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甘蔗是我国重要的经济作物,种植面积居世界第三位。但是,我国甘蔗生产机械化技术,尤其是机械化收获技术相对落后,造成甘蔗生产效率低、成本高,影响我国制糖业在国际市场的竞争力。依照现阶段我国甘蔗种植业和制糖业的总体技术水平,甘蔗收获适宜采用整秆式收获方式。我国甘蔗主要种植区域集中在南方沿海省份,每年受台风等影响,甘蔗倒伏严重。如何解决倒伏甘蔗的收获已经成为制约整秆式甘蔗收割机发展的瓶颈问题。国内外扶蔗装置主要有螺旋式和拨指链式两种形式。田间试验表明,螺旋式扶蔗装置对于倒伏甘蔗的适应性较差,对于倒伏严重(倒伏角低于30°)的甘蔗扶起效果差,无法适应整秆式甘蔗收割机的技术要求。目前未见到国内外对于拨指链式扶蔗装置的试验研究,设计、研究新型拨指链式扶蔗装置,对于优化整秆式甘蔗收割机结构,提高其工作质量,具有重要的理论意义和实用价值。
针对螺旋式扶蔗装置存在的问题,参考水稻、芦苇等收割机的扶禾机构,设计了拨指链式扶蔗装置,该装置结构紧凑、关键部件可调,调节简便,能适应多种不同状态的倒伏甘蔗,扶起范围大,扶蔗效果好,扶起后甘蔗能以正确的姿态喂入夹持输送装置,完成砍切、输送等后续工作。
本文在拨指链式扶蔗装置试验台上进行了扶蔗效果影响因素试验,包括正交试验、单因素试验、高速摄影试验、多根甘蔗试验和对比试验等试验,优化了扶蔗装置的机构参数,完成了以下工作:
(1)通过正交试验,得出了影响扶蔗效果的4个因素由主到次依次为:台车前进速度(vm)、下链轮转速(n)、导轨偏角(β)、导轨倾角( α)。各因素对扶起后甘蔗倒伏角有显著影响。
(2)通过台车前进速度单因素试验、下链轮转速单因素试验、不同前进速度的下链轮转速单因素试验、导轨倾角单因素试验、速比K与导轨倾角交互作用影响试验、导轨偏角单因素试验、不同的倒伏状态对于扶蔗效果的影响试验、不同侧偏角对于扶蔗效果的影响试验、导轨侧偏距单因素试验等,研究了各因素对于扶蔗效果的影响规律,并得出了拨指链式扶蔗装置的参数组合:扶蔗器导轨倾角为60°、扶蔗器导轨偏角为10°、侧偏移量200mm、前进速度与速比K符合K=-5.026vm+5.056(vm=0.1~0.4m/s)的关系,对于倒伏角大于15°(或者倒伏甘蔗离地高度大于300mm)、侧偏角大于30°各种倒伏甘蔗均能达到较好的扶蔗效果。
(3)通过高速摄影试验,观察扶起过程拨指的运动过程,总结扶蔗规律。拨指链式扶蔗装置能够产生有效的扶蔗作用的关键是拨指能插到甘蔗下部并产生一定的有效接触长度,可以将甘蔗搂住或者托起,同时拨指与甘蔗接触位置应该在自甘蔗重心位置向下200mm~700mm的范围内。
(4)通过多根甘蔗试验,模拟田间甘蔗的倒伏状态,检验扶蔗装置的适应性和实际通过性能,得出,拨指链式扶蔗装置对于每茬密度1~5根/茬,种植密度为6~15根/米的甘蔗均能起到有效的扶起作用。扶蔗成功率和扶蔗效果,随种植密度的增大而降低。
(5)通过螺旋式与拨指链式扶蔗装置扶蔗效果对比试验,比较二者的技术特点、适用范围和各自优缺点:螺旋式扶蔗装置只适用于倒伏角大于30°的倒伏状态的甘蔗,其扶起过程稳定、噪音小,对甘蔗破坏小;拨指链式扶蔗装置可用于扶起倒伏角大于15°(或者倒伏甘蔗离地高度大于300mm)各种倒伏状态的甘蔗,扶蔗范围明显大于螺旋式,但是其噪音大、对甘蔗破坏严重。