基于模糊可靠性的旋耕起垄机刀轴优化设计

王进分

摘 要：为了使旋耕起垄机刀轴的设计趋于合理，满足实际工作需要，充分考虑设计中的模糊因素，将机械可靠性与模糊优化设计方法相结合，以刀轴质量最轻和可靠度最高为目标函数，建立了刀轴的模糊可靠性优化设计模型，并对实际机型的刀轴参数进行优化。

关键词：旋耕起垄机；刀轴；模糊函数；可靠性设计

中图分类号 TH122 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）08-132-03

旋耕起垄机是在旋耕机的基础上增加了起垄刀片，能够同时完成旋耕和起垄功能的耕作机具，可广泛用于玉米、烟草和花生等作物种植地的作业。刀轴是旋耕起垄机核心工作部件，也是影响耕作与起垄质量重要部件，其设计是否合理对机具的性能及作业效果影响很大。笔者以玉米地旋耕起垄机为研究对象，采用可靠性与模糊优化设计相结合的方法，对刀轴进行模糊可靠性优化设计，得出优化结果，可为旋耕起垄机的进一步研究和开发提供参考。

1 刀轴的力学模型

旋耕起垄机的旋耕刀和起垄刀在刀轴上按一定规律相间且对称排列，刀轴旋转时，刀片相间入土。刀片入土瞬间，刀轴同时承受弯曲载荷和扭转载荷作用，根据受力分析，刀轴可以简化为一个受若干个集中载荷的简支梁，得刀轴的力学模型，如图1所示。集中载荷的位置由刀片的布置和安装角度有关。

图1 刀轴力学模型

刀轴上任一截面上的弯矩方程[1]为：

3 刀轴的模糊可靠性优化设计

模糊可靠性优化设计是在分一般优化设计基础上，考虑模糊可靠性要求，将模糊可靠度作为设计变量的约束条件的设计方法。以模糊可靠度为约束条件[5]。

3.1 设计变量 旋耕起垄机的刀轴一般为空心轴，由于作业幅宽有一定限制，刀轴的长度是一定的，因此刀轴的设计就是选择基横截断面尺寸。

5 结论

采用模糊可靠性优化设计方法，完成了旋耕机刀轴的优化设计，在保证强度前提下，使刀轴横截面积得到减小，提高了设计的合理性；此研究可为旋耕机的研究和开发提供理论参考。

参考文献

[1]葛宜元，王金武. 水稻整株秸秆还田机埋草刀轴的模糊可靠性优化设计[J]. 农业工程学报，2008（5）：123-126.

[2]董玉革. 机械模糊可靠性设计[M]. 北京：机械工业出版社，2000：151-165.

[3]孙志礼，陈良玉. 实用机械可靠性设计理论与方法[M]. 北京：科学出版社，2003：179-182.

[4]李明喜，陈功振. 旋耕机刀轴的模糊可靠性优化设计[J]. 农业机械学报，2002（5）：131-133.

[5]彭程，肖志信. 优化设计与可靠性设计的结合[J]. 武汉理工大学学报，2005（11）：82-84. （责编：张宏民）