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便攜式振動(dòng)采種機(jī)是南京林業(yè)大學(xué)林機(jī)研究室研制成功的機(jī)械化采種機(jī)具。它具有生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕的特點(diǎn)。它避免了工人上樹采種，可滿足南方山區(qū)和種子園的采種工藝要求。在設(shè)計(jì)振動(dòng)采種機(jī)過程中，我們遇到了該機(jī)整機(jī)框架的強(qiáng)度分析問題。考慮到采用一般的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法很難得到框架應(yīng)力分布的解析解，故而采用可在裝有硬盤的IBM-PC/XT微機(jī)上運(yùn)行的計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)程序DDJ-W處理框架的強(qiáng)度問題，既方便又實(shí)用，所得計(jì)算結(jié)果為框架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供了重要的設(shè)計(jì)依據(jù)。
振動(dòng)采種機(jī)由CH25型鏈鋸發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶把動(dòng)力傳至振動(dòng)箱，振動(dòng)箱所產(chǎn)生的離心力經(jīng)整機(jī)框架傳遞到樹干使其振動(dòng)，振動(dòng)波在樹干和樹枝中傳波直至球果，成熟種子便振落。框架由底板、鎖緊絲杠、夾持架、連接柱等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖。使用前應(yīng)搖動(dòng)手柄使雙頭螺旋絲杠帶動(dòng)夾持架夾緊樹干進(jìn)行預(yù)緊，框架的實(shí)際寬度B與樹徑D有關(guān)(取B=1.154100要用DDJ-V程序進(jìn)行框架的強(qiáng)度分析，必須對(duì)原機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。
為便于簡(jiǎn)化，針對(duì)采種機(jī)框架的實(shí)際構(gòu)造，我們提出以下三點(diǎn)假設(shè)。1、底板與夾持架間是通過燕尾槽相連接的，兩者只有在Y方向相對(duì)移動(dòng)，而沒有r方向的移動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故這個(gè)連接局部可簡(jiǎn)化如圖中一、二、五、六、十這幾個(gè)結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的梁?jiǎn)卧佟ⅱ邸ⅱ帷ⅱ狻Ｆ渲孝佟ⅱ帷ⅱ馊齻�(gè)單元?jiǎng)偠群艽螅迌蓚�(gè)單元抗拉剛度很大，抗彎剛度取為零。2、螺旋絲杠帶動(dòng)夾持架預(yù)緊樹干，防止使用時(shí)整機(jī)的松動(dòng)，因此結(jié)構(gòu)分析時(shí)需計(jì)及預(yù)緊載荷，其數(shù)值計(jì)算可見式。式中，P手為搖手柄的作用力，1為手柄長(zhǎng)度，d：為絲杠中徑，分別為絲杠升角和摩擦角。框架的總內(nèi)力應(yīng)是預(yù)緊力和激振載荷共同作用時(shí)的內(nèi)力。因絲杠剛度遠(yuǎn)小于其余部分框架的剛度，故預(yù)緊力與裝配應(yīng)力所產(chǎn)生的拉力近似相等。這樣，各桿件總內(nèi)力應(yīng)是兩部分之和，一部分是把預(yù)緊力按相反作用方向加到絲杠螺母間的連接點(diǎn)后結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，此時(shí)有外載荷作用，這部分內(nèi)力可用微機(jī)程序DDJ-V來(lái)計(jì)算，另一部分是絲杠上受到的預(yù)緊力。
絲杠與螺母預(yù)緊以后，間隙消除，又因絲杠與螺母的旋合長(zhǎng)度大大超過直徑，故十二、十四兩結(jié)點(diǎn)可作為固支點(diǎn)來(lái)處理。3、邊界條件的處理。帶有橡膠皮的夾持架與樹干間的約束力是正反力與摩擦力的合成。可將兩個(gè)力合成一個(gè)方向的約束力，摩擦系數(shù)取f=0.577。另外，因摩擦力方向框架上外載荷方向的影響，激振力在AO線左、右兩側(cè)時(shí)，各自的摩擦力方向相反，故在建立結(jié)構(gòu)分析模型時(shí)應(yīng)把這兩種約束分開。圖都表示P力在AO線右側(cè)的情況，如P力在AO線左側(cè)時(shí)，十六、十九兩點(diǎn)為水平約束，十五、二十兩點(diǎn)與X軸成120°角。預(yù)緊時(shí)框架有四點(diǎn)與樹干接觸，樹干對(duì)框架的作用力只能指向框架。框架受旋轉(zhuǎn)激振力作用時(shí)，在某些方向角a可能會(huì)有某點(diǎn)會(huì)脫開。
有限元分析對(duì)這個(gè)問題的解決方法是：先按四點(diǎn)全部接觸計(jì)算，檢查反力計(jì)算結(jié)果，如發(fā)現(xiàn)某點(diǎn)反力符號(hào)與實(shí)際情況不符時(shí)，說(shuō)明樹干對(duì)框架沒有約束了，然后把某點(diǎn)約束撒除，重新計(jì)算。根據(jù)上述對(duì)框架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，我們對(duì)兩種結(jié)構(gòu)提出各自的結(jié)構(gòu)模型。
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