残膜清理辊筒凸轮轴静、动态应变测试研究

某科学院研制了残膜回收作业机具，用于回收农田残膜，该机具捡拾效果较好，基本可以满足不同种植模式要求。为残膜清理滚筒的结构工艺及参数设计提供技术依据，现要对凸轮轴、挑膜齿进行应变测试，分析其在正常工作时的受力情况，为此对残膜清理滚筒凸轮轴的应力进行了实地测试和分析。

凸轮轴静、动态应变测试

测试内容

测试弧形挑膜齿残膜机清理凸轮轴在正常工作（实地）、静止状态下的静、动态应变状况，以及工作时滚筒的转速，为清膜滚筒的强度分析和改进设计提供必要的依据。

试验方案设计

由于危险截面在凸轮安装处，在该处左右两侧选取两个截面作为实测截面来进行静动态应变测试。轴的上表面和侧表面的两个应变片分别用于测量轴的纵向应力和水平方向应力。

实验仪器及设备

采用聚航科技生产的JHYC静态应变仪和JHDY动态应变仪，弧形挑膜齿残膜机一台。

静态应变测试

静态分两次对四个点进行测试，采用半桥接法，由JHYC静态应变仪直接读出应变值，再用材料力学公式计算应力。

从各截面应变值可看出应变片都有应变值，测量的应变值纵向较水平方向大得多，最大正应力为3号应变片，σ_max=56MPa。从理论上说这基本符合实际情况，表明我们先前所准备工组符合要求，为后面的动态应变测试奠定了很好的基础。

动态应变测试

动态测试分四种工况即在机器工作的两种速度和两种耕深下进行测试，由于测试是在离驻地很远的田地进行，因此需自备发电机和稳压电源。应变曲线由电脑记录，发电机固定在残膜回收机机架上并与稳压电源相连，向JHDY动态应变仪和笔记本电脑提供持续稳定的电源。

动态测试分别在正常工作速度的快一和快二档两种速度及耕深分别为Y₁-Y₂cm、Y₁₂-Y₃cm四种情况下进行，同时也测量滚筒的转速以及残膜回收率。

试验数据处理

根据现场测试，当挑膜齿入土深度较浅（Y₁-Y₂cm）时，两种不同速度工况下的拾膜能力均不理想，故只对入土深度Y₁₂-Y₃cm工况下、两种不同速度的数据进行处理。由于每种工况下动态应变仪虽然采集时间不是很长，但数据量已是非常庞大。所以我们将不同工况下的测试曲线选出三组，每组取11-13个波峰和波谷，每个通道大约有400-500个数据，测量结果可由电脑记录的曲线直接读出，然后进行统计计算。

结论

当动态即机组工作情况下，从上述数据处理及统计结果看，轴纵向（铅垂）应力大于水平方向的应力，纵向应力的变化幅度远大于水平方向。

1. 当机组前进速度为快一档时，铅锤方向最大动应力为313MPa，最小应力值为36MPa，应力变化幅度为277MPa；当机组前进速度为快二档时，铅垂方向最大动应力为284MPa，最小应力值为41MPa，应力幅度为243MPa。

综上两种情况可得出以下结论：捡膜滚筒的纵向应力随着挑膜齿入土和出土作周期性的变化，幅值较大，当机组前进速度作为快二档时，铅垂方向的最大应力幅度都比快一档低。

2. 当机组前进速度为快一档时，水平方向最大动应力为173MPa，最小应力值为122MPa，应力变化幅度为51MPa；当机组前进速度为快二档时，水平方向最大动应力为185MPa，最小应力值为128MPa，应力幅度为57MPa；水平应力随着挑膜齿入土和出土做周期性的变化，幅度变化较小，说明水平方向的土壤阻力比较均匀即挑膜齿之间的重叠较合理并且挑膜齿拣膜的连续性比较良好。

3. 挑膜齿的入土深度对拾膜能力有很大的影响，当入土小于Y₂时，其拾膜能力明显降低。