刚柔混联振动剥离机的设计与研究

李玲玲 范纬世

摘 要：针对我国粗放式地表种植土剥离的现状，提出了自动化精确种植土剥离。本文提出了一种刚柔混联振动剥离机的方案，为以后物理样机的研制提供了依据。

关键词：振动减阻;二维切削;刚柔混联;建模仿真;结构优化

1.前言

随着我国农业的发展，在高标准农田建设示范工程中，种植土的移植与更换是农田新建、农田改造、设施农业的重要工序。种植土的自动化精确剥离可以提高农田建设提高效率及建设质量。研究表明，农业地、园林地、自然生态地表深度在 100 ～ 150mm 范围内种植土价值最高，因此采用自动化精确种植土剥离代替粗放式种植土剥离是亟待解决的问题。目前，市场没有专门用于种植土的剥离设备，为此，设计了刚柔混联振动剥离机，其能够减少土地破坏、获得较高质量的地表种植土，且功耗小、剥离精度高，在小面积农田建设及小面积土地开发整理中具有广阔的应用前景，对于发展经济、高效和环保的设施农业具有重要的现实意义。

2.设计原理

柴油发动机（1）一方面将动力输送给履带车（2）驱动履带车行驶;另一方面将动力经软轴（2）与转向器（8）输送给转轴（7）;转轴（7）通过偏心套带动刀架（10）运动，转轴与偏心套通过键连接;刀架下端与机架之间通过板簧（12）连接;转向器可以实现转轴的正反转，从而实现刀板（9）不同的振动方式;仿形轮（11）与地面接触，在整机行进过程中，仿形轮随着被剥离地面高地变化带动信号盘（6）发生相应转动，光电传感器检测到信号盘（6）的转角变化时通过液压回路控制升降液压缸（4）的升降，从而实时保证刀板随着地表的形状起伏而调整刀板相对地表位置的稳定性，达到精确控制剥离深度的目的。工作过程中刀板在履带车的牵引下水平切削土壤的同时，上下振动，实现振动型二维切削。

3.振动切削减阻原理

振动型二维切削即切削土壤的方向有两个刀具推进方向与垂直于刀具推进方向，而振动垂直于刀具推进方向。

土壤在振动时其强度发生变化，并具有与静态时不同的破坏机理。因此根据土壤成分，调节振动的频率与振幅，使土壤剥离的同时达到合适的松碎程度，从而得到最低的消耗功率，此可作为振动减功机理的研究方向。

4.剛柔混联机构

采用板簧作为柔性部件连接，刀板在和土壤硬物接触时会发生跳脱现象，提高了刀板在切削过程中的柔性，同时板簧依靠自身柔性能承受高频振动。

5.结构优化

优化方案：将板簧与刀架的固定副连接改为转动副连接如图3。

6.结  论

刚柔混联振动剥离机的方案充分利用了振动切削减阻理论，并采用刚柔混联机构，满足了自动化精确种植土剥离的要求，整体结构简单、紧凑，能承受高速旋转与高频振动;同时提出优化方案，为以后物理样机的研制提供了依据。

参考文献：

[1]徐嘉梁.土壤触应变与垂直振动切削土壤实验[J].农业机械学报，1992，23（4）：77-80.

[2]殷涌光，程悦荪，李俊明.振动式二维切削土壤减小阻力机理[J].农业机械学报，1992，23（2）：11-16.

[3]董向前，宋建农，王继承，等.草地振动松土机运动特性分析与振动频率优化[J].农业工程学报，2012，28（12）：44-49.

[4]武广伟，宋建农，李永磊，等.草地振动式间隔松土机设计与实验[J].农业机械学报，2010，41（2）：42-46.

[5]石珍强，徐培民.ADAMS刚柔耦合多体系统动力学建模[J].安徽工业大学学报，2007，24（1）：43-45.

作者简介：李玲玲（1983.03—），女，河北省保定市人，保定市莲池区河北科技学院 检测技术与自动化装置专业 研究生