甘蔗收获机的创新设计.docx

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甘蔗收获机的创新设计摘要:甘蔗种植在我国有着悠久的历史,蔗糖业是我国不可缺少的产业。目前,甘蔗从种植、施肥管理到收获,大部分由人工完成,特别是甘蔗收割,劳动强度大,仍是劳动密集型的产业。为了提高劳动生产效率和经济效益,有必要设计一种甘蔗收获机,其功能包括扶蔗、砍蔗、喂入、输送、断尾、剥叶、集蔗这几个模块,并且能够很好地适应南方甘蔗种植地块小,且分布在不同的坡地或水田特殊的地理状况,降低蔗农的劳动强度,提高效率,获得更高的经济效益。关键字:甘蔗收获机 机械 自动化引言我国是世界甘蔗生产大国,2007年种植面积为2142.6万亩,总产量占世界的5%左右,居世界第四位。甘蔗是我国制糖工业的主要原料,其种植区域主要分布北纬24°以南的热带和亚热带地区,如广西、广东、福建等省区。广西作为发展蔗糖业自然条件最优越的地区,蔗糖业发展很快,已成为广西经济的支柱产业,糖产量占全国产量的50%以上,是广西农民最重要的经济收入来源,也是许多地方财政收入的重要来源。蔗糖业的发展直接影响到广西1600多万蔗农的生计和社会的稳定。[2]自加入WTO以来,我国蔗糖业面临着原糖进口配额和关税变化的冲击,市场竞争十分激烈。我国目前蔗糖生产成本过高,糖价在国际市场竞争中没有优势。因此,提高甘蔗生产技术水平是亟待解决的问题,因此实现甘蔗生产全程机械化显的尤为重要。但是由于我国地域宽广,土壤条件和生态环境都不尽相同,各地出产的甘蔗无论在产量还是在外观上都不尽相同,给甘蔗收获机械的研制和推广带来了很大的难度,所以甘蔗收获机械技术一直未得到广泛应 用,已成为制约甘蔗生产全程机械化的瓶颈。[3]现设计一小型甘蔗收获机,甘蔗收割流程方向示意图如图1所示:图1小型甘蔗联合收获机包括扶蔗、砍蔗、喂入、输送、断尾、剥叶、集蔗这几个模块,而甘蔗输送效率的高低则取决于喂入、输送、断尾、剥叶等模块的可靠性,以下介绍了甘蔗物流过程的各部件,分析了各部件的结构、工作原理以及整机的工作过程。甘蔗收获机各部件的名称及整体结构简图如图2所示:图2扶蔗部件功能分析及设计甘蔗是高杆作物,广西以及我国南方,东南亚地区有台风,季风,甘蔗容易倒伏,即使不倒伏,也有散开现象。倒伏以后的甘蔗不容易扶直,所以对于甘蔗收获机,不但要求能够收割直立的甘蔗,也应该能够收割倒伏的甘蔗,以提高机器的适应性。同时给下一个作业(切割、断尾、剥叶等)创造有利条件,提高其作业质量。收获机的扶蔗器采用螺旋扶蔗器[7]。利用螺旋扶升理论,结构比较简单,容易实现参数化设计。所以在前人研究扶蔗器的基础上,采用的是螺旋扶蔗器,为了实现小型化和适应我国南方田地特点的要求,采用合适的参数,可以实现其功能。同时采用螺旋扶蔗器也符合整机的安排,配合砍蔗和压倒装置的使用,使甘蔗的流程比较顺畅。其机构如下图[4]所示图3在确定甘蔗收获机螺旋扶蔗器的运动参数时,将甘蔗倒伏状态分为:1)甘蔗向机车前进的垂直方向倒伏;2)向垂直方向的前方倒伏;3)向垂直方向的后方倒伏,见图4。图4台架部件功能分析及设计甘蔗收获机在收割甘蔗的过程中,经常会遇到甘蔗的垄高不一样,甘蔗的种植高度也不同的情况,同时考虑整机通过高的障碍物,就必须考虑安装固定和调整扶蔗筒和砍蔗刀盘的高度和角度。台架部分就是解决这个问题而采用的可调节机构,同时它也是扶蔗器、刀盘、耙轮的安装支架。为了保证调节的连续性和方便性,本文采用液压缸驱动来实现,同时台架上还需要承受很大的砍蔗冲击力,所以必须保证台架有很好的刚度和抗振能力。在台架的提升设计中考虑两种方案:一种是采用四连杆机构原理,用液压缸平行提升台架;另一种是采用摇杆滑块机构原理,用液压缸斜推提升台架。图5 图6根据力矩平衡原理可以推出四连杆机构所需液压缸的推力比摇杆滑块机构更大,根据动力学分析得出四连杆刚度要比摇杆滑块机构的刚度差,而且四连杆机构需要使用多个铰链,而摇杆滑块机构仅需要3个,两边一起6个铰链,考虑到铰链的间隙和数量太多必然影响台架在受冲击时的稳定性,抗振能力下降。[5]虽然四连杆机构可以保证刀盘的角度不变化,但是作为安装刀盘的台架的稳定性不够会直接影响刀盘的轴向振动和横向振动,从而降低砍蔗质量。摇杆滑块机构的台架的提升对刀盘的角度会引起变化,但它的角度变化主要是不工作时整个台架提升用来过垄或通过障碍物,工作状态仅仅是微调,道具的角度改变很小,基本不影响砍蔗质量,而且比四连杆式台架相对具有较好的稳定性。所以本文设计的甘蔗收获机选用摇杆滑块机构作为台架的抬升方案。断尾部件功能分析及设计断尾去梢是甘蔗收割很重要的一部分,它一方面要保证甘蔗尾部没有经济价值的部分,使其再砍到以后不会随甘蔗进入后面的流程,以免尾部大量的蔗叶造成堵塞,影响整机效率。另一方面,在尾部时应该有一定的判断,去尾太

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