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中国是甘蔗种植以及蔗糖消费的大国,甘蔗年产量约1.2×108t每年,约占世界总产量的1/7,在我国的食糖总产量中,蔗糖占八成以上,可见甘蔗在我国农业产业中的重要地位。由于大部分种植于丘陵地带和受季风影响使收获效率低,劳动强度大,这既影响着以种植甘蔗为主的农民的生存环境,也影响着我国蔗糖业的发展以及食糖的供应。收获效率低使到甘蔗种植的成本居高不下,不但农民的生产积极性下降,而且使到我国的蔗糖产业的国际竞争力越来越小,蔗糖的对外依赖程度加大。 文中首先对我国甘蔗种植现状进行的分析,并与国外甘蔗种植进行比较,得出国外的机械化甘蔗收获难以在国内推广应用,我国必须发展自己的甘蔗收获机以满足小地块倒伏严重的甘蔗收获要求,并且避免已有甘蔗收获机压实蔗田的情况。在充分的论证基础上,确定的收获机应该具备的行走性能,砍蔗工作效率,工作能量来源等关键问题,并对机器进行了详细的设计和加工出样机进行试验。最终设计并制作出总重约140 kg,整机长1.1 m,宽0.55 m的微型甘蔗收获机。 收获机使用履带式行走机构,利用双电机进行驱动,以锂电池作为驱动的能量来源。履带片由平顶输送带贴上橡胶形成,提高了底盘上台阶的能力。利用冲击气缸带动刀具切断甘蔗,刀具的移动利用气缸的驱动实现。气源部分由汽油发动机、空气压缩机以及气罐组成,都整合到微型收获机上,实现收获机的独立运行。操作者可以通过线控和无线控制对收获机进行操作。 本文对收获机的履带型走机构,变幅机构进行了详细的设计。设计中利用PROE进行几何建模以及机构静力学分析,利用ANSYS进行应力分析,最大限度的保证设计过程的可靠性。对带动刀具进行砍蔗的冲击气缸的特性进行研究,得出工作压力,储气腔容量以及进出气口大小对冲击气缸性能的影响,为进一步优化砍蔗部件提供了重要理论参考。 本文利用LS-DYNA对甘蔗的切割过程进行仿真,通过与试验的对比,发现在仿真中速度的变化对切割力大小趋向的影响与试验结果吻合,切割力最大值的相对误差小于20%。动刀倾角为0°时,切割力最小,动刀速度在一定范围内,切割速度越大切割力越大。 文中对上一代样机的变幅机构进行了改进,减缓了末端的低频晃动,并对刚度进行了测试,得出经过改进的变幅机构刚度总体较上一代样机好。为甘蔗收获机设计了远程操控的部分功能,利用无线视频和无线控制信号传送初步实现远程控制。对无线通信响应速度的测试表明最快的响应速度在100ms以内。室内砍蔗试验表明砍蔗器的切割效率达到每分钟30次以上。室外模拟实验结果表明收获机具备一定的蔗田甘蔗收获能力。 对甘蔗器的试验也表明收获机在结构设计、减振设计以及控制方法上有改进的空间。