甘蔗收获机前置式切段装置机理及试验研究
发布时间：2020-05-31 02:44
【摘要】：甘蔗收获机械化能显著降低收获成本,提高收获效率,是我国甘蔗生产发展的必然趋势。切段装置是切段式甘蔗联合收获机中重要工作部件,也是耗能较大的部件,切段性能直接决定了切段长度和蔗段合格率等重要收获指标。目前,我国甘蔗机械化收获水平低下,对切段装置的相关研究尚为空白,现有收获机皆为切段装置后置式,在收获严重倒伏弯曲甘蔗时存在收获流程堵塞问题。本文通过理论分析、仿真模拟和试验研究,初步阐明了滚切式切段机理,研究了切段装置结构和工作参数对切段质量的影响规律,基于研究提出“压倒-根切-切段-输送”收获流程并设计前置切段式割台,提高了切段式收获机对我国弯曲倒伏甘蔗的适应性,保证整机作业效率。主要得到如下结论:1.通过理论分析,给出了无夹持切段长度经验公式及滚切装置装刀准则公式;提出了蔗茎发生实质分离的时刻,并以之为界将切段过程分为滚切阶段和抛送阶段;分析了滚切过程刀片及蔗茎的运动与受力,指出上、下刀片受力不等的特性;得出辊筒结构参数是影响切段质量的决定性因素,滚切运动除了产生直接切割损失外,还会对断口端面产生挤压造成间接损失;将有夹持切段功耗分解为滚切过程、抛掷过程、抵消辊筒阻滞过程,无夹持切段功耗分解为喂入姿态调整过程、滚切过程、自喂入过程、蔗段抛送过程。2.建立了“切段装置-甘蔗”的三维动态仿真模型,基于ANSYS/LS-DYNA软件,对切段过程进行了仿真模拟,得出切段过程与理论分析相吻合,并通过多参数模型仿真得知当辊筒半径为160 m,交错深度为6 mm,辊筒转速为300 r/min时,蔗段断口获得最小轴向应力峰值为1.39×107Pa,有利于提高断口质量,且三个因素对该应力峰值均影响显著。3.设计了切段装置试验台,通过高速摄像记录了不同工况、不同条件下蔗茎的切段过程,获知了平齐、台阶状、破边、挤压和劈裂几种断口形成过程及碎屑、碎块、挤压、破边等切段损失形式;总结出蔗茎在切段过程中的运动包括翘起、跳动、旋转、翻转等多种形式;依附于蔗茎的蔗叶切断形式为有支撑切断,游离于蔗茎的蔗叶切断形式为无支撑撕裂,前者切断效果要优于后者,蔗叶尾部切断效果最差,附茎蔗叶不可去除,构成了含杂率的固有组成部分。4.针对无夹持切段的切段质量与切段功耗试验表明:蔗段长度系数λ取值范围为0.72～0.73;蔗段合格率随辊筒转速升高呈上升趋势,随交错深度增加出现先增大后减小趋势,破边和挤压构成断口破坏的主要形式,破边随转速提高出现弱小增长趋势,挤压则随转速升高有较大下降幅度,二者随交错深度增大都呈现先减少后增多的趋势,劈裂总数占比较小。当辊筒转速为290 r/min,交错深度小于6.3 mm时,蔗段合格率最优为89.6%。切段功耗有随喂入量升高而增大的趋势,不同喂入工况下,刀片正置式结构平均功耗优于反置式结构。5.针对弯曲甘蔗在后置切段易堵塞的问题,提出了“压倒-根切-切段-输送”收获流程,设计了切段装置前置式割台,并与整机融合,通过田间试验验证了该收获模式对我国弯曲甘蔗有较好的适应性,田间作业切段长度系数λ=0.7,变异系数为0.19,在作业效率2 km/h时,蔗段合格率为89.2%,在最大作业效率4 km/h时,蔗段合格率为88.8%。
【图文】：
中国农业机械化科学研宄院博士学位论文逦第一章绪论逡逑刀片滚切并被抛出，上、下辊筒刀片靠传动系统保持严格的配合关系，以保证切段质量，图１－２逡逑为滚切式切段装置示意图。逡逑爹逡逑甘蔗流向逦ｖ＾／逡逑图１－邋２滚切式切段装置示意图逡逑１．上切段辊２．刀片３．下切段辊逡逑由于蔗茎切段能耗较大，加上甘蔗高杆密植的特点，，切段辊筒一般单独由液压马达提供动力。逡逑负载具有循环式脉冲的特点，为了维持装置系统运转的平稳性，往往在高速轴上设有惯性轮。辊逡逑筒圆周方向一般布置２－４排切段刀片，每排数量４－６个，刀片的工作要求是既要锋利耐磨，又要有逡逑足够的刚度和强度，因此刀片刃角不能过小。刀片一般通过高强度螺栓固定于刀片安装座上，保逡逑证方便维修更换。为了保证上、下刀片的配合质量，方便刀片磨损后的调整，装置普遍设有调刀逡逑机构。图１－３为切段刀片的示意图。逡逑ＩＺＺＺＩＺＺＩＺＺＺ＾＾邋Ｋ逡逑ｎ逦ｎ＾逦ｔ逡逑图１－邋３切段刀片主视图与侧视图逡逑１．２．２切段装置工作特点逡逑切段过程是将甘蔗茎杆切成２５－４０邋ｃｍ不等的蔗段，这使得蔗茎断口数量大大上升，蔗茎内部逡逑组织与空气接触面积剧X棧崃系脑耸溆氪⒋婊方诙冀龃筇欠值淖庖蟛捎们卸问绞栈皴义系恼崃显冢保缎∈蹦谌胝ィ郏担ǎ
本文编号：2689150
【图文】：
中国农业机械化科学研宄院博士学位论文逦第一章绪论逡逑刀片滚切并被抛出，上、下辊筒刀片靠传动系统保持严格的配合关系，以保证切段质量，图１－２逡逑为滚切式切段装置示意图。逡逑爹逡逑甘蔗流向逦ｖ＾／逡逑图１－邋２滚切式切段装置示意图逡逑１．上切段辊２．刀片３．下切段辊逡逑由于蔗茎切段能耗较大，加上甘蔗高杆密植的特点，，切段辊筒一般单独由液压马达提供动力。逡逑负载具有循环式脉冲的特点，为了维持装置系统运转的平稳性，往往在高速轴上设有惯性轮。辊逡逑筒圆周方向一般布置２－４排切段刀片，每排数量４－６个，刀片的工作要求是既要锋利耐磨，又要有逡逑足够的刚度和强度，因此刀片刃角不能过小。刀片一般通过高强度螺栓固定于刀片安装座上，保逡逑证方便维修更换。为了保证上、下刀片的配合质量，方便刀片磨损后的调整，装置普遍设有调刀逡逑机构。图１－３为切段刀片的示意图。逡逑ＩＺＺＺＩＺＺＩＺＺＺ＾＾邋Ｋ逡逑ｎ逦ｎ＾逦ｔ逡逑图１－邋３切段刀片主视图与侧视图逡逑１．２．２切段装置工作特点逡逑切段过程是将甘蔗茎杆切成２５－４０邋ｃｍ不等的蔗段，这使得蔗茎断口数量大大上升，蔗茎内部逡逑组织与空气接触面积剧X棧崃系脑耸溆氪⒋婊方诙冀龃筇欠值淖庖蟛捎们卸问绞栈皴义系恼崃显冢保缎∈蹦谌胝ィ郏担ǎ
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