甘蔗收割机切割装置的结构设计

甘蔗收割机切割装置的结构设计

李鹏;胡东方;梁祖华

【摘要】According to the characteristics and stress analysis of the entire rod sugarcane harvester -4 ZL1400-1 , a rea-sonable cutting device structure was designed .By adjusting the speed of the cutter head and the harvester , changing the inclination of the cutter head and cutting angle in different terrains and different planting spacing and different height of the earth ,sugar cane of Guangxi foothills was cut test .The optimizational working parameters were given by the tests .The tests verify the structure of the cutting device is reasonable ,and the cutting performance is reliable .%根据整秆式甘蔗收割机-4 ZL1400-1的特点及受力分析，设计了合理的切割装置结构。通过调整刀盘转速、收割机行走速度、刀盘倾角以及刀片切割角，在不同地形、不同种植行距和不同培土高度环境条件下对广西丘陵地带甘蔗进行切割试验。试验结果给出了优化的工作参数，验证了所设计的切割装置结构合理、切割性能可靠。

【期刊名称】《农机化研究》

【年(卷),期】2013(000)012

【总页数】4页(P105-107,111)

【关键词】甘蔗收获机;切割装置;结构设计;优化

【作者】李鹏;胡东方;梁祖华

【作者单位】河南科技大学机电工程学院，河南洛阳 471003;河南科技大学机电工程学院，河南洛阳 471003;河南科技大学机电工程学院，河南洛阳 471003【正文语种】中文

【中图分类】S225.5+3

0 引言

甘蔗收获机械技术一直是限制我国甘蔗生产全程机械化的关键技术[1]。切割器是

甘蔗收获机的关键部件，其性能优劣直接关系到收获效率和甘蔗破头率，影响甘蔗第2年的生长。因此，切割装置一直是甘蔗收割机设计的核心部件。

近几年来，国内不少高校教师和学生针对甘蔗收割机切割器的切割质量进行不同方面的研究，尤其是广西大学的专家及一些资深人士，主要研究田间地面不平引起的频率与振幅等振动原因，以及切割器的结构参数和运动参数对切割性能的影响。

国外(如泰国、澳大利亚、日本等甘蔗主要产区)也对甘蔗收割机的切割装置的机理进行深度研究，主要针对刀片的切割角度、刀盘倾角、刀盘转速对切割器的影响及刀片的不同形状(月牙形、梯形和矩形等)对切割质量的影响等方面。但是目前这些切割装置还存在着许多问题，如性能、制造成本和切割质量等因素亟待进一步探索研究。

1 切割器主要零件的设计

1.1 切割装置的模型及工作原理

1.1.1 模型设计

本文设计的甘蔗收割机切割装置主要由齿轮箱、左切割组件和右切割组件等3部

分组成。切割组件包括圆形刀盘、旋转支撑轴和刀片。刀盘安装在旋转轴的最下端，6把刀片均匀安装在刀盘的圆周周围且在刀盘的底面，切割器刀片刀刃的一边伸出

到刀盘以外，以螺钉的形式固定；齿轮箱内安装有相互联系的齿轮组传动且与旋转轴套的顶端连接，为了避免切割过程中的刀具碰刀和撞刀等问题，双圆盘上的刀片设计成交错设置。本次甘蔗收割机的设计主要是针对甘蔗收割过程中切割损坏、喂入及输送甘蔗的能力进行了考虑，有效防止了甘蔗的堵塞和损伤。切割装置模型如图1所示。

1.刀盘

2.刀片

3.刀轴

4.刀箱总成图1 切割装置三维图

1.1.2 工作原理

甘蔗收割机在收割过程中,首先用螺旋杆扶蔗器扶正由于受天气影响倒伏的甘蔗;然后，利用双圆盘上的刀片进行切割；接着，利用旋转轴旋转将砍下来的甘蔗输送到通道装置,切割后的甘蔗在通道工作区域进行拨叶和分叶,最后将甘蔗输送出去进行

集堆并整理。

1.2 主要零件及参数

1.2.1 刀盘参数

以往切割装置的刀盘有单圆盘和双圆盘。为了使甘蔗更好地被切割，本切割器设计采用双圆盘刀盘。通过旋转支撑轴同心连接一起，刀片均匀安装在刀盘底部，刀刃突出在刀盘之外80mm左右。其实际参数如下：

两个刀盘的中心距/mm：504

刀盘直径/mm：500

刀盘倾角r/(°)：15(机器工作时可调)[2]

1.2.2 刀片

刀片[5]是切割器的主要部件，需要满足3个条件，即坚韧耐磨、锋利和形状合理。目前使用的刀片形状有矩形刀片、梯形刀片和月牙形刀片。根据相关文献[3]研究

表明，矩形刀片在切割甘蔗时是刀刃以砍切方式切断甘蔗的，其砍切力最大。切割型式如图2所示。

图2 刀片砍蔗的受力分析

由受力分析可知，矩形刀片切割甘蔗时的作用力垂直过甘蔗中心，在刀刃上没有分力，是砍切式切断甘蔗，从而可设计出矩形刀片参数为：

刀片厚度/m：5

刀片刃角/(°)：17.65

刀片长度/mm：170

刀盘上刀片数量/个：6(均匀安装在刀盘底部)

1.2.3 旋转轴

作为甘蔗收割机切割装置的支撑部件是不可缺少的，因此刀盘旋转轴的设计尤其关键。为了简化设计，旋转轴采用阶梯轴的结构，目的是很好地与轴承和齿轮(旋转轴还增添了一个主链轮)配合，以达到切割过程中切割器运动最佳的工作状态。

2 试验设备及实验条件

2.1 试验设备

试验机采用河南科技大学机电工程学院和洛阳某企业联合研制生产的4ZL1400-1整秆式甘蔗联合收割机。该收割机符合我国南方甘蔗收割的特点(大部分是丘陵地带)，收割机主要性能指标如下：

型号：4ZL-130-1

型式：整秆式收割、输送、剥叶

整机质量/kg：4 500

最高行驶速度/km·h-1：≤8

最小离地间隙/mm：240

适应行距/m：0.7～1.2

收割行数/行：1

2.2 试验条件