小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验
甘蔗联合收割机技术难题分析与改进
甘蔗联合收割机技术难题分析与改进摘要：目前我国甘蔗生产机械化水平很低，主要是由于甘蔗联合收割机的研发技术水平较低，无法解决实际生产中遇到的技术难题，限制了甘蔗生产的发展，本文分析了现有甘蔗联合收割机存在的技术问题，提出了新的设计思路和技术措施。
关键词：甘蔗；联合收割机；技术；难题；改进引言由于生产条件恶劣，作业条件复杂，难以实现甘蔗生产的机械化和自动化，尤其是收割作业，目前还仅处于人工作业阶段，极大地限制了甘蔗生产效率的提高。
甘蔗收割技术已成为甘蔗生产机械化过程中最棘手的技术难题。
目前甘蔗的栽培和收获主要依靠人力，从播种到收获基本依靠人力。
它不紧，劳动强度高，生产效率低，也制约着整个经济产业链生产的发展。
由于我国甘蔗主产区在南方，地形以山地和狭窄为主，甘蔗长度不规则，弯直、大小高、高低不平，增加了机械收割的难度。
通过长期的调查研究，笔者认为甘蔗机械收获急需解决的6个技术问题。
1如何实现甘蔗破头率低的技术要求由于甘蔗是一次采收三年的作物，如果机械采收时甘蔗根部的扦插口不均匀，会损伤根部的甘蔗苗，影响第二年甘蔗的发芽率，降低采收率，一般要求将破头率控制在5%的范围内。
据调查，目前甘蔗收割机的收割和切割方式大多是通过水平移动多个高速旋转的刀片来切割甘蔗茎秆。
这种切割方法的缺点是:①刀刃不能做得太锋利，否则就是高速在旋转的情况下，地里的石头会很快被磨边，所以刀片只能做成钝刀片，不利于切割甘蔗茎时获得平整的切口；②由于刀片高速旋转，慢速平移，同一根部切口容易被多刀切割，造成切口不均匀。
因此，传统的切割方式破头率较高，不能满足实际生产要求。
为了降低甘蔗收割过程中的破头率，获得平整的根茎切割口，切割刀必须锋利，每次切割必须一刀。
因此，可以考虑采用往复循环、向前缓慢运动的切割方式，刀片可以做成镹刀样，切口锋利，一刀就能顺利切割甘蔗根茎。
其原理是模仿人工一刀切根的方式。
这种方法的缺点是切割机构复杂，收割过程中甘蔗机械的移动速度略有降低，但基本可以解决破头率的技术问题。
甘蔗榨汁机械：切蔗机的产品改进和技术创新
甘蔗榨汁机械：切蔗机的产品改进和技术创新甘蔗榨汁机械是现代餐饮和食品加工行业中常见的设备之一。
切蔗机作为甘蔗榨汁机械中的一个重要组成部分，在提高甘蔗榨汁效率和品质方面发挥了关键作用。
随着科技的不断进步和市场需求的变化，切蔗机的产品改进和技术创新变得尤为重要。
本文将从产品改进和技术创新两个方面探讨甘蔗榨汁机械中切蔗机的最新发展。
一、产品改进1. 提高切蔗机的切割效率切割效率是切蔗机的核心指标之一。
为了提高生产效率，厂商们逐步将传统的手动操作改造为电动操作，并采取了更加高效的切割机构设计。
例如，采用多刀片组合的切割结构，使得一次能够切割更多的蔗段，在同样的时间内提高切割效率。
2. 优化切蔗机的切割质量切割质量是评价切蔗机性能的重要指标之一。
在产品改进中，我们可以使用更优质的刀片材料，提高切割刃的硬度和锋利度，从而保证切割蔗茎时的切割质量。
另外，切割过程中还可以增加槽设计，以便更好地控制蔗茎的切割形状和尺寸。
3. 提升切蔗机的稳定性和耐用性为了提高切蔗机的稳定性和耐用性，厂商们不断进行产品改进。
采用更稳定的结构设计和材料，增加切蔗机的整体强度；加强对关键部件的结构设计和加工工艺，增强其耐用性；并引入智能化控制系统，实时监测设备状态，及时进行维护和保养，以确保切蔗机的正常运行。
二、技术创新1. 引入先进的传感器技术随着传感器技术的发展，我们可以将更多的传感器应用于切蔗机中，实现对切割过程的精确控制和监测。
例如，通过安装压力传感器，可以实时监测切割蔗茎的压力大小，以便调整刀片的切割力度，从而提高切割质量。
还可以通过温度传感器检测切割过程中的温度变化，防止因过热而对设备造成损坏。
2. 应用自动化技术自动化技术的应用可以进一步提高切蔗机的效率和生产力。
通过引入自动化控制系统，我们可以实现切蔗机的自动启动、停止、调速和切割参数的调整。
此外，可以采用机械臂和输送带等自动化装置，自动将甘蔗送入切蔗机并将切割好的甘蔗薄片送出，减少了人工操作和生产环节，提高了生产效率。
小型甘蔗收割机切割台架试验台的设计与实验研究
收割机整机的制造提供依据 。
关键词 ：小型甘蔗收获机 ；切割 台架 ；设 计制造 中图分类号 ：￥２ ． ３ ２ ５５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —３８ （０ １ ２—０４－ ０ １ ８ １ ２ １ ）２ ０ ４
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｆ ｒ ｔ ｎｃ ｐ ｒ ｍ ｅ ｔ ｌ ｓｇ ｎｄ Ｅｘ ｒ ｍｅ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｈｅ Ｂｅ ｈ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ
２１ ０ １年 １ １月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
ＮＯ ． ０ｌ Ｖ２ １ Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ２ Ｉ３ ． ２
第３ ９卷 第 ２ ２期
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ ． ０ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ８ １２ １．２ ０ ２ １
切 割台架 部分是 甘蔗收割机的重要组成部分 ，包
括砍蔗 、扶蔗滚 、压 蔗输送 辊和提 升装置 。台架部分
文 中的台架试验机构需要满足甘蔗切割刀盘的旋 转 、台架 的提升 和甘蔗 与切割刀盘相对进给 ３ 个运 动 动作 。设计 中首先确定 了机构 的空 间位置并在三维建
模软件 Ｕ Ｇ中建立模 型 ，如 图 １ 示。
小型甘蔗收割机切割台架试验台的设计与实验研究
薛斌
（．广西 大学机械 工程 学院 ，广 西南 宁 ５００ １ ３０４；２ ．金 华职 业技 术 学 院 ，浙 江金 华 ３ １０ ） ２０７
摘要 ：针对甘 蔗收割机 台架 部分 的研 发需 要 ，开发模块化的模拟试验 台。设计 台架液压 系统并制造 出液压泵站 ，通过 试验进行液压提升缸同步情况的测试 、甘蔗切割质量 、刀盘轴 向振动分析 和液 压执行元件 的参数特性分 析 ，为下一步 甘蔗
基于动态性能的小型甘蔗收割机砍蔗刀盘结构优化
考虑 到后 续 的参数 优化 ，选 取 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ优化 模 块支 持 的
ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ９ ２号 单 元 和 Ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ Ｌ ａ ｎ ｃ ｚ ｏ ｓ 模 态 提 取 方 法 。 由于 影 响 系统 动 态 性 能 的 是前 面几 阶低 频模 态 ，所 以 提取 前 砍 蔗 刀 盘 的前 ５阶
结 构 优 化 的 基 本 思 想 是 以最 少 的材 料 获 得 最 好 的结 构 性
能。 常见 的结构优化 以结构的静态性能 为约束 ， 有 的使用最大节
点位移 ， 也 有 的使 用 综 合 应 力 或特 征应 力 ， 很 少 以反 应 系统 动 态
（ ２ ） 状 态 变量 迭 代 曲 线
以系统的动态 性能作为约束 ， 对 砍蔗刀盘的结构参数 进行 了优化 ， 提高 了结构 的动态性能 。从优化 的结果看 ， 优化砍蔗刀 盘的前 ５阶固有频率都有所增加 ，可见其性能得到了提高 。因 此， 本文 的研究为砍蔗刀盘设计提供 了指导 ， 对降低甘蔗宿根破
头率 、 提 高 来 年 甘 蔗 产量 具有 重 要 的意 义
２ ０ ． ４ ７
２ ７ ． ９ ６
用， 也和刀盘 自身高速旋转有关 ， 并且在切割甘蔗 时受 到冲击载 荷也会引起振动 。因此 ，我们不可 能一个个 消除引起振动 的因
素， 可 行 的方 法 是 提 高 刀盘 自身 的动 态 性 能 。 本 文 对 已 生 产 出样 机 的 小 型 甘 蔗 收 割 机 的 砍 蔗 刀 盘 的结
９ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 频率为 １ ５ Ｈ Ｚ 。 砍 蔗 刀 盘 的 前 ５阶 固有 频 率 虽 然 避 开 了
柴油机的工作频率 ， 但 和刀盘 的工作频率都很 接近 ， 亟待提高 。
整杆式高效智能甘蔗收割机的研究与应用
整杆式高效智能甘蔗收割机的研究与应用摘要：本文依据当前甘蔗收割设备应用中存在的问题，研究整杆式高效智能甘蔗收割机，通过设置自动化控制关键模块，研发和完善在线自动扶蔗、导入、夹固、切根（刀盘自动升降）、断尾、传送、剥叶（自动调整）、甘蔗收集、暂存等功能,有效提高收割效率。
关键词：甘蔗收割机；整杆式；高效智能我国甘蔗主要分布在北纬24°以南的地区，其中以广东、广西、海南、云南等省区种植面积最大，大部分地区甘蔗收割以传统人工收割为主，劳动强度大，效率低。
甘蔗收割机械化滞后已成为我国甘蔗产业化发展的瓶颈问题，加快甘蔗生产的机械化程度发展已十分迫切。
近年来我国先后引进了数十台国外大型和中型切段式甘蔗联合收割机，使用中存在机器系统配套不合理、农机与农艺技术不匹配等问题。
在国家的支持下，自主研发机型开始已取得较大发展，但甘蔗收割机大体还存在一些关键技术问题没有解决。
针对上述问题，急需针对符合我国农艺要求的甘蔗联合收割机的研究。
1、甘蔗收割机种类目前主要甘蔗收获机应分为切断式甘蔗联合收割机和整杆式甘蔗联合收割机两类。
切段式甘蔗收割机在收割的同时完成切段工作，甘蔗从甘蔗机出来时是成段的，可直接用于榨糖。
切段式甘蔗收割机主要完成以下工序：扶蔗、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序。
此类切段式甘蔗收割机适应坡度小于15°的地块，突出优点就是高效便捷、配套动力大、实现的功能多、基本可以实现生产的自动化以及全面机械化。
弊端有：宿根破头率大、含杂率高，工作可靠性低、甘蔗损耗率高，刀具维护差等问题。
且甘蔗收获必须在12小时内送到糖厂加工，否则将发生糖的损失和变质。
切断式甘蔗收获机受到糖厂加工设备、加工工艺等因素的制约。
整杆式甘蔗收割机生产出的甘蔗则是整根的，收割完成后可以直接进糖厂榨糖加工。
整杆式甘蔗收割机主要完成以下工序：在线自动扶蔗、导入、夹固、切根（刀盘自动升降）、断尾、传送、剥叶（自动调整）、甘蔗收集、暂存等功能,有效提高收割效率。
整秆式甘蔗收割机收割效果研究
整秆式甘蔗收割机收割效果研究张华伟;吴建明;张胜忠;赖振光;范业赓;李燕娇;周忠凤;陈荣发;吴宗猛;吴延勇;邓宇驰【期刊名称】《广西糖业》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】广西蔗区生产上普遍使用中大型切断式收割机收割甘蔗,存在含杂率和损失率高、影响宿根蔗的生长和产量等问题,导致蔗区机械收割水平低,机收推进缓慢。
本研究利用中小型整秆式收割机开展甘蔗收割试验,分析其收割效果及对甘蔗品质和翌年宿根蔗生长的影响,结果发现,中小型整秆式收割机的甘蔗收割效率较高,单位时间内的收割效果相当于40个工人的砍收量,含杂率仅2.71%,损失率仅2.98%,留茬高度和破蔸率总体上优于人工砍收,未对甘蔗糖分、宿根蔗发株和生长造成不利影响,有较好的应用前景。
建议进一步加大中小型整秆式收割机研发和推广应用的支持力度,加强对收割效率、机械运行稳定性、倒伏甘蔗的收割、适合机收甘蔗品种和农机农艺融合技术等研究,并开展机械收割标准化基地建设与示范,多途径促进蔗区机收水平提升,为甘蔗生产上进一步优化升级和推广应用中小型整秆式收割机提供参考依据。
【总页数】4页(P93-96)【作者】张华伟;吴建明;张胜忠;赖振光;范业赓;李燕娇;周忠凤;陈荣发;吴宗猛;吴延勇;邓宇驰【作者单位】广西科创农业科技集团有限责任公司;广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室【正文语种】中文【中图分类】S225.53【相关文献】1.提高整秆式甘蔗收割机喂入速度的仿真试验及改进效果2.整秆式甘蔗收割机集堆装置重力自卸机构设计与仿真3.小型整秆式甘蔗收割机改进设计与试验4.小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验5.整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
小型甘蔗收获机切割系统的设计与试验
要 ：切 割 系统 是 甘蔗 收 获 机 的 关 键 部 分 ， 直 接 关 系 到 甘 蔗 的 切 割 质 量 以 及 砍 倒 后 甘 蔗 的 输 送 。根 据 “ 压
倒 一 切割 一 提 升输 送 ” 收 割模 式 的理 念 ， 确 定切 割 系 统 整 体性 能 要 求 ， 并在此 基础上确定 ＿ ｒ切 割 系统 主要 部 件 ： 压 蔗辊 、 切 割器 、 输送辊 、 夹 紧装 置 ， 以及合 理 的整 体 布 局 和垂 直 提 升 方 案 。 在 切 割 系 统 试 验 平 台上 进 行 了 正 交
的作 用 ， 切 断后 的甘 蔗 在螺 旋 提 升 装 置 和 压 蔗 辊 的共 同作 用 下 ， 向后 输 送 至 物 流 通 道 人 口 ， 由物 流 输 送 辊
夹 持 进入 物 流 系统 。 该 切 割 系统 主要 包 括 ： 压蔗辊 、 切割器 、 螺 旋 杆 和 台架 （ 图 中未 画 出 ， 用 于支 撑 切割 系统 各 部件 ） ， 如 １
农 机 化 研 究
第 ３期
小 型 甘 蔗 收 获 机 切 割 系 统 的 设 计 与 试 验
麻 芳 兰 ，杨 冰 心 ，刘 智 彪 ，王莉 莉 ，高建 立 ，李 尚平
（ １ ．广 西 大学 机 械 工程 学 院 ，南 宁 摘 ５ ３ ０ ０ ０ ４；２ ．钦 州 学 院 ，广 西 钦州 ５ ３ ５ ０ ０ ０）
１ 小型甘 蔗收获机切 割系统整体方 案设计
“ 倒一 切 割一 提 升 输 送 ” 模 式 的 切 割 系 统 功 能 要求 ： 将 所 有 甘 蔗 压倒 倾 至 一 定 角 度 后 ， 切 割 器 进 行 切割 ， 再 利用刀盘上 的螺旋提升装 置， 提 升 砍 断 的 蔗
甘蔗收获机的控制系统设计与优化
甘蔗收获机的控制系统设计与优化甘蔗是一种重要的经济作物，其收获过程一直以来都是人工操作。
然而，随着科技的进步和农业现代化的推进，甘蔗收获机的使用已经成为越来越普遍的选择。
甘蔗收获机的控制系统设计与优化是实现高效、精确收获的关键。
首先，甘蔗收获机的控制系统需要具备精确的定位功能。
在甘蔗田中，植株的分布密度不一，而且作物之间的干扰也较为复杂。
因此，控制系统应该能够通过传感器对甘蔗植株进行识别和定位，以确保机械手臂准确地收割甘蔗。
该系统可以使用计算机视觉技术，通过图像处理与分析，识别甘蔗的生长状态和位置，进而控制机械手臂的运动。
其次，甘蔗收获机的控制系统还需要实现对机械手臂的精细控制。
由于甘蔗的高度不一，机械手臂的伸缩和转动需要根据甘蔗的实际情况进行调整。
为此，控制系统中需要包含传感器来测量甘蔗植株的高度，并通过计算和控制器的反馈来调整机械手臂的运动。
同时，控制系统还可以优化机械手臂的设计，使其能够适应不同高度范围的甘蔗，提高机械手臂的灵活性和效率。
另外，甘蔗收获机的控制系统还需要考虑甘蔗的收割方式。
传统的收获方式是采用旋转刀片将甘蔗切割下来，但这种方式可能会造成甘蔗的损伤和浪费。
因此，控制系统可以引入激光或超声波传感器，精确地测量甘蔗的高度，然后控制机械手臂的动作，使刀片直接切割到甘蔗的基部，减少浪费和损伤。
此外，甘蔗收获机的控制系统还需要考虑安全性和稳定性。
机械手臂在操作过程中可能会遇到各种障碍物，如石头、树枝等，因此控制系统需要通过传感器来检测障碍物的存在，并及时采取避让措施。
此外，控制系统还应具备自我诊断和故障排查的功能，以确保甘蔗收获机的稳定运行，并及时修复任何可能出现的问题。
最后，甘蔗收获机的控制系统还应该具备数据记录和分析的功能。
通过记录甘蔗的生长情况、收获数据和机械手臂的运动路径等信息，可以为甘蔗的管理和优化提供参考。
利用数据分析技术，可以进一步优化机械手臂的运动路径和收割方式，提高甘蔗的收获效率和质量。
甘蔗收获机的结构优化及轻量化设计研究
甘蔗收获机的结构优化及轻量化设计研究甘蔗是世界上最重要的经济作物之一，主要用于生产糖、酒精和生物燃料。
甘蔗的收获是一个关键的环节，传统的人工收获方式效率低下且劳动强度大。
因此，甘蔗收获机的结构优化和轻量化设计对于提高甘蔗的收获效率和降低人力成本具有重要意义。
结构优化是指通过改变甘蔗收获机的零部件结构和配置，提高机械的稳定性、可操作性和可维修性，从而提高机械的工作效率和使用寿命。
首先，需要对甘蔗收获机的各个部件进行分析和优化设计。
例如，利用有限元分析方法对关键轴承和传动装置进行强度计算和优化设计，确保其能够在高负荷条件下正常工作。
其次，采用先进的材料和加工工艺，提高各个部件的耐磨性和抗腐蚀性，延长机械的使用寿命。
此外，还可以通过智能化控制系统的引入，提高甘蔗收获机的自动化程度，减少操作人员的劳动强度。
轻量化设计是指通过减少甘蔗收获机的整体重量，提高机械在甘蔗田间作业时的机动性和灵活性。
首先，需要对机械结构进行材料优化和加工工艺改进，利用高强度材料替代传统材料，同时通过优化零部件的结构设计，减少机械的自重。
其次，可以借鉴其他行业的轻量化设计经验，如航空航天、汽车工业等，将先进的轻量化技术和材料应用于甘蔗收获机的设计中。
此外，还可以结合电力推进技术，引入电动或混合动力的概念，减少机械的燃油消耗和排放。
甘蔗收获机的结构优化和轻量化设计研究不仅能提高甘蔗的收获效率和质量，还能降低劳动强度和能源消耗，具有重要的农业和环境意义。
然而，要实现这一目标，还需要充分考虑甘蔗种植的地理和气候条件，以及机械的实际作业环境。
同时，还需要与相关领域的专家进行合作，利用先进的计算机辅助设计和仿真技术，在不断优化和验证的基础上，实现甘蔗收获机的结构优化和轻量化设计。
总之，甘蔗收获机的结构优化和轻量化设计是提高甘蔗收获效率和降低人力成本的关键。
通过改进机械的零部件结构和配置，提高机械的稳定性和可操作性；引入先进的材料和加工工艺，增加机械的使用寿命；采用智能化控制系统，减少操作人员的劳动强度；以及通过轻量化设计，提高机械的机动性和灵活性。
整杆式甘蔗联合收割机应用示范工作方案
整杆式甘蔗联合收割机应用示范工作方案目前，我区各级农机部门在甘蔗主产区已推广10台整杆式甘蔗联合收割机，部分机具将于今年3月份开始投入生产应用示范。
为确保整杆式甘蔗联合收割机应用示范顺利进行，制定本方案。
一、指导思想以“三个代表”重要思想为指导，贯彻落实科学发展观，以促进农业增效、农民增收、减轻农民劳动强度为目标，通过开展整杆式甘蔗联合收割机应用示范，向广大蔗农和制糖企业宣传甘蔗收获机械，促进机具应用及改进、完善，加快突破甘蔗收获机械化“瓶颈”步伐。
二、工作目标（一）每台甘蔗收割机应用示范面积200亩以上。
（二）收集、掌握机具应用中存在的主要问题，为企业改进机具提出建议。
（三）与制糖企业、蔗农商讨推进甘蔗收获机械应用的合理化建议，为下一步机具推广应用打下基础。
三、工作内容（一）南宁、柳州、崇左、来宾、贵港、北海、防城港市和扶绥、武鸣、上思、柳城县农机部门组织购置整杆式甘蔗联合收割机的单位开展机具应用示范或召开现场演示会，多渠道多形式进行宣传，营造良好的氛围。
（二）与制糖企业沟通，积极争取制糖企业实行合理扣杂标准和机收甘蔗优先入厂政策。
（三）做好机具作业情况、发生故障等有关数据记录，向生产企业提出改进建议。
（四）建立示范基地，在新植蔗种植季节，引导农民按1.2米行距规范化、规模化种植，为机具在2009/2010年榨季投入应用提供良好作业条件。
四、工作进度安排（一）2009年2月，开展整杆式甘蔗联合收割机操作人员培训班；开展调查摸底，确定机具应用示范地块，为机具作业做好相关准备工作；与当地糖厂沟通，争取实行机收甘蔗合理扣杂标准和优先入厂政策。
（二）2009年3月至4月，开展甘蔗机收示范，通过多种形式大力宣传和示范。
（三）2009年5月，榨季结束后，总结工作，重点分析机具应用中存在的主要问题，向企业提出机具改进建议，推广收割机的合理化建议。
五、工作措施与要求（一）加强联系沟通，争取糖厂支持当地制糖企业的支持配合，是整杆式甘蔗联合机应用示范顺利进行的重要保证。
浅谈小型甘蔗收割机的发展
浅谈小型甘蔗收割机的发展【摘要】现如今蔗糖的发展不断的壮大，蔗糖产业脱颖而出，在我国想要改进农业的整体发展，主要的根本就是注重机械化，小型甘蔗收割机带动我国的蔗糖产业，大大的推进了当今世界工业化的进程，所以说对甘蔗收割机的发明研究也成为了一项十分的必要与迫切的工作内容本文主要简介了我国蔗糖的种植情况和对蔗糖收割机的发展做了一定的分析。
【关键字】蔗糖产业；小型甘蔗收割机；农业前言我国是世界甘蔗生产大国这是不争的事实，甘蔗的种植面积已达到200多万公顷。
尤其在广西，这是蔗糖业发展最优越的地区，已经形成了广西经济的支柱产业，糖产量已占全国产量的一半以上小型甘蔗收割机的发展对我国的整体发展有着不可言喻的重要性，对加快我国甘蔗种植的机械化，减轻人民的劳动负担和对收割环节的开支，对于增强我国制糖业有着极其重要的意义，因此应该引起足够的重视。
1 甘蔗的现状甘蔗适合栽种于土壤肥沃、阳光充足、冬夏温差大的地方，作为制造蔗糖的原料，并且能够成为乙醇的替代品，可是在一般情况下，我国的甘蔗种植户的种植生产规模都很小，并且没有形成一定规模的区域化种植、规模化和专业化生产。
最主要的是蔗田起伏不平，主要在我国的云南、广西、海南等甘蔗产地都存在这种普遍的情况。
现如今对甘蔗的收集多采用人工收获来完成，采用人工不仅作业条件艰苦，而且会造成劳动强度大，总效率低下的状况。
现在我国出现的一种农民老龄化的状况，因为农村劳动力不断的向城市转移，这种步伐不断的加快，就造成了农民老龄化日益严重的状况，所以说农村劳动力呈现紧缺的不良状况。
这样导致甘蔗砍收用工量和季节性劳动力紧缺的矛盾日趋严重，导致了甘蔗砍收费用猛涨不下，使得甘蔗总生产成本处于一个居高不下的地位，这种不正的发展，严重制约影响了我国蔗糖产业的健康发展之路。
因此，采用机械化收获甘蔗，是迫在眉睫的了，这种方法是解脱繁重的体力劳动，不断提高劳动生产效率，降低总生产成本，增加人们经济收入的重要保证。
小型甘蔗收获机剥叶断尾机构改进与试验研究
小型甘蔗收获机剥叶断尾机构改进与试验研究赖㊀晓ꎬ杨㊀鹏ꎬ王伟权ꎬ杨㊀峰ꎬ张泽强ꎬ庞月生(广西大学机械工程学院ꎬ南宁㊀５３０００４)摘㊀要:分析了当前小型整秆式甘蔗收获机剥叶断尾机构的基本结构与存在的问题ꎬ继而通过原理分析做出增加耙叶辊的设计改进ꎬ并通过样机试验来验证设计ꎮ结果表明:增加耙叶辊后的机构断尾率提高到８２.９６％ꎬ达到了目标水平ꎬ改进的设计对断尾功能的改善是有效的ꎮ获得最优的甘蔗断尾率指标为:耙叶辊转速为７００ｒ/ｍｉｎꎬ剥叶辊转速为１０００ｒ/ｍｉｎꎬ耙叶辊与甘蔗交错作用深度的最佳水平为６０ｍｍꎬ剥叶辊与甘蔗交错作用深度为４０ｍｍꎮ关键词:甘蔗收获机ꎻ剥叶断尾ꎻ耙叶辊ꎻ耙叶齿中图分类号:Ｓ２２５.５＋３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０２０)１２－０１６６－０５０㊀引言小型甘蔗收获机的研发对提高我国食糖的国际竞争力具有重要意义[１－３]ꎮ小型甘蔗收获机的剥净率是考量收获机性能优劣的重要指标ꎬ而蔗尾部位的叶片较多且与蔗杆生长连接紧密ꎬ如不断除蔗尾则难以提高剥净率ꎮ国内外许多专家学者对此展开了研究:麻芳兰等设计了三角形剥叶轮布局的剥叶机构ꎻ牟向伟等设计了带弹性齿的剥叶滚筒ꎻ刘芳建探索了逆向剥叶的方式ꎻ谢卢鑫等则通过试验研究了带碎叶轮的剥叶断尾系统[４－７]ꎮ这些研究有力地推动了小型甘蔗收获机的剥叶断尾功能改善ꎬ但目前其剥叶断尾机构的断尾率仍需提高ꎮ１㊀剥叶断尾机构的结构与存在的问题１.１㊀剥叶断尾机构的基本结构小型甘蔗联合收割机较成熟的剥叶断尾机构主要包括１对周布橡胶圆柱的输入辊㊁１对均布高分子剥叶刷的剥叶辊和１对同样周布橡胶圆柱的输出辊ꎬ均呈上下对称分布ꎬ上下剥叶辊的剥叶刷与甘蔗有一定的交错深度ꎬ如图１所示ꎮ１.２㊀剥叶断尾机构存在的问题目前ꎬ小型整秆式甘蔗收获机剥叶断尾机构对甘收稿日期:２０１９－０６－１７基金项目:国家自然科学基金项目(５１４６５００６)ꎻ广西自然科学基金项目(２０１６ＧＸＮＳＦＢＡ３８０２４３)ꎻ广西大学生创新计划项目(２０１８１０５９３１２７)ꎻ广西制造系统与先进制造技术重点试验室项目(桂科能０７１０９００８＿０２１＿Ｋ)作者简介:赖㊀晓(１９７９－)ꎬ女ꎬ广西北流人ꎬ讲师ꎬ硕士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｄａｗｎｌｘ１９７９＠１２６.ｃｏｍꎮ蔗中部蔗叶的剥净率低于２％ꎬ伤蔗率低于１０％ꎬ但蔗尾部分的剥叶效果不甚理想ꎬ没有达到至少８０％断尾率的功能要求[８－１０]ꎮ对剥叶后的甘蔗进行观察可以看到:成熟的甘蔗蔗尾常有５~６片蔗叶层层紧密包裹ꎬ剥叶断尾机构难以把蔗尾打断ꎬ且蔗尾即使断掉也无法与蔗秆分离ꎮ剥叶断尾机构剥叶后的甘蔗如图２所示ꎮ１.输入辊㊀２.剥叶辊㊀３.输出辊图１㊀甘蔗收割机剥叶断尾机构Ｆｉｇ.１㊀Ｌｅａｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄｔａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ图２㊀剥叶断尾机构剥叶后的甘蔗Ｆｉｇ.２㊀Ｓｕｇａｒｃａｎｅａｆｔｅｒｃｌｅａｎｉｎｇｌｅａｖｅｓ２㊀剥叶断尾机构的工作机理分析甘蔗收获机剥叶断尾机构的工作机理如图３所示ꎮ图３㊀剥叶断尾机构工作机理简图Ｆｉｇ.３㊀Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｏｒｋｉｎｇｔｈｅｏｒｙｓｋｅｔｃｈ甘蔗收获机剥叶断尾机构主要通过剥叶辊上的剥叶刷高速旋转产生的离心力Ｆ对甘蔗茎秆进行打击和刮擦ꎬ从而剥落蔗叶ꎮ其中ꎬ甘蔗尾梢部是甘蔗中最为脆弱的部分(俗称 鸡蛋黄 )ꎬ用较小的打击力便可以将其折断ꎮ在剥叶过程中ꎬ针对甘蔗茎秆中部与尾梢部的弹性模量和硬度之间的差异ꎬ在输入辊和输出辊夹持力Ｎ１㊁Ｎ２和剥叶刷的打击力Ｆ作用下ꎬ甘蔗的茎秆受到按一定频率持续不断的打击ꎻ当打击力落在甘蔗最脆弱的尾稍时ꎬ蔗尾折断ꎬ从而达到断尾的目的根据材料力学ꎬ在剥叶刷的打击下甘蔗受到的最大弯曲正应力为σｍａｘ＝ＭＷｚ(１)式中㊀Ｍ 蔗茎截面的弯矩(Ｎ ｍ)ꎻ㊀ＷＺ 蔗茎的抗弯截面系数(ｍｍ)３ꎮ蔗茎截面近似圆形ꎬ在没有蔗叶包裹时其抗弯截面系数为Ｗｚ＝πｄ３３２(２)其中ꎬｄ为甘蔗尾茎打断处直径(ｍ)ꎮ如果尾部茎秆包裹着５~６片蔗叶ꎬ则其抗弯截面系数增大为Ｗｚ＝π(ｄ＋２Ｔ)３３２(３)其中ꎬＴ为甘蔗尾茎打断处包裹叶片厚度(ｍｍ)ꎮ甘蔗尾稍处的直径一般为１２~１３ｍｍꎬ包裹上５~６片叶子后厚度增加约０.５ｍｍꎬ将数值代入式(２)和式(３)ꎬ可得无蔗叶状态下蔗茎抗弯截面系数为１６９.６５ｍｍ３ꎬ而包裹叶片的蔗茎抗弯截面系数增大到２１５.６９ｍｍ３ꎬ从而显著降低了蔗尾所受的弯曲正应力ꎮ此外ꎬ蔗叶柔韧的纤维组织还起到了一定的减震缓冲作用ꎬ使得蔗尾更不易被剥叶断尾机构打断ꎮ所以ꎬ要提高甘蔗收获机剥叶断尾的效果ꎬ必须要先将甘蔗尾稍的蔗叶耙开ꎬ但没必要把尾稍蔗叶粉碎ꎮ其原因是当它被输入辊夹持经受剥叶辊打击时可以起到一定的对蔗尾的拉扯作用ꎬ更有利于断尾ꎮ３ 甘蔗收获机剥叶断尾机构的改进设计根据前述 耙叶 剥叶 断尾 的设计理念ꎬ要更好地实现断尾功能ꎬ宜在剥叶辊前增设１对耙叶辊以实现撕开尾部蔗叶的目的ꎮ耙叶辊的设计类似于剥叶辊ꎬ在旋转的辊筒外圆周上布置相应的橡胶功能元件ꎬ而耙齿的结构对耙开蔗叶的功能实现具有关键作用ꎬ因此耙叶齿的设计尤为重要ꎮ根据蔗尾叶片多层紧密包裹缠绕的形态ꎬ耙叶齿的设计采用了钩齿状橡胶楔形齿ꎬ耙齿顶如钩状端凸起ꎬ耙叶齿两侧面有类似搓衣板的凸起筋条ꎬ如图４所示ꎮ设计思路是:耙叶辊高速运转时ꎬ耙齿顶端的钩状凸起在冲击力作用下便能强劲地从紧密包裹缠绕的蔗叶中钩进去ꎬ然后齿侧的凸起筋条对蔗叶进行层层刮擦㊁撕扯ꎬ从而把蔗叶一层一层耙开ꎮ将４组耙叶齿均布安装到耙叶辊上ꎬ每组１１个齿ꎬ安装好的耙叶辊如图５所示ꎮ图４㊀耙叶齿模型图Ｆｉｇ.４㊀Ｌｅａｆ－ｒａｋｉｎｇｔｅｅｔｈｍｏｄｅｌ图５㊀耙叶辊模型图Ｆｉｇ.５㊀Ｌｅａｆ－ｒａｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｍｏｄｅｌ４㊀样机试验分析４.１㊀试验材料试验用甘蔗为新鲜带完整蔗尾的粤糖２０号ꎬ蔗秆直径平均在１７~２３ｍｍ之间ꎬ无明显损伤ꎮ４.２㊀试验方法通过Ｌ２７(３１３)正交试验方法ꎬ以甘蔗在蔗尾部位打断的数量比即断尾率作为指标ꎮ断尾率至少达到８０％以上为达标ꎬ断尾率越高越好ꎮ试验因素水平如表１所示ꎮ表１㊀断尾试验设计表Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｔａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎ水平耙叶辊转速Ｍ/ｒ ｍｉｎ－１剥叶辊转速Ｎ/ｒ ｍｉｎ－１剥叶辊与甘蔗交错作用深度Ｓ/ｍｍ耙叶辊与甘蔗交错作用深度Ｔ/ｍｍ１６００８００２０４０２７００９００３０５０３８００１０００４０６０４.３㊀试验样机与仪器试验在广西大学机械学院甘蔗收获机实验室进行ꎮ根据试验需求ꎬ课题组自行设计制造了如图６所示的小型甘蔗收获机剥叶断尾机构台架ꎮ台架主要由安装支架㊁１对夹持输入辊㊁３个剥叶断尾辊㊁１对夹持输出辊及动力传动部件等组成ꎮ输入辊㊁输出辊和剥叶辊分别由３个２５Ｗ电机驱动ꎬ各自以１台型号ＭＦ－７.５Ｋ－３８０数字变频器单独进行变速ꎮ图６㊀断尾试验样机Ｆｉｇ.６㊀Ｌｅａｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄｔａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｏｒｏｔｙｐｅ４.４㊀试验结果正交试验结果如下表２所示ꎮ２７次试验平均断尾率为８２.９６％ꎬ达到了断尾目标要求ꎬ断尾的情况如图７所示ꎮ图７㊀打断的蔗尾Ｆｉｇ.７㊀Ｓｕｇａｒｃａｎｅｔａｉｌｓｂｒｏｋｅｎｏｆｆ表２㊀正交试验表Ｔａｂｌｅ２㊀Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔａｂｌｅ序号ＭＮＭˑＮＭˑＮＳＭˑＳＭˑＳＴＭˑＴＭˑＴ含杂率/％断尾率１１１１１１１１１１１１１１２.２０８０.５０２１１１１２２２２２２２２２０.３８８１.００３１１１１３３３３３３３３３０.８９７１.００４１２２２１１１２２２３３３０.２３００.８０５１２２２２２２３３３１１１０.９９３０.７０６１２２２３３３１１１２２２２.５８７０.５０７１３３３１１１３３３２２２３.０２６０.８０８１３３３２２２１１１３３３４.２７１０.６０９１３３３３３３２２２１１１２.２１８０.９０续表２序号ＭＮＭˑＮＭˑＮＳＭˑＳＭˑＳＴＭˑＴＭˑＴ含杂率/％断尾率１０２１２３１２３１２３１２３３.３０８０.７０１１２１２３２３１２３１２３１２.２１８０.９０１２２１２３３１２３１２３１２１.４６９１.００１３２２３１１２３２３１３１２０.４７５１.００１４２２３１２３１３１２１２３２.２２２１.００１５２２３１３１２１２３２３１１.０８９１.００１６２３１２１２３３１２２３１０.８０１１.００１７２３１２２３１１２３３１２１.２２４０.９０１８２３１２３１２２３１１２３１.１０４１.００１９３１３２１３２１３２１３２５.０９８０.４０２０３１３２２１３２１３２１３０.４３００.８０２１３１３２３２１３２１３２１１.０４４０.９０２２３２１３１３２２１３３２１１.８８１０.５０２３３２１３２１３３２１１３２０.３７２０.９０２４３２１３３２１１３２２１３５.３２１０.７０２５３３２１１３２３２１２１３１.５０３１.００２６３３２１２１３１３２３２１１.８６４０.９０２７３３２１３２１２１３１３２０.２２２１.００４.４ 结果分析根据正交试验结果对４个影响因素进行极差分析ꎬ结果如图８所示ꎮ图８㊀各因素断尾率极差图Ｆｉｇ.８㊀Ｒａｇｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｒｅａｋｉｎｇｔａｉｌ以断尾率为试验指标的方差分析表如表３所示ꎮ表３㊀方差分析表Ｔａｂｌｅ３㊀Ａｎｏｖａｔａｂｌｅ因素偏差平方和自由度Ｆ比Ｓｉｇ.α＝０.０５显著性Ｍ０.１８３２１６.４６７０.００４∗续表３因素偏差平方和自由度Ｆ比Ｓｉｇ.α＝０.０５显著性Ｎ０.０６７２６.０６７０.０３６∗Ｓ０.１０３２９.２６７０.０１５∗Ｔ０.２７６２２４.８６７０.００１∗ＭˑＮ０.１４６４６.５６７０.０２２∗ＭˑＳ０.０３７４１.６６７０.２７４ＭˑＴ０.０９０４４.０６７０.０６２∗误差０.０３３６０.００６㊀㊀结合试验结果与方差分析表ꎬ综合分析可以得出如下结论:１)在α＝０.０５显著性水平下ꎬ对断尾率指标有显著影响的因素有:耙叶辊转速㊁剥叶辊转速㊁剥叶辊与甘蔗交错作用深度㊁耙叶辊与甘蔗交错作用深度ꎬ以及耙叶辊转速与剥叶辊转速的交互作用和耙叶辊转速与耙叶辊跟甘蔗交错作用深度的交互作用ꎬ而剥叶辊与甘蔗交错作用深度与耙叶辊转速的交互作用对断尾的影响不明显ꎮ２)对２７次试验的断尾率进行综合平均ꎬ可得改进后剥叶断尾机构的断尾率平均值为８２.９６％ꎮ这表明ꎬ改进后的机构断尾功能得到明显提高ꎬ断尾目标已达到预期断尾率８０％以上的要求ꎮ３)耙叶辊转速㊁耙叶辊与甘蔗交错作用深度ꎬ以及耙叶辊转速与剥叶辊转速的交互作用㊁耙叶辊转速与耙叶辊跟甘蔗交错作用深度的交互作用是显著影响断尾率的因素ꎬ表明设计带钩状耙叶齿的耙叶辊对尾部蔗叶进行耙开ꎬ对提高断尾功能确实具有关键性作用ꎮ４)平均含杂率１.７８１％ꎬ仍然保持低于２％的低含杂率ꎬ完全满足含杂率的要求ꎮ５)综合分析表明ꎬ在以断尾率为指标情况下的较优组合为Ｍ２Ｎ３Ｓ３Ｔ３ꎮ５㊀结论１)剥叶断尾机构改进后的断尾率综合水平为８２.９６％ꎮ台架正交试验显示对断尾率影响显著的因素有:耙叶辊转速㊁剥叶辊转速㊁剥叶辊与甘蔗交错作用深度㊁耙叶辊与甘蔗交错作用深度ꎬ以及耙叶辊转速与剥叶辊转速的交互作用㊁耙叶辊转速与耙叶辊跟甘蔗交错作用深度的交互作用ꎮ这说明ꎬ新设计的剥叶断尾机构提高了断尾功能ꎬ使得断尾率达到预期８０％以上的要求ꎮ２)甘蔗收获机剥叶断尾机构的耙叶辊转速和耙叶刷与甘蔗间交错深度对甘蔗断尾率有显著影响ꎬ说明耙叶辊的设计对蔗尾蔗叶先进行耙开以协助断尾ꎬ对改善断尾功能是有关键作用的ꎮ３)为了得到最好的剥叶断尾效果ꎬ各个因素水平设置为:耙叶辊转速７００ｒ/ｍｉｎꎬ剥叶辊转速１０００ｒ/ｍｉｎꎬ剥叶辊与甘蔗交错作用深度是４０ｍｍꎬ耙叶辊与甘蔗交错作用深度的最佳水平为６０ｍｍꎮ参考文献:[１]㊀刘晓雪ꎬ段萱. 十三五 以来国内外食糖市场形势分析与未来展望[Ｊ].农业展望ꎬ２０１８(９):８－１６. [２]㊀柏章才ꎬ张文彬ꎬ卢秉福.中国制糖产业转型升级主要影响因素分析[Ｊ].中国糖料ꎬ２０１８(５):６２－６５. [３]㊀ＣＰＮｏｒｒｉｓꎬＲＪＤａｖｉｓꎬＤＪＱｕｉｃｋꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅａｐ￣ｐｒｏａｃｈｔｏｃａｎｅｈａｒｖｅｓｔｅｒｄｅｓｉｇｎ:ａｎｉｎｉｔｉａｌｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅＭａｓｓＦｅｒｇｕｓｏｎ４０５[Ｊ].Ｐｒｏｃ.Ａｕｓｔ.Ｓｏｃ.ＳｕｇａｒＣａｎｅＴｅｃｈｎｏｌꎬ１９９８(２):１０－１６.[４]㊀麻芳兰ꎬ蒋红梅ꎬ李尚平ꎬ等.整秆式甘蔗收获机剥叶断尾机构设计与试验ꎬ[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１２ꎬ４３(６):７３－７８.[５]㊀吴剑锋.整秆式甘蔗收割机断尾机构的虚拟仿真分析与设计[Ｄ].杭州:浙江大学ꎬ２０１４.[６]㊀罗菊川ꎬ区颖刚ꎬ刘庆庭.甘蔗断尾现状及断尾机构分析[Ｊ].江苏农业科学ꎬ２０１６ꎬ４４(６):４１２－４１５. [７]㊀刘芳建ꎬ狄明利ꎬ米义ꎬ等.各级转速受控式甘蔗剥叶装置的设计与试验[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１４ꎬ３６(１１):１６８－１７. [８]㊀ＳｔｕａｒｔＧꎬＭＣｃａｒＴｈｙ.Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｓｅｎｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｓｕｇａｒｃａｎｅｈａｒｖｅｓｔｅｒｓ[Ｄ].ＳｏｕｔｈｅｒｎＱｕｅｅｎｓｌａｎｄ:ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈｅｒｎＱｕｅｅｎｓｌａｎｄꎬ２００３.[９]㊀李婉ꎬ李尚平ꎬ刘东美.小型整秆甘蔗收获机械喂入机构仿真分析与试验研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１０ꎬ３２(７):１５２－１５５.[１０]㊀沈中华ꎬ李尚平ꎬ麻芳兰ꎬ等.基于ＦＬＥＸＳＩＭ和ＡＤＡＭＳ的小型甘蔗收获机喂入能力的仿真及试验[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１４ꎬ４１(９):９０－９４.ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｔｈｅＬｅａｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄＴａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅＳｍａｌｌＴｙｐｅＳｕｇａｒｃａｎｅＨａｒｖｅｓｔｅｒＬａｉＸｉａｏꎬＹａｎｇＰｅｎｇꎬＷａｎｇＷｅｉｑｕａｎꎬＹａｎｇＦｅｎｇꎬＺｈａｎｇＺｅｑｉａｎｇꎬＰａｎｇＹｕｅｓｈｅｎｇ(ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｎｉｎｇ５３０００４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｌｅａｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄｔａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｔｙｐｅｓｕｇａｒｃａｎｅｈａｒｖｅｓｔｅｒꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｃｕｒｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｈｅｏｒｙꎬｔｈｅｎｂｒｉｎｇｏｕｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｄｅｓｉｇｎ－ｒａｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙꎬａｎｄｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｐｒｏｔｏｔｙｐｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｔｌａｓｔ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｄｅｓｉｇｎｉｓｖａｌｕａｂｌｅａｓｔｈｅｔａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇｒａｔｅｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｔｏ８３.７％ｗｉｔｈｒａｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｓ.Ｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｂｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｒａｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｓｉｓ７００ｒ/ｍｉｎꎬｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｌｅａｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｌｌｅｒｓｉｓ９００ｒ/ｍｉｎꎬｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒａｋｅｂｌａｄｅｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｓｕｇａｒｃａｎｅｉｓ４０ｍｍꎬａｎｄｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｉｎ￣ｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔｒｉｐｐｉｎｇｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｓｕｇａｒｃａｎｅｉｓａｌｓｏ４０ｍｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｕｇａｒｃａｎｅｈａｒｖｅｓｔｅｒꎻｌｅａｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇａｎｄｔａｉｌ－ｂｒｅａｋｉｎｇꎻｒａｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｓꎻｒａｋｉｎｇｔｅｅｔｈ２０２０年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１２期。
小型甘蔗收获机切割器结构设计、动力学分析及试验研究的开题报告
小型甘蔗收获机切割器结构设计、动力学分析及试
验研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着农业机械化程度的不断提高，小型甘蔗收获机的应用越来越广泛。
目前市场上的甘蔗收获机大多采用铰接式或是轮式结构，往往存在
体积大、操作不便、收割效果不佳等问题。
针对这些问题，本文提出了
一种小型甘蔗收获机的切割器结构设计，旨在提高甘蔗收割效率和精度，降低成本。
二、研究内容和方法
1、切割器结构设计：通过分析现有甘蔗收获机的结构特点和缺陷，提出一种新型的、体积小、操作便利、高效的切割器结构；
2、动力学分析：运用动力学原理对切割器的运动进行分析，得到切割器的受力情况和动力学参数；
3、试验研究：利用本地农田进行试验，检验甘蔗收获机的切割效果和工作效率，并对设计进行调整和改进。
三、研究预期成果
通过本研究，预期可以得到以下成果：
1、提出一种新型的、体积小、操作便利、高效的切割器结构设计方案，为甘蔗收获机的进一步优化提供参考；
2、通过动力学分析，得到切割器的受力情况和动力学参数，为切割器的优化设计提供理论依据；
3、通过试验研究，验证切割器的效果，为实现小型化、高效化、智能化甘蔗收获机提供可靠的理论基础。
小型甘蔗收获机断尾机构创新设计与仿真试验分析的开题报告
小型甘蔗收获机断尾机构创新设计与仿真试验分析的开题报告一、研究背景随着我国农业技术的不断发展和升级，现代化农业成为趋势，而小型甘蔗收获机作为农业机械化的重要设备之一，在近年来得到了广泛的应用和关注，大大提高了甘蔗的生产效率和产量。
但是在甘蔗收获过程中，经常会出现甘蔗的断尾问题，对甘蔗的品质和市场竞争力造成了一定的影响。
针对这一问题，传统的解决方法是通过调整收获机的前进速度和切割高度，以期降低甘蔗的断尾率。
但是这种方法效果有限，为了解决这一难题，需要对小型甘蔗收获机中的断尾机构进行创新设计。
二、研究目的本研究旨在对小型甘蔗收获机中的断尾机构进行创新设计和仿真试验分析，以提高甘蔗的收获效率和品质。
具体目标如下：1. 分析甘蔗断尾机理和机构特点，确定创新设计的目标和要求；2. 设计创新型的甘蔗收获机断尾机构，并进行仿真试验；3. 对仿真试验结果进行分析和优化，以达到最优化的设计效果。
三、研究内容及进展本研究的主要内容包括以下三个方面：1.梳理文献资料，分析甘蔗断尾机理和机构特点，明确创新设计的目标和要求。
根据文献资料，甘蔗断尾是由于甘蔗的尾部和底部梗直径较小，容易被收割器的刀片顶起，从而导致甘蔗的断裂。
因此，甘蔗收获机的断尾机构需要具备一定的弹性和自适应性，能够有效地吸收刀片的能量，降低刀片接触甘蔗时的压力，以减少甘蔗的损失。
2.设计创新型的甘蔗收获机断尾机构，并进行仿真试验。
基于上述分析，本研究提出了一种全新的钢带弹性缓冲断尾机构，该机构具备较高的弹性和柔韧性，在切割过程中能够有效地缓解甘蔗与收割器的碰撞力，从而减少甘蔗的断裂率。
接下来，本研究将进行基于ADAMS的仿真试验分析，验证该机构的可行性和有效性。
3.对仿真试验结果进行分析和优化，以达到最优化的设计效果。
根据仿真试验结果，本研究将对机构的设计参数进行调整和优化，以达到最佳的收获效果和品质。
目前，本研究已完成了文献资料梳理和甘蔗断尾机构的创新设计，正准备开始仿真试验分析。
甘蔗收获机的关键零部件的优化设计与创新
甘蔗收获机的关键零部件的优化设计与创新甘蔗收获机是一种专门用于收割甘蔗的农业机械设备。
它的关键零部件的优化设计和创新对于提高甘蔗收割效率、降低劳动强度、提高农民收入具有重要意义。
本文将从甘蔗收获机的关键零部件——刀具系统、输送系统和控制系统进行优化设计和创新的角度进行探讨。
一、刀具系统的优化设计与创新甘蔗收获机的刀具系统是决定收割效率和质量的重要部分。
目前刀具系统主要采用的是液压割刀，然而存在着切割不平整、刀具磨损较快等问题。
因此，优化设计和创新刀具系统是提高甘蔗收割机性能的关键。
首先，可以考虑采用高硬度、高强度的合金材料作为刀具材质，以增加刀具的耐磨性和使用寿命。
同时，改变刀具形状，增加刀具的切割面积，提高切割效率。
刀具的自动磨刀装置也是一个关键的创新点，能够及时修复和调整刀具的切割性能，延长刀具使用寿命。
其次，利用传感器和智能控制系统实现对刀具系统的自动监测和调整。
通过监测刀具的工作状态、磨损程度等参数，及时调整刀具的工作参数，确保刀具的切割效果。
二、输送系统的优化设计与创新甘蔗收获机的输送系统主要负责将切割好的甘蔗移送至接收设备。
目前的输送系统存在着传输效率低、易堵塞等问题。
因此，优化设计和创新输送系统是改善甘蔗收获机性能的关键。
一种可能的优化设计和创新是利用无人机技术来辅助甘蔗的运输。
无人机可以通过悬挂装置将切割好的甘蔗直接运输到目的地，避免了传统输送系统的堵塞和运输效率低的问题。
同时，无人机还可以通过激光雷达等传感器技术实现智能避障，确保甘蔗的安全运输。
另一种可能的创新是采用新型输送带材料，增加摩擦力，减少甘蔗的滑移。
此外，设计合理的输送系统结构，如增加输送带张紧装置、优化输送带的宽度和速度等，可以提高输送系统的传输效率。
三、控制系统的优化设计与创新甘蔗收获机的控制系统是整个机器的“大脑”，负责控制刀具、输送系统等关键部件的工作。
目前的控制系统存在着响应速度慢、易发生故障等问题。
因此，优化设计和创新控制系统有助于提高甘蔗收获机的工作效率和稳定性。
整秆式甘蔗收割机新型收获方式的设计与试验
(E-mail)ouying@
伏甘蔗有效扶起，针对这种情况设计了螺旋 棍式双刀盘机构，通过双刀盘上的螺旋棍把 未能被有效扶起的甘蔗向后输送，以免造成 喂入口的堵塞。
组合式扶起装置和螺旋棍式双刀盘耙 送机构皆安装在机架上，跨过甘蔗收获行进 行工作。在工作时，能被组合式扶起装置有 效扶起的甘蔗通过夹持输送装置进行输送， 同时对于未被组合式扶起装置有效扶起的 甘蔗通过螺旋棍式双刀盘机构向后耙送，从 而使收割机能够顺利收获，避免堵塞以及减 少损失。
在多年来从事甘蔗收割机研究的基础 上，设计了螺旋棍式双刀盘耙送装置。本装 置主要由螺旋棍和双刀盘机构两部分组成。 对于组合式扶起装置不能扶起的甘蔗，首先 通过组合式扶起装置的推扶将甘蔗完全推 倒成顺倒伏（倒伏角为 0°），然后再通过螺 旋棍式双刀盘机构将甘蔗向后耙送。本装置 有效地解决了未被扶起的严重倒伏甘蔗的 损失问题。
Abstract: Sugarcane for serious lodging (lodging angle less than 15 °), this paper proposed the concept for the first time that new harvesting methods of the whole stalk sugarcane harvester type. According to the conceptual design, Combined lifting device and Spiral stick-type double disk harrow, which could complete to lift serious lodging fell to the ground and lifting of sugarcane can not be sent to the rake. This new way of harvesting is not only an effective solution to a serious lodging of sugarcane, but also to avoid the lodging of sugarcane was not blocked the entrance and the header. Through used to design and analysis software, such as pro-E, ADAMS, virtual prototype model was established to carry out the processing and trial of the prototype and field trials. It can complete for lifting, gripping, cutting, lateral transfer, set stack and release processes, with supporting 48kW tractor and using front suspension, the efficiency of their production for the 0.225 hectares / h. Key words: sugarcane; new harvesting methods; design; test
甘蔗收获机的改进设计与创新技术研究
甘蔗收获机的改进设计与创新技术研究甘蔗是一种重要的经济作物，广泛种植于热带和亚热带地区。
它不仅提供了甜味剂和食品加工的原料，还可用于生物燃料和酒精生产。
甘蔗的种植和收获过程对劳动力和时间要求较高，因此如何改进甘蔗收获机的设计和引入创新技术成为提高产量和效率的关键。
在现有的甘蔗收获机设计中，许多问题需要被解决。
首先，传统的甘蔗收获机往往不够灵活，无法适应地形多变的农田。
其次，机械行进速度过快，无法保证收割质量。
另外，对于甘蔗本身的多样性特征，例如不同高度、不同品种的甘蔗，传统的机械收割机无法适应，容易造成资源浪费和产量损失。
因此，改进设计和引入创新技术是至关重要的。
首先，在甘蔗收获机的设计上，可以引入多轴驱动系统，以提高机械的灵活性和适应性。
通过新增悬挂装置和独立悬浮系统，可以更好地适应地形起伏，保证机械顺利行进。
同时，可以在机械的后部安装调整装置，根据不同甘蔗的高度和倾斜角度进行自动调整。
这样一来，甘蔗收获机可以更好地适应农田环境和不同品种的甘蔗，提高收割质量。
其次，在创新技术方面，可以利用计算机视觉和人工智能技术来实现智能化的甘蔗收获。
通过安装高分辨率摄像头和传感器，可以实时监测甘蔗的状态和位置。
通过图像识别和深度学习算法，可以对甘蔗进行自动识别和分类，进而优化机械的收割动作。
例如，可以在收获机械上安装机械手臂，根据甘蔗的位置和高度进行自动抓取和切割。
这样一来，可以大大提高收割效率和质量，同时减少对人力的依赖。
此外，在机械结构方面也可以进行创新。
例如，可以引入振动分离技术，通过机械振动将甘蔗与杂质分离。
这样一来，可以避免杂质对甘蔗的破坏和损耗，提高甘蔗的品质和产量。
同时，可以在机械的储存装置上进行优化设计，增加存储容量，延长机械的使用时间。
这样不仅可以减少中途卸载次数，还可以减少能源消耗和环境污染。
除了机械本身的改进设计和创新技术应用，还应加强相关领域的研究和合作。
例如，与农业专家和农民合作，了解实际的种植和收获需求，以确保机械的设计和创新技术的应用与实践相结合。
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表 1 2 种不同安装方式结果分析
Table 1 Result analysis of two different installation methods
固有参数 Inherent parameter
静变形量 Static deflection /mm
自然频率 Natural frequency /Hz
甘蔗的同时能避免较多重叠甘蔗引起堵塞。如图 2 所示为改进后的切割输送装置。 1.2 切割系统布局的改进
切割器刀盘的振幅对破头率有显著影响，振动 越小，破头率越低[16]。原样机切割系统前置，切割 器悬挂在车架上方的 2 个油缸上，来自发动机及剥 叶系统等振源的激励传递到切割器后，由于局部质 量较小，所以被激起的振幅较大，加剧宿根的破头 率。汽车结构有限元分析表明，汽车整机的振动在 前后轮间最小[17]；Gupta C P 等[18]通过中置切割器 来改善其动态刚性。据此，改进后的切割系统布置 在收割机的前后轮之间。提升架上有 2 个铰链，前 面铰链与一端固定在机体上的提升缸连接，后面铰 链和车架铰接。
1.调节孔 2.提升缸 3.喂入辊 4.侧板 5.提升架 6.浮动辊 7.浮动 槽 8.连接板 1. Adjustment holes 2.Lifting cylinder 3.Feeding roller 4.Side plate 5.Lifting frame 6.Floating roller 7.Floating tank 8.Connecting plate
低为 4.7%，蔗茎合格率由原来的 51.0%提高到 82.5%，喂入量由原来 1.129 kg/s 提高到 1.894 kg/s。该文可为整秆
式小型甘蔗收获机的机械设计提供参考。
关键词：甘蔗；收割机；试验；切割系统；破头率
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.003
切割装置直接影响收割机的生产率、宿根破头 率、含杂率等主要性能指标和整机的可靠性[12-14]。 原样机采用双圆盘切割器，切断的甘蔗易堆积在喂 入口而不能顺利进入后续的物流通道。改进后（见 图 2）将切割器安装在提升架 5 的前端，在刀盘上 增加用橡胶包裹的螺旋提升秆以实现甘蔗的提升 和向后输送，还可防止高速旋转的螺旋秆对甘蔗的 损伤。另外，在螺旋上方和齿轮箱下方之间的刀轴 上增加橡胶拨片，限制甘蔗从两侧穿出。切割器刀 盘与蔗垄面的角度对割茬损失有较大影响[15]。原样 机刀盘角度是固定的，改进后在切割器两侧连接 2 块侧板，通过侧板上的调节孔可以方便的调整割刀 的角度。通过试验得到，当调节刀盘与蔗垄面成 10° 时切割质量最好。
响，设计切割器应该考虑减振措施。这些研究均取 得了很大进展，为甘蔗收获机的设计提供了依据。
本文从降低甘蔗收割机的破头率及提高甘蔗 的通过率出发，对原样机切割系统的切割输送装 置、布局和提升方式等进行改进，并在改进样机上 增加一个辅助喂入辊。通过振动测试系统对改进样 机刀盘的振动进行测试，并进行田间对比试验验证 该改进的合理性，以期为小型整秆式甘蔗收割机的 设计提供理论依据与技术支持。
第 15 期
麻芳兰等：小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验
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一对输送辊 6、7 及提升缸 2 组成。切割器前置， 通过提升机构悬挂在车架前方。收割机工作时，割 台上的压蔗秆 1 将前方甘蔗压至一定角度后，由双 圆盘切割器切断根部，在机器前进和刀盘高速旋转 的作用下及固定在车架上的喂入输送辊的夹持输 送下将蔗秆传送到通道内。提升缸 2 固定在割台导 轨上，用于提升切割器来适应不同的垄高作业。田 间试验发现，该样机存在割台可调性差、喂入量低 和破头率高等缺陷[11]。本文针对所述问题对原样机 切割系统进行局部改进和优化，并增加辅助喂入装 置，使其在收获作业中满足机械化收获的要求。 1.1 切割和输送装置的改进
图 2 改进后的切割系统 Fig.2 Cutting system after improvement
输送装置由一对喂入辊和一对输送辊组成。原 样机上下 2 对辊间的间隙是固定的，不利于较粗直 径或重叠甘蔗的输送。改进后喂入输送辊总成装配 到侧板 4 上，侧板上有支座，通过螺栓把喂入输送 辊总成固定在提升架 5 上。第二对辊的上辊 6 采用 浮动设计，通过连接板 8 可绕喂入辊 3 中心沿浮动 槽 7 浮动，从而可以增大上下辊间隙，在夹持输送
悬壁梁式的安装方式下，悬伸端 A 点在切割器 重力作用下的静变形为：
δst = mgC3 / 3EI 系统的自然频率为：
（1）
ωn = 3EI / mC3 悬伸端点处的刚度为：
（2）
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农业工程学报
2014 年
K = 3EI / C3
（3）
式中：m 为切割器的质量，kg；C 为悬臂的长度，m；
E 为梁的弹性模量，GPa；I 为抗弯截面惯性矩，N/m。
从表 1 中可以看出，在相同条件下 A 点的变形 量大于 B 点，简支梁安装方式的自然频率和刚度均 高于悬臂梁的安装方式。改进后的布局提高了切割 器的动态刚性，降低刀盘振幅，有利于降低宿根破 头率。同时，切割系统中置使物流系统的高度不受 前桥的限制，既降低整机重心保持机器的平稳性， 又有利于物流的输送。 1.3 切割系统提升方式的改进
图 3 改进前后切割器的安装方式
Fig.3 Installation of cutter before and after improvement
改进前后 2 种布局方式可简化为如图 3 所示。 前后轮胎相当于 2 个支撑点，前者可视为悬壁梁式 的安装方式，后者可视为简支梁式的安装方式，根 据材料力学梁的弯曲与刚度理论[19]和机械振动理 论[20]分析可知：
注：a、b 分别为切割器安装位置距前后轮的距离，m；A、B 点为切割 器与车架作用点。 Note: a、b is respectively distance between the cutter position to the front and back of the tire, m; A、B are the point of action between cutter and frame.
1 切割系统的技术改进
广西大学研制的小型整秆式甘蔗收割机如图 1 所示，其切割系统由切割器 3、一对喂入辊 4、5 和
收稿日期：2013-11-16 修订日期：2014-07-01 基金项目：广西工信委项目（桂工信投资[2013]258 号）；广西制造系统 与先进制造技术重点实验室科研项目（13-051-09S02）。 作者简介：麻芳兰（1976－），女，副教授，主要从事先进制造技术、 CAD/CAE 研究。南宁 广西大学机械工程学院，530004。 Email: 247987750@
第 30 卷 第 15 期
农业工程学报
18 2014 年 8 月
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
Vol.30 No.15 Aug. 2014
小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验
麻芳兰，韦荣发，范志达，赵 静
中图分类号：S225.5+3
文献标志码：A
文章编号：1002-6819(2014)-15-0018-07
麻芳兰，韦荣发，范志达，等. 小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验[J]. 农业工程学报，2014，30(15)： 18－24.
Ma Fanglan, Wei Rongfa, Fan Zhida, et al. Improvement and experiment on cutting system of small whole-stalk sugarcane harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(15): 18－24. (in Chinese with English abstract)
简支梁式的安装方式下，B 点在切割器重力作
用下的静变形为：
δst = mga2b2 / 3EIL 系统的自然频率为：
（4）
ωn = 3EIL / ma2b2 简支梁 B 点处的刚度为：
（5）
K = 3EIL / a2b2
（6）
式中：L 为前后轮的轮距，m。
将刀盘的安装尺寸代入以上公式，2 种不同安
装方式的结果对比如表 1 所示。
1.压蔗秆 2.提升缸 3.切割器 4、5.喂入辊 6、7.输送辊 1.Knock-down bar 2. Lifting cylinder 3. Cutter 4、5. Feeding roller 7. Conveyor roller
图 1 原样机简图 Fig.1 Schematic diagram of original prototype
4.9 ×10−9 EI
送速度，在割台前方增加一个辅助喂入辊。辊 1 的 圆周上等角度排列 8 组 V 形齿的喂入元件 2，喂入 元件通过螺栓固定在喂入辊上。辊筒圆周上喂入元 件间不规则的焊接分流片 3，当甘蔗根数较多或甘 蔗间相互缠绕严重时起到分流作用，整体结构如图 4 所示。喂入元件由橡胶制成，耐磨性好，增大了 与甘蔗间摩擦力的同时又避免损伤甘蔗。甘蔗直径 均值为 26.88 mm[22]，以此为参考设计截面尺寸。V 形截面齿保证了甘蔗和的齿间的对中性，不同直径 的甘蔗都能经齿间 V 形口的夹持往后输送。当切断 的甘蔗与主动喂入辊接触时，喂入辊产生的切向力 会促使甘蔗加快向后输送，有利于物流通道的顺 畅。通过试验得到，当辅助喂入辊转速为 550 r/min 时输送效果最好。