基于SolidWorks的甘蔗叶粉碎机刀片分析

0 引言

    利用甘蔗叶碎解机对甘蔗叶进行发酵前的预处理粉碎，可满足甘蔗叶干法厌氧发酵高效转化的需要。目前，物料粉碎机的种类很多，用途也各不相同，而不同的粉碎处理结果对甘蔗叶干法厌氧发酵的产气速度、产气量和经济效益都有不同的影响。动刀片是甘蔗叶碎解机械的重要工作部件，在工作过程中受到不断循环的切割、打击、碰撞等交变载荷的作用，容易产生疲劳破坏。

    Simulation作为嵌入式分析软件与无缝集成。主要能进行如下分析：零件和装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试优化、疲劳和优化分析。本研究基于 Simulation软件对甘蔗叶粉碎机的动刀片进行优化设计后，进行了疲劳分析，预测了动刀的寿命，给后续的改进提供了理论依据。

1 静态分析

    应用 Simulation分析问题时，有以下3个基本步骤：①预处理：定义分析类型（静态频率、疲劳等），添加材料属性，施加载荷和约束，网格划分；②求解：计算所需结果；③后处理：结果分析。

    1.1 建立三维模型，设置材料参数

    通过中的草绘、拉伸、切除、倒角等命令，对本研究动刀建立三维模型（模型参见图2）。选择材料为普通碳钢，其材料主要参数如下：弹性模量2.10×10¹¹N/m²，泊松比0.28，抗剪模量7.09×10¹⁰N/m²，密度7800kg/m³，屈服强度约为220MPa，张力强度399.3MPa。

    1.2 设置边界条件

    在工作过程中，该刀片下端用螺栓固定在刀座上，因此在螺栓孔处加上固定端约束。刀片切割甘蔗叶时，其受力如图1所示。受力分析如下：设刃口上任意一点C所受的力为F，它可以分解为垂直于刃口的N力和沿着刃口方向的T力。

图1 刀片受力示意图

    式中f＇—切割的滑动摩擦系数，取f＇=0.21；

    q—比压（即单位刃口长的切割阻力），参考玉米秸秆的比压值，取q=12.7N/cm；

    △s—参加切割的刃口长度，取△s=8cm。

    带入数据求得：T=101.6N，N=21.336N。在刃口施加这两个作用力，如图1所示。

    对动刀应用实体网格类型及高品质标准网格器进行网格划分如图2所示。划分后网格的详细信息如下：单元总数32641，节点数52217，单元大小2.12mm，公差0.106mm，带高宽比例的单元百分比<3的比例为99.4%，带高宽比例的单元百分比>10的比例为0。