2015年1月农机化研究第1期

香蕉茎秆纤维提取机刀片的分析和优化设计

—基于SolidWorks

李成斌，梁

栋，张喜瑞，郑

侃，陈

570228）

实

（海南大学机电工程学院，海口

摘

要：为减小香蕉茎秆纤维提取机刀片工作时的最大应力，增大其安全系数，利用SolidWorks软件对刀片进行

三维建模，运用软件的Simulation插件分析刀片的应力、应变云图，并对刀片相关尺寸进行优化设计。优化结果显刀片的最大应力由68．58MPa下降到49．33MPa，下降约28%；刀片的最小安全系数由3．21上升到4．47，增示，

加了约1．4倍；刀片的质量由0．702kg下降到0．698kg，达到了优化的目标。关键词：刀片；

应力；

安全系数；

香蕉；茎秆纤维文献标识码：A

文章编号：1003－188X（2015）01－0068－03

+

中图分类号：S226．79

DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.01.016

0引言

长期以来，香蕉秸秆由于分布散、体积大、收集运

基于有限元技术的设计分析软件，已广泛应用于机械的设计分析

［12－15］

。本文运用SolidWorks软件及其

Simulation插件针对香蕉茎秆刮麻机的主要工作部件旋转刀片进行三维建模、有限元分析和优化设计，为机器的后续设计改进提供理论依据。

输成本高和缺乏适宜的机械化处理技术等原因，处理起来较为困难

［1］

。因此，蕉农多采用田间堆弃、焚烧

等方式去处理香蕉秸秆，不仅造成了资源的浪费，而且容易引起大气污染、土壤矿化，甚至火灾和交通事故等问题

［2－3］

1

1．1

静态分析

建立三维模型，设置材料参数

依次利用SolidWorks中的草绘、拉伸、切除命令建

。在与棉纤和化纤的对比中，研究人员

发现香蕉秸秆纤维不仅光泽度更好，而且具有更高的香蕉茎秆纤维是一种植物生态纤维，吸水性。此外，

对人体的刺激小，即便是在成为垃圾时也不会对环境造成负面影响，因此越来越多的人开始将其应用于纺织、服装领域的研究

［4－8］

刀片的尺寸及三维模型如图1立动刀片的三维模型，所示

。

。香蕉茎秆的机械化提取方

［9－10］

法研究中：欧忠庆等人研发了一种香蕉茎秆破片机和一种香蕉茎秆刮麻机并对其进行了改进蕉茎秆纤维提取机

［11］

；张喜瑞

等人研发了能一次喂入即完成纤维提取的组合式香

。然而，在类似的机器设计中，

关于刮制纤维的刀片的应力分析及优化设计较少。

由于刀片工作时高速旋转，已有的计算和检测方法难以获得其应力状态，而有限元分析采用数值分析手段，可以有效模拟真实物理条件下的部件应力状态，且能对部件尺寸进行优化设计以降低部件的最大应力，提高其安全系数。SolidWorksSimulation是一种

图1

收稿日期：2014－01－14

基金项目：公益性行业（农业）科研专项（201203072－01）；国家自然

科学基金项目（51105123）

（E－mail）作者简介：李成斌（1990－），男，河南信阳人，硕士研究生，

1287162725@qq．com。

（E－mail）xjn04@通讯作者：梁栋（1971－），男，广西灵山人，教授，

163．com。

Fig．1

刀片的尺寸及其三维模型

Thesizeofthebladeanditsthree－dimensionalmodels

动刀片的材料为碳素结构钢，在Solidworks材料库中进行选择，其材料参数如下：

泊松比：0．28弹性模量/N·m

－2

：2．10×1011