【摘要】：甘蔗收獲機(jī)械化能顯著降低收獲成本,提高收獲效率,是我國甘蔗生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢。切段裝置是切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)中重要工作部件,也是耗能較大的部件,切段性能直接決定了切段長度和蔗段合格率等重要收獲指標(biāo)。目前,我國甘蔗機(jī)械化收獲水平低下,對切段裝置的相關(guān)研究尚為空白,現(xiàn)有收獲機(jī)皆為切段裝置后置式,在收獲嚴(yán)重倒伏彎曲甘蔗時(shí)存在收獲流程堵塞問題。本文通過理論分析、仿真模擬和試驗(yàn)研究,初步闡明了滾切式切段機(jī)理,研究了切段裝置結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)對切段質(zhì)量的影響規(guī)律,基于研究提出“壓倒-根切-切段-輸送”收獲流程并設(shè)計(jì)前置切段式割臺,提高了切段式收獲機(jī)對我國彎曲倒伏甘蔗的適應(yīng)性,保證整機(jī)作業(yè)效率。主要得到如下結(jié)論:1.通過理論分析,給出了無夾持切段長度經(jīng)驗(yàn)公式及滾切裝置裝刀準(zhǔn)則公式;提出了蔗莖發(fā)生實(shí)質(zhì)分離的時(shí)刻,并以之為界將切段過程分為滾切階段和拋送階段;分析了滾切過程刀片及蔗莖的運(yùn)動與受力,指出上、下刀片受力不等的特性;得出輥筒結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響切段質(zhì)量的決定性因素,滾切運(yùn)動除了產(chǎn)生直接切割損失外,還會對斷口端面產(chǎn)生擠壓造成間接損失;將有夾持切段功耗分解為滾切過程、拋擲過程、抵消輥筒阻滯過程,無夾持切段功耗分解為喂入姿態(tài)調(diào)整過程、滾切過程、自喂入過程、蔗段拋送過程。2.建立了“切段裝置-甘蔗”的三維動態(tài)仿真模型,基于ANSYS/LS-DYNA軟件,對切段過程進(jìn)行了仿真模擬,得出切段過程與理論分析相吻合,并通過多參數(shù)模型仿真得知當(dāng)輥筒半徑為160 m,交錯(cuò)深度為6 mm,輥筒轉(zhuǎn)速為300 r/min時(shí),蔗段斷口獲得最小軸向應(yīng)力峰值為1.39×107Pa,有利于提高斷口質(zhì)量,且三個(gè)因素對該應(yīng)力峰值均影響顯著。3.設(shè)計(jì)了切段裝置試驗(yàn)臺,通過高速攝像記錄了不同工況、不同條件下蔗莖的切段過程,獲知了平齊、臺階狀、破邊、擠壓和劈裂幾種斷口形成過程及碎屑、碎塊、擠壓、破邊等切段損失形式;總結(jié)出蔗莖在切段過程中的運(yùn)動包括翹起、跳動、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)等多種形式;依附于蔗莖的蔗葉切斷形式為有支撐切斷,游離于蔗莖的蔗葉切斷形式為無支撐撕裂,前者切斷效果要優(yōu)于后者,蔗葉尾部切斷效果最差,附莖蔗葉不可去除,構(gòu)成了含雜率的固有組成部分。4.針對無夾持切段的切段質(zhì)量與切段功耗試驗(yàn)表明:蔗段長度系數(shù)λ取值范圍為0.72～0.73;蔗段合格率隨輥筒轉(zhuǎn)速升高呈上升趨勢,隨交錯(cuò)深度增加出現(xiàn)先增大后減小趨勢,破邊和擠壓構(gòu)成斷口破壞的主要形式,破邊隨轉(zhuǎn)速提高出現(xiàn)弱小增長趨勢,擠壓則隨轉(zhuǎn)速升高有較大下降幅度,二者隨交錯(cuò)深度增大都呈現(xiàn)先減少后增多的趨勢,劈裂總數(shù)占比較小。當(dāng)輥筒轉(zhuǎn)速為290 r/min,交錯(cuò)深度小于6.3 mm時(shí),蔗段合格率最優(yōu)為89.6%。切段功耗有隨喂入量升高而增大的趨勢,不同喂入工況下,刀片正置式結(jié)構(gòu)平均功耗優(yōu)于反置式結(jié)構(gòu)。5.針對彎曲甘蔗在后置切段易堵塞的問題,提出了“壓倒-根切-切段-輸送”收獲流程,設(shè)計(jì)了切段裝置前置式割臺,并與整機(jī)融合,通過田間試驗(yàn)驗(yàn)證了該收獲模式對我國彎曲甘蔗有較好的適應(yīng)性,田間作業(yè)切段長度系數(shù)λ=0.7,變異系數(shù)為0.19,在作業(yè)效率2 km/h時(shí),蔗段合格率為89.2%,在最大作業(yè)效率4 km/h時(shí),蔗段合格率為88.8%。
【圖文】：

中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研宄院博士學(xué)位論文邐第一章緒論逡逑刀片滾切并被拋出，上、下輥筒刀片靠傳動系統(tǒng)保持嚴(yán)格的配合關(guān)系，以保證切段質(zhì)量，圖１－２逡逑為滾切式切段裝置示意圖。逡逑爹逡逑甘蔗流向邐ｖ＾／逡逑圖１－邋２滾切式切段裝置示意圖逡逑１．上切段輥２．刀片３．下切段輥逡逑由于蔗莖切段能耗較大，加上甘蔗高桿密植的特點(diǎn)，，切段輥筒一般單獨(dú)由液壓馬達(dá)提供動力。逡逑負(fù)載具有循環(huán)式脈沖的特點(diǎn)，為了維持裝置系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，往往在高速軸上設(shè)有慣性輪。輥逡逑筒圓周方向一般布置２－４排切段刀片，每排數(shù)量４－６個(gè)，刀片的工作要求是既要鋒利耐磨，又要有逡逑足夠的剛度和強(qiáng)度，因此刀片刃角不能過小。刀片一般通過高強(qiáng)度螺栓固定于刀片安裝座上，保逡逑證方便維修更換。為了保證上、下刀片的配合質(zhì)量，方便刀片磨損后的調(diào)整，裝置普遍設(shè)有調(diào)刀逡逑機(jī)構(gòu)。圖１－３為切段刀片的示意圖。逡逑ＩＺＺＺＩＺＺＩＺＺＺ＾＾邋Ｋ逡逑ｎ邐ｎ＾邐ｔ逡逑圖１－邋３切段刀片主視圖與側(cè)視圖逡逑１．２．２切段裝置工作特點(diǎn)逡逑切段過程是將甘蔗莖桿切成２５－４０邋ｃｍ不等的蔗段，這使得蔗莖斷口數(shù)量大大上升，蔗莖內(nèi)部逡逑組織與空氣接觸面積劇X�，諐埾的X聳溆氪⒋婊方詼冀齟筇欠值淖庖蟛捎們卸問絞棧皴義系惱崍顯冢保緞∈蹦諶胝ィ郟擔(dān)ǎ

本文編號：2689150