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隨著南疆地區(qū)林果業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，增加林果樹(shù)種植面積成為亟待解決的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的林果樹(shù)種植模式基本上是密植、選苗、移栽、嫁接等，種植周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗費(fèi)人力多，很難適應(yīng)規(guī)模化的林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展。以南疆代表作物紅棗的種植為例，傳統(tǒng)的種植模式為1年播種、2年嫁接、3年成園。其中，僅播種環(huán)節(jié)采用機(jī)械化直播，但發(fā)芽率僅有80%，后期的嫁接和選苗過(guò)程需要大量人力和周期。因此，將先進(jìn)移栽裝備與林果樹(shù)的種植農(nóng)藝結(jié)合從而研制出果樹(shù)類移栽機(jī)成為解決此問(wèn)題的一個(gè)很好的方法。
本文涉及的傳動(dòng)滾筒是果樹(shù)類移栽機(jī)中帶式同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部件之一。目前，國(guó)內(nèi)傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)方法主要是利用經(jīng)驗(yàn)公式法、類比法和許用應(yīng)力法。這些方法往往是按照經(jīng)驗(yàn)公式，并采用較大的安全系數(shù)來(lái)保證滾筒的安全性，設(shè)計(jì)出來(lái)的滾筒尺寸較大，質(zhì)量較重，并未對(duì)容易發(fā)生缺陷的部位采取有效的預(yù)防措施，盲目性較大，缺乏科學(xué)的分析。為此，將有限元分析和三維模型的建立結(jié)合起來(lái)，對(duì)帶式同步機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)滾筒進(jìn)行有限元分析，能夠設(shè)計(jì)出尺寸較小、質(zhì)量較輕、安全性很好的滾筒，旨在對(duì)滾筒的改進(jìn)和優(yōu)化提供科學(xué)的理論依據(jù)，對(duì)滾筒以及移栽機(jī)械的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要意義。
帶式同步機(jī)構(gòu)由兩對(duì)繞有皮帶且豎直放置的傳動(dòng)滾筒和輔助張緊構(gòu)件構(gòu)成，其主要作用是在移栽過(guò)程中對(duì)樹(shù)苗進(jìn)行夾持及通過(guò)齒輪和鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與移栽機(jī)地輪的同步，保持樹(shù)苗與地面的同步，為后續(xù)的栽植、覆土和壓實(shí)做準(zhǔn)備。其工作的示意圖如圖1所示。
圖1中，兩對(duì)傳動(dòng)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(guò)果樹(shù)苗。工作時(shí)，兩個(gè)皮帶按照?qǐng)D示方向與移栽機(jī)地輪等線速度運(yùn)動(dòng)，此時(shí)皮帶依靠摩擦力帶動(dòng)樹(shù)苗朝著與移栽機(jī)相反向運(yùn)動(dòng)，即樹(shù)苗此時(shí)與地面保持相對(duì)靜止，完成種植、覆土和壓實(shí)工作。
本文采用的是外驅(qū)動(dòng)的光面滾筒、輻板和軸焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。傳動(dòng)滾筒的基本參數(shù)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(shù)μ=0.3。
Pro/E三維軟件建立實(shí)體模型，建模過(guò)程中，將通過(guò)焊縫連結(jié)起來(lái)的零件視為連續(xù)的整體，同時(shí)省略軸承模型以減少計(jì)算時(shí)間，將其對(duì)滾筒軸的約束施加在有限元模型中。三維模型在建立過(guò)程中進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化：1)將包膠和筒體視為整體，將其質(zhì)量加在滾筒質(zhì)量中；2)將焊接的2個(gè)零件視為1個(gè)；3)忽略次要構(gòu)件，如軸承座、預(yù)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(shí)體中去。根據(jù)以上簡(jiǎn)化之后，建立的三維實(shí)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(guī)定各零部件之間的關(guān)系以及有限元網(wǎng)格的劃分。
有限元模型建立過(guò)程中進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化：1)將焊縫連結(jié)的零部件視為一個(gè)連續(xù)整體；2)將各零部件視為剛性聯(lián)結(jié)各零部件材料屬性和力學(xué)性能如表1所示。表中，滾軸的45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。
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