草地切根机切刀的疲劳寿命分析.pdf

２０１２年５月 第３３卷　第３期 Ｍａｙ２０１２ Ｖｏｌ．３３　Ｎｏ．３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７７７５．２０１２．０３．００８ 草地切根机切刀的疲劳寿命分析 高东明，王德成，王光辉，马晓刚，袁洪方 （中国农业大学 工学院，北京 １０００８３） 摘要：切刀是草地切根机的关键作业部件，其使用寿命直接决定整机的无故障工作时间．首先依据 有限元理论，利用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对切刀进行了应力分析和模态分析，确定了切刀薄弱截面的 位置；然后，对切刀在不同工况下的载荷时间历程进行了试验，研究了其薄弱环节的应力函数；进而 依据上述结论，结合切刀所用材料的Ｓ－Ｎ曲线以及损伤理论，对切刀进行了疲劳性能分析，得出 切刀疲劳寿命的分布情况和薄弱截面的寿命值．通过对比土槽试验的失效情况与分析计算结果，验 证了方法的有效性． 关键词：切根机；切刀；疲劳寿命；有限元法；载荷 中图分类号：Ｓ８１７８；Ｏ３４６２　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１６７１－７７７５（２０１２）０３－０２８３－０５ Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｏｏｔｃｕｔｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｂｌａｄｅ ＧａｏＤｏｎｇｍｉｎｇ，ＷａｎｇＤｅｃｈｅｎｇ，ＷａｎｇＧｕａｎｇｈｕｉ，ＭａＸｉａｏｇａｎｇ，ＹｕａｎＨｏｎｇｆａｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｋｅｙｐａｒｔｏｆｒｏｏｔｃｕｔｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｂｌａｄｅｄｉｒｅｃｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｖｅｒａｌｌｍａｃｈｉｎｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｓｐａｔｉａｌｍｏｄｅｌｏｆａｒｏｔａｒｙｔｉｌｌｅｒｂｌａｄｅ ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｍｏｄａｌａｎｄｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｂｙＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｂｌａｄｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｂｙｔｈｅｒａｉｎｆｌｏｗ ｃｙｃｌｅｃｏｕｎｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｌｏａｄｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｅｄｓｔｒｅｓｓｃｙｃｌｅｎｕｍｂｅｒｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｃ ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｌｉｎｅａｒｄａｍａｇｅｔｈｅｏｒｙ，ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈｔｏｇｉｖｅｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｌａｄｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎｄｄａｎｇｅｒｏｕｓｓｅｃｔｉｏｎｌｉｆｅ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｏｔｃｕｔｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｂｌａｄｅ；ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｌｏａｄ 　　草地切根机是一种竖向切断退化板结草场上牧 要表现：一是机具在土槽试验的条件下，难以长时间 草须根的草地改良机械，其主要工作过程是旋转的切 作业；二是试验周期长，这样长的试验周期对切刀快 刀在草地上切出一条较窄的缝隙．切刀作为机具的重 速改进非常不利；三是改进目标不明确，设计者往往 要作业部件，疲劳断裂是其主要的失效方式，其疲劳 无法通过对试验结果的直观分析得到降低某区域应 寿命直接决定了整机的工作效率、使用寿命和可靠 力的方法，改进的盲目性比较大．所