基于沖蝕磨損模型的水稻脫粒裝置優(yōu)化

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1、2015年7月農(nóng)機(jī)化研究第7期基于沖蝕磨損模型的水稻脫粒裝置優(yōu)化周光永(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院/南方稻田作物多熟制現(xiàn)代化生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128)摘要:沖蝕磨損是脫粒裝置失效與破壞的重要原因之一。為此，利用幾種主要的沖蝕磨損模型，結(jié)合Hertz接觸應(yīng)力條件下水稻脫粒的力學(xué)模型，建立了水稻脫粒裝置的沖蝕磨損模型。以此為基礎(chǔ)，研究了沖擊角、沖擊速度、硬度、強(qiáng)度、組織，對(duì)水稻脫粒元件沖蝕磨損的影響。同時(shí)，對(duì)脫粒裝置的結(jié)構(gòu)、形狀、速度、材料硬度、熱處理方式進(jìn)行了優(yōu)化。關(guān)鍵詞:沖蝕磨損;脫粒裝置;優(yōu)化中圖分類號(hào):S226．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編

2、號(hào):1003－188X(2015)07－0027－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.07.006現(xiàn)象或過程。國內(nèi)也有學(xué)者稱其為沖擊磨損。沖蝕0引言磨損模型是影響沖蝕磨損的變量及其相互關(guān)系的數(shù)脫粒裝置是聯(lián)合收割機(jī)的核心部件之一，磨損是學(xué)描述。自1958年第一個(gè)沖蝕理論問世以來，研究脫粒裝置失效與破壞的重要原因，直接影響到脫粒質(zhì)者從不同的角度出發(fā)，建立了許多關(guān)于沖蝕的模型。量和使用效率。國內(nèi)學(xué)者對(duì)農(nóng)機(jī)部件進(jìn)行了大量研較有代表性的有3種。［1］究。黃建洪等對(duì)農(nóng)機(jī)刀片的磨損機(jī)理進(jìn)行了長期1．1微切削沖蝕磨損模型［2］大

3、量的實(shí)驗(yàn)研究;汪時(shí)機(jī)等建立了微型農(nóng)機(jī)元件磨［3］損的接觸力學(xué)模型;徐立章等研究了水稻谷粒與脫1958年，I·Finne首先提出塑性材料的微切削理［11］粒裝置碰撞過程中的接觸力學(xué)形態(tài)其出發(fā)點(diǎn)是尋找論，認(rèn)為剛性粒子對(duì)塑性材料的沖蝕有如微型刀具［4］稻谷脫粒損傷機(jī)理;王顯仁等用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算對(duì)材料的切除。這是第1個(gè)定量描述的完整理論，其法對(duì)脫粒裝置的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，其目標(biāo)函數(shù)是谷物沖蝕率V(體積)表達(dá)式為2的破碎率與脫凈率;謝方平等人對(duì)柔性滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)mvV=kf(α)(1)［5］p對(duì)水稻脫粒效果的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;上述文獻(xiàn)22f(α)=s

4、inα－3sinα，α≤18．5°都未對(duì)脫粒裝置特別是水稻脫粒裝置的磨損機(jī)理進(jìn)2f(α)=cosα/3，α＞18．5°行理論或?qū)嶒?yàn)性的研究;而沖蝕磨損是脫粒裝置磨損［6］其中，m為粒子質(zhì)量;v為粒子速度;p為粒子與材的主要形式之一，國內(nèi)學(xué)者對(duì)沖蝕磨損的研究主要［7－10］料間的彈性流動(dòng)壓力;k為常數(shù);α為沖擊角，指靶材集中在水力、機(jī)械、工程機(jī)械、礦山機(jī)械等領(lǐng)域。表面與入射粒子軌跡之間的夾角。為此，以國內(nèi)外較為成熟的沖蝕磨損模型為基實(shí)驗(yàn)表明:該模型真實(shí)地反映了低沖擊角下多角礎(chǔ)，結(jié)合Hertz接觸應(yīng)力條件下水稻脫粒的力學(xué)模型，型剛性粒子對(duì)塑性材

5、料沖蝕磨損規(guī)律。建立了水稻脫粒裝置的沖蝕磨損模型。同時(shí)，以此為1．2變形磨損模型基礎(chǔ)，研究脫粒裝置的沖蝕磨損規(guī)律，對(duì)其主要技術(shù)1963年，Bitter提出沖蝕磨損由變形磨損和切削參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。［12］磨損構(gòu)成，90°沖擊角下的沖蝕磨損與靶材的變形1沖蝕磨損模型有關(guān)，沖蝕磨損是彈性變形和塑性變形進(jìn)而形成裂紋直至裂紋擴(kuò)散屑片斷裂的過程?；谀芰科胶庠?，沖蝕磨損是指液體或固體以松散的小顆粒按一定的角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的一種材料損耗Bitter推導(dǎo)出變形磨損量WD和切削磨損量WC，總沖蝕磨損量為兩者之和，有2收稿日期:201－07－24

6、WD=M(vsinα－k)/2ε(2)基金項(xiàng)目:湖南省省長基金項(xiàng)目(62021613029)222MC(Vsinα－k)c(vsinα－k)作者簡介:周光永(1963－)，男，湖北鄂州人，副教授，(E－mail)W=vsinα－QC[]1285287598@qq．com。槡vsinα槡vsinα·27·2015年7月農(nóng)機(jī)化研究第7期α＜α0或含水率有關(guān)。稻谷的力學(xué)性能試驗(yàn)表明:含水率在223/2WC=M［Vcosα－K(Vsinα－k)］/2Q25%以上時(shí)，可近似看作塑性材料;含水率在16%以α≥α0下時(shí)，可近似看作脆性材料。其中，C、k、

7、Q均為常數(shù);ε為磨損系數(shù)。從目前已知的磨損機(jī)理看，磨料磨損的磨損規(guī)律［6］該模型經(jīng)過單顆粒沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)，可較好地解釋與包括脫粒元件的農(nóng)機(jī)磨損規(guī)律相距甚遠(yuǎn)。由于塑性材料的沖蝕現(xiàn)象。脫粒過程中的溫度較低，不可能熔化脫粒元件，擴(kuò)散1．3彈塑性壓痕破裂模型磨損，粘著磨損可以排除在脫粒元件的磨損方式外。［13］摩擦學(xué)理論認(rèn)為，脆性材料在粒子沖擊作用因此，脫粒元件的機(jī)械磨損主要是沖蝕磨損。直觀地下，幾乎不發(fā)生塑性變形;其沖蝕磨損是首先在材料說，就是谷粒及其秸稈、附在谷粒及秸桿上的砂粒對(duì)表面有缺陷的地方產(chǎn)生裂紋，裂紋不斷擴(kuò)散而形成碎脫粒元件的沖擊磨損。片

8、剝落。當(dāng)沖擊角為90°時(shí)，磨損量最大。單位質(zhì)量根據(jù)上述沖蝕模型，將水稻脫粒裝置分為柔性脫粒子對(duì)脆性材料沖蝕磨損量V為粒和剛性脫粒兩類。柔性脫粒裝置用柔性齒桿作為0．8a2E脫粒元