【摘 要】
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圆锯片是灌木平茬机的关键部件之一,锯片的耐磨性直接影响着锯片的使用寿命,关系着机器的平茬效率。锯片的磨损关系着锯齿的锋利程度和茬口质量的好坏,是影响茬口翌年蘖萌率的重要因素,所以提升锯片的耐磨性能,减少锯片在平茬过程中的磨损消耗是提高机器平茬效率和平茬效果的关键。针对沙柳平茬过程中遇到的锯片易磨损,工作寿命短的问题,本文以现有灌木平茬机切割器为基础,以65Mn整体式圆锯片为研究对象,运用试验和数值
【基金项目】
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国家自然科学基金“典型沙生灌木沙柳切割机理仿真研究”（项目编号5166505）；
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圆锯片是灌木平茬机的关键部件之一,锯片的耐磨性直接影响着锯片的使用寿命,关系着机器的平茬效率。锯片的磨损关系着锯齿的锋利程度和茬口质量的好坏,是影响茬口翌年蘖萌率的重要因素,所以提升锯片的耐磨性能,减少锯片在平茬过程中的磨损消耗是提高机器平茬效率和平茬效果的关键。针对沙柳平茬过程中遇到的锯片易磨损,工作寿命短的问题,本文以现有灌木平茬机切割器为基础,以65Mn整体式圆锯片为研究对象,运用试验和数值模拟技术相结合的方法,对沙柳平茬工作中65Mn整体式圆锯片的磨损机理、磨损理论计算模型、磨损仿真模型和锯片结构参数优化等方面进行了以下研究:通过了解锯片工作原理,分析了锯片在平茬过程中可能产生的磨损机理。对锯齿磨损区域进行了显微观测试验,明确了锯片主要磨损机理为磨粒磨损,确定了Archard磨粒磨损模型为锯片磨损理论模型。进行了磨损系数测定试验,测得锯片磨损理论模型中磨损系数K为1.4×10-6,建立了沙柳平茬圆锯片的磨损理论计算模型。为获取65Mn锯片与沙柳之间静态和动态摩擦系数,进行了试环-试块滑动摩擦试验,得到了载荷不变时,其动态摩擦系数会随着相对滑动速度的增大而增大的变化规律;在相对滑动速度不变时,其动态摩擦系数会随着载荷的增大而增大的变化规律。获取了平茬工作条件下,锯片与沙柳间的静态摩擦系数μS为0.6,动态摩擦系数μD为0.5。使用LS-Pre Post软件建立了直背齿锯片平茬过程的显示动力学仿真模型,并在此基础上建立了该锯片的磨损仿真模型,利用该模型分析了直背齿锯片在平茬过程中的锯切力、应力和磨损量等因素的变化过程,揭示了锯片的磨损规律。对该模型进行了锯切力、锯切效果和最大磨损量的验证试验,证明了仿真模型的有效性。本文对折背齿锯片进行了磨损仿真分析,发现折背齿形相较于直背齿形具有更好的耐磨性能和结构优势,更适宜作为沙柳平茬锯片。通过对折背齿锯片的齿数、齿厚、前角和楔角进行单因素仿真试验,分析了各因素对锯片磨损量的影响规律,获得了使锯片产生较小磨损量的结构参数优选范围。通过对折背齿锯片齿数、齿厚、前角和楔角进行正交仿真试验,得到了各试验因素在优选范围内对锯片最大磨损量造成影响的主次顺序为齿数>齿厚>前角>楔角。得到了使折背齿锯片在锯切过程中具有更好耐磨性能的锯片结构参数方案,即锯片齿数为100齿,锯片厚度2 mm,锯片前角22.5°,锯片楔角45°的参数组合,对该方案进行了仿真试验验证,证明了该方案的有效性。本文对锯片磨损行为的研究方法和对锯片结构参数进行优化的研究过程对沙生灌木平茬刀具的研制和改进提供了理论基础。
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