果窗口定義 對(duì)話 框 具體如下圖 18 所示 圖 18 結(jié)果窗口定義 對(duì)話框 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 沈陽化工大學(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 18 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 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 第四章測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 測量系統(tǒng)主要完成對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的擺角 切割力和切割速度的測量 分為機(jī)械測量 和電測量兩部分 機(jī)械測量主要指示擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 電測量用來測量和記錄切割力 切割速度的變化和峰值 機(jī)械測量主要是靠刻度盤和安裝在擺桿上的指針完成 刻度盤固定在整體式軸承座 上 刻度盤上裝有定指針 動(dòng)指針安裝在擺桿上 隨擺桿擺動(dòng) 推動(dòng)定指針在刻度盤上 轉(zhuǎn)動(dòng) 用來指示擺桿開始切割和切割完成后的角度 便于觀測和記錄 下面主要針對(duì)電 測量進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì) 4 1 切割力測量設(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)行測量 4 1 1 切割力測量原理 動(dòng)刀片作用在秸稈上的力為非電量 非電量電測是利用力使電阻應(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)過放大 記錄 和數(shù)據(jù)處理 即可獲得 切割力的大小 在測量剪力時(shí) 由于應(yīng)變片只能測量正應(yīng)力引起的應(yīng)變 不能直接測量剪應(yīng)力引起 的剪應(yīng)變 所以我們想測剪力 只能利用由剪力引起的正應(yīng)力來進(jìn)行測量 為在一懸臂 梁上作用一橫剪力 為了測量這個(gè)橫剪力 在距其作用點(diǎn) a 的截面上粘貼一片測量應(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 QM EW1 4 1 1 1 a1QEWM 式中 粘貼處的應(yīng)變值1R E 試件材料的彈性模量 M 截面的抗彎截面模量 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 我們只要測出應(yīng)變片量 即可用式 3 1 算出橫剪力 Q 的大小 這種測量的方案的 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 的測量準(zhǔn)確度 而且在有些情況下 a 值無法量得 因此采用圖 23 所示的測量方案 這個(gè)方案是在懸臂 梁上粘貼兩片測量應(yīng)變片 其距剪力作用點(diǎn)的距離分別為 21R和 21a和 因?yàn)?4 1 1 2 a2QM 1 則 4 1 1 3 212121 a 211a MQ 又 分別為應(yīng)變片 粘貼處的應(yīng)變值 代入2121 EWMR 上式得 4 1 1 4 Q a 2121 此時(shí)輸出只和值大小成正比 而和剪力的作用點(diǎn)無關(guān) 圖 23 剪力的測量 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 所以采用測量原理進(jìn)行設(shè)計(jì) 又由于應(yīng)變片只能測正方向的力 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 共測出兩個(gè)方向的合力 再求合 力 如下圖 24 所示 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 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 EQW a21 E 取 210GPa 代入數(shù)據(jù)可得 4 1 2 2 m 10 7103 045 2796 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 6 bh2 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)大于其截面長度 2 3 倍 取值為 30 mm 電阻應(yīng)變片選 用浙江黃巖測試儀器廠生產(chǎn)的 BX120 5AA 型 采用全橋式連接 接橋圖如下 25 圖所 示 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 25 接橋示意圖 其測量原理如下式所示 4 1 2 4 fg0 KEV 式中 輸入應(yīng)變量 橋壓g K 應(yīng)變片靈敏度系數(shù) 放大器的增益fK 低漂移儀表放大器的輸出電壓0V 電阻應(yīng)變片的參數(shù)如下 電阻 120 靈敏系數(shù) 2 08 1 1 精度等級(jí) A 柵長 柵寬 m35 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 切割過程中損失的能量可以通過切割 前后速度的變化能夠計(jì)算出來 本次設(shè)計(jì)測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)光柵板和光電探測測量裝置是光電編碼器 在一定直徑的圓形盤上開了一些長 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 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 的檢測裝置測量的脈沖信號(hào) 數(shù)低于其原理圖的輸出 通過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 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 90 從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向 而 Z 相為每轉(zhuǎn)一個(gè) 脈沖 可用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位 它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單 機(jī)械平均壽命在幾萬小時(shí)以上 抗干擾能力強(qiáng) 可靠性高 適合于長距離傳輸 其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信 息 絕對(duì)編碼器是一直接輸出數(shù)字量的傳感器 它的圓形碼盤上沿其徑向有若干同心碼 道 每條道上相間組成的是透光和不透光的扇形區(qū) 相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是兩倍關(guān)系 它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)就是碼盤上的碼道數(shù) 在碼盤的一側(cè)是光源 另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼 道有一光敏元件 當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí) 各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 平信號(hào) 形成二進(jìn)制數(shù) 這種編碼器的特點(diǎn)是不用計(jì)數(shù)器 一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的 數(shù)字碼都能在轉(zhuǎn)軸的任意位置讀出 顯然 碼道越多分辨率就越高 對(duì)于一個(gè)具 M 位 二進(jìn)制分辨率的編碼器 其碼盤必須有 M 條碼道 目前國內(nèi)已有 16 位 混合式絕對(duì) 值編碼器 它輸出兩組信息 一組信息用于檢測磁極位置 帶有絕對(duì)信息功能 另一組 則完全同增量式編碼器的輸出信息 光電編碼器是一種角速度檢測裝置 它將輸入給軸 的角度量 利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量 優(yōu)點(diǎn)有體積小 精度高 工作可靠接口數(shù)字化 4 2 2 光電編碼器的選用 本文所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要測量與擺桿相連軸的轉(zhuǎn)速 考慮到底座和軸的結(jié)構(gòu) 又要使 其安裝方便 測量簡單 選用海德光電旋轉(zhuǎn)編碼器 IHA6012 型 如下圖 圖 28 光電編碼器 海德光電旋轉(zhuǎn)編碼器 IHA6012 型的主要參數(shù)為 電氣參數(shù) 輸出波形 方波 輸出相 A B Z 三相 消耗電流 m150 響應(yīng)頻率 zk H 載空比 T 相位差 4590 電源電壓 DC5V 機(jī)械參數(shù) 最大轉(zhuǎn)速 6000rpm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 26mkg104 軸最大負(fù)載 徑向 10N 軸向 10N 工作壽命 rp05 h 重量 約 251g 輸出波形與信號(hào)位置精度 波形比 4 2 2 1 TX12 21 TX12 43 相位差 4 2 2 2 n 4 n 信號(hào)位置誤差 準(zhǔn)確度 8 周期誤差 T01 脈沖周期 T 360 M M 為脈沖數(shù) 圖 29 IHA6012 型光電編碼器輸出波形 切割全過程中角位移的變化是由光電編碼器記錄的 能連續(xù)記錄角位移隨時(shí)間的變 化關(guān)系必須確保有足夠的脈沖數(shù) 則取切割過程中的脈沖數(shù)為 50 計(jì)算編碼器脈沖數(shù) 如 4 2 2 3 RS tan 4 2 2 4 3 2rc 由于 50 360 M 4 2 2 5 則脈沖數(shù) M 為 7553 取值為 8000 對(duì)此型號(hào)編碼器進(jìn)行改良結(jié)構(gòu)安裝 使其能穩(wěn)定安裝在機(jī)架上 確定安裝尺寸 如 圖 30 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 圖 30 光電編碼器安裝尺寸 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 結(jié)論 27 第五章結(jié)論 此文設(shè)計(jì)的高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)裝置可達(dá)到設(shè)計(jì)相關(guān)要求的相關(guān)參數(shù) 切割速度可達(dá) 7 4m s 斜切角調(diào)整范圍為 0 45 最大切割間隙為 150mm 為了使實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠滿足 實(shí)際的強(qiáng)度和穩(wěn)定性使之通過有限分析校核的關(guān)鍵零件 設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)主要以電測為 主 機(jī)械測量為輔 測量精度較高 并且后期計(jì)算分析和數(shù)據(jù)采集十分方便 可以成為 高粱秸稈剪切實(shí)驗(yàn)和力學(xué)特性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置 完成有關(guān)的實(shí)驗(yàn) 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 28 參考文獻(xiàn) 1 劉武仁 鄭金玉 羅洋等 東北黑土區(qū)高粱保護(hù)性耕作技術(shù)模式研究 J 高粱科學(xué) 2007 86 88 2 高旺盛 論保護(hù)行耕作技術(shù)的基本原理和發(fā)展趨勢 J 中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 2007 2702 2708 3 李艷 多功能高粱秸稈還田機(jī)的研制 D 山東 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2007 4 葛宜元 王金武 李世偉等 整株秸稈還田機(jī)刀軸載荷譜編制與疲勞壽命計(jì)算 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 學(xué)報(bào) 2009 77 80 5 龐聲海 關(guān)于滑切理論與滑切角的選用 J 華中農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào) 1982 64 65 6 嚴(yán)霖元 對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械工作部件滑切角的探討 J 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 1991 64 68 7 李耀明 玉米秸稈往復(fù)切割力學(xué)特性試驗(yàn)與分析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2011 160 164 8 姚燕 姬裕江 小麥秸稈粉碎裝置試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)分析 J 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2010 55 57 9 武俊生 秸稈切割試驗(yàn)臺(tái)的研究設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 1987 22 28 10 孟海波 韓魯佳 王繼承 秸稈物料力學(xué)特性試驗(yàn)臺(tái)及其測控系統(tǒng)的研制 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2005 11 孫廷琮 農(nóng)業(yè)機(jī)械測試技術(shù) M 北京 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社 1980 77 80 12 肖旸 基于電阻應(yīng)變式傳感器的測力系統(tǒng) J 湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2010 92 96 13 朱才榮 基于光電編碼器的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 J 儀表技術(shù) 2012 47 50 14 鄧建 林樺 基于 DSP 的絕對(duì)式光電編碼器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量 J 電機(jī)與控制應(yīng)用 2010 50 55 15 C Igathinathane L O Pordesimo Fast and simple measurement of cutting energy requirement ofplant stalk and prediction model development J Industrial Crops and Products 2011 518 523 16 C Igathinathane A R Womac Cornstalk orientation effect on mechanical cutting J Biosystems Engineering 2010 97 106 17 S Sokhansanj S Narayan Size reduction of high and low moisture corn stalks by linear knifegrid system J Biomass and Bioenergy 2009 547 557 18 Dornburg V Termeer G Economicand greenhouse gas emissionanslysis of bioenergyproductionusing multi productcrops case studies for the Netherlands and Poland J Biomass andBioenergy 2005 454 474 19 Siqueiar R Boiler W Gamero CACutting efficiencyand energy consumption of a straw chopperin different cover crops Engenharia Agricola 1997 79 86 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝 29 致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在侯志敏老師的細(xì)心 耐心 孜孜不倦的指導(dǎo)下完成的 侯老師的 耐心和高昂情緒一直指導(dǎo)教學(xué)和照顧生活 從選課題 方案設(shè)計(jì) 到論文寫作 總之老 師傾注了大量的精力 我在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題老師為我詳細(xì)解釋 侯老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹?學(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法 尤其是老師對(duì)待細(xì)致 實(shí)事求是的態(tài)度對(duì)課題設(shè)計(jì)階段的進(jìn) 一步講解 對(duì)我做課題設(shè)計(jì)有很大幫助 在寫畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 我的同學(xué)在我寫畢業(yè)設(shè)計(jì) 時(shí)也給予不少意見和幫助 在此也對(duì)他們表示十分感謝