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帶式同步機構中傳動滾筒的有限元分析

發布于:2023-10-26 19:07
有限元分析

      隨著南疆地區林果業經濟的快速發展,增加林果樹種植面積成為亟待解決的問題之一。傳統的林果樹種植模式基本上是密植、選苗、移栽、嫁接等,種植周期長,勞動強度大,耗費人力多,很難適應規;牧止a業發展。以南疆代表作物紅棗的種植為例,傳統的種植模式為1年播種、2年嫁接、3年成園。其中,僅播種環節采用機械化直播,但發芽率僅有80%,后期的嫁接和選苗過程需要大量人力和周期。因此,將先進移栽裝備與林果樹的種植農藝結合從而研制出果樹類移栽機成為解決此問題的一個很好的方法。
      本文涉及的傳動滾筒是果樹類移栽機中帶式同步傳動機構中的關鍵部件之一。目前,國內傳動滾筒的設計方法主要是利用經驗公式法、類比法和許用應力法。這些方法往往是按照經驗公式,并采用較大的安全系數來保證滾筒的安全性,設計出來的滾筒尺寸較大,質量較重,并未對容易發生缺陷的部位采取有效的預防措施,盲目性較大,缺乏科學的分析。為此,將有限元分析和三維模型的建立結合起來,對帶式同步機構中的傳動滾筒進行有限元分析,能夠設計出尺寸較小、質量較輕、安全性很好的滾筒,旨在對滾筒的改進和優化提供科學的理論依據,對滾筒以及移栽機械的設計和優化具有重要意義。
      帶式同步機構由兩對繞有皮帶且豎直放置的傳動滾筒和輔助張緊構件構成,其主要作用是在移栽過程中對樹苗進行夾持及通過齒輪和鏈條傳動機構與移栽機地輪的同步,保持樹苗與地面的同步,為后續的栽植、覆土和壓實做準備。其工作的示意圖如圖1所示。
      圖1中,兩對傳動滾筒按照滾軸與豎直面平行的方向放置,兩皮帶之間的間隙可通過果樹苗。工作時,兩個皮帶按照圖示方向與移栽機地輪等線速度運動,此時皮帶依靠摩擦力帶動樹苗朝著與移栽機相反向運動,即樹苗此時與地面保持相對靜止,完成種植、覆土和壓實工作。
      本文采用的是外驅動的光面滾筒、輻板和軸焊接結構,結構示意圖如圖2所示。傳動滾筒的基本參數為:滾筒直徑D=240mm,筒皮厚度t=5mm,滾筒寬度L=320mm,皮帶寬度B=300mm,帶速v=1.1m/s,包角α=180°,摩擦因數μ=0.3。
      Pro/E三維軟件建立實體模型,建模過程中,將通過焊縫連結起來的零件視為連續的整體,同時省略軸承模型以減少計算時間,將其對滾筒軸的約束施加在有限元模型中。三維模型在建立過程中進行了以下簡化:1)將包膠和筒體視為整體,將其質量加在滾筒質量中;2)將焊接的2個零件視為1個;3)忽略次要構件,如軸承座、預緊螺栓、螺釘及鍵槽等;4)忽略部分軸肩,將其視為等直徑軸;5)忽略倒角、圓角螺孔的影響,將其等效到實體中去。根據以上簡化之后,建立的三維實體模型如圖3所示。
      有限元模型的建立主要是定義材料的屬性,施加載荷和約束,規定各零部件之間的關系以及有限元網格的劃分。
      有限元模型建立過程中進行了以下簡化:1)將焊縫連結的零部件視為一個連續整體;2)將各零部件視為剛性聯結各零部件材料屬性和力學性能如表1所示。表中,滾軸的45鋼經調質處理。


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