甘蔗收獲機(jī)喂入輥的改進(jìn)設(shè)計(jì)

蔡力 陳金鑫 王海波

摘要 ? ?甘蔗收獲機(jī)的喂入系統(tǒng)位于物流通道的前方，是甘蔗收獲機(jī)的重要組成部分，而喂入輥是喂入系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，直接影響甘蔗向后輸送的通暢性。為了降低甘蔗輸送物流堵塞的概率以及提高喂入輥的壽命，本文設(shè)計(jì)了一款新型耙齒喂入輥。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新型耙齒喂入輥能夠有效降低物流堵塞概率。

關(guān)鍵詞 ? ?甘蔗收獲機(jī);喂入輥;仿真分析

中圖分類號(hào) ? ?S225 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）15-0172-01 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

甘蔗是我國(guó)制糖工業(yè)的重要原料[1]，設(shè)計(jì)出高效的整稈式甘蔗收獲機(jī)將會(huì)大幅提升甘蔗收獲效率，利于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。整稈式甘蔗收獲機(jī)的喂入系統(tǒng)不僅影響甘蔗宿根的破頭率和切割質(zhì)量，對(duì)甘蔗在收獲機(jī)中的物流通順性也有影響[2]。喂入輥又是喂入系統(tǒng)中的重要部件，因而設(shè)計(jì)一種高性能的喂入輥具有重要意義。針對(duì)甘蔗收獲機(jī)的喂入輸送物流系統(tǒng)方面已有一些研究。沈中華等[3]建立了甘蔗輸送系統(tǒng)的模型，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)增加一級(jí)喂入輥能夠有效降低甘蔗在輸送系統(tǒng)中的堵塞概率;周 ?勇等[4]設(shè)計(jì)了一種斜置式甘蔗切割機(jī)喂入裝置，通過正交試驗(yàn)找到了高喂入率的性能參數(shù)。本文對(duì)影響喂入效果的零件進(jìn)行仿真分析，得到了一種性能優(yōu)良的新型耙齒喂入輥，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了新型耙齒喂入輥的性能效果。

1 ? ?結(jié)構(gòu)與工作原理

喂入系統(tǒng)主要由喂入輥和輸送輥等2個(gè)部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。甘蔗收獲機(jī)在工作時(shí)，喂入系統(tǒng)接收來(lái)自切割器切割好的甘蔗，喂入輥的耙片通過與甘蔗表面摩擦作用力，提供甘蔗向后輸出的動(dòng)力，并由輸送輥夾持迅速送入后續(xù)的剝?nèi)~斷尾機(jī)構(gòu)進(jìn)行甘蔗的剝?nèi)~和去尾工作。

2 ? ?現(xiàn)有喂入輥存在的問題以及改進(jìn)

2.1 ? ?喂入輥現(xiàn)有問題分析

課題組通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到甘蔗收獲機(jī)在甘蔗喂入輸送系統(tǒng)中的整個(gè)輸送狀態(tài)（圖2）。可以發(fā)現(xiàn)，存在輸送甘蔗動(dòng)力不足問題，導(dǎo)致有些甘蔗不能進(jìn)入耙片當(dāng)中;同時(shí)由于耙片間隙過大出現(xiàn)甘蔗漏入喂入輥形成卡死現(xiàn)象。

一是田間生產(chǎn)的甘蔗直徑不一，現(xiàn)有耙齒的設(shè)計(jì)依據(jù)平均直徑，并不能良好兼容不同直徑的甘蔗;二是原有設(shè)計(jì)矩形齒為直角，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中、強(qiáng)度不足;三是輕量化設(shè)計(jì)不足，由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏心，在甘蔗的輸送中容易壓縮甘蔗的物流通道，最終造成甘蔗的物流堵塞。

2.2 ? ?喂入輥的改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問題，利用三維繪圖軟件設(shè)計(jì)出了一款新型的耙齒喂入輥，如圖3所示。材料彈性模量為0.007 8 GPa，泊松比0.47，材料密度1.25 g/cm3。新型梯形齒喂入輥對(duì)于甘蔗的輸送具有自適應(yīng)調(diào)心的功能，使甘蔗在物流輸送通道中不會(huì)左右擺動(dòng)，就不會(huì)由于漏輸送甘蔗發(fā)生卡死現(xiàn)象（圖4）;新型耙齒喂入輥還能夠有效兼容不同直徑的甘蔗，包裹性更強(qiáng)。為更好地體現(xiàn)工作時(shí)受力狀態(tài)，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)喂入輥耙片進(jìn)行受力分析（圖4）。在相同的載荷下，梯形齒形的喂入輥耙片更穩(wěn)定，形變更小;改進(jìn)前的喂入輥耙片最大工作應(yīng)力值為37.1 Pa，改進(jìn)后的梯形喂入輥耙片最大應(yīng)力值23.4 Pa，且改進(jìn)前后出現(xiàn)應(yīng)力最大值處也相同，說(shuō)明梯形齒形的喂入輥更能適應(yīng)工作應(yīng)力更大的場(chǎng)合（圖5）。

2.3 ? ?喂入輥耙齒應(yīng)用

設(shè)定喂入輥轉(zhuǎn)速分別為165、200、230 r/min，得到甘蔗在物流通道的滯留時(shí)間，每個(gè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行10次試驗(yàn)，最后取平均值（表1）。結(jié)果表明，在喂入輥轉(zhuǎn)速一致的情況下，改進(jìn)后的喂入輥使甘蔗的滯留時(shí)間同比減少18.5%～24.8%，能有效降低甘蔗在物流通道的堵塞概率;隨著轉(zhuǎn)速的提高，滯留時(shí)間也減少，喂入輥在轉(zhuǎn)速為230 r/min時(shí)，較165 r/min滯留時(shí)間減少31%。說(shuō)明適當(dāng)提高喂入輥轉(zhuǎn)速能有效降低甘蔗滯留時(shí)間，降低物流通道堵塞概率。

3 ? ?結(jié)論

（1）新設(shè)計(jì)的新型耙齒喂入輥，最大工作應(yīng)力值較改進(jìn)前小，可適應(yīng)更大的工作應(yīng)力場(chǎng)合。

（2）改進(jìn)后的喂入輥使甘蔗的滯留時(shí)間同比減少18.5%～24.8%，能有效降低甘蔗堵塞概率，為后續(xù)物理樣機(jī)的開發(fā)提供了參考依據(jù)。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] 張長(zhǎng)獻(xiàn)，魯華.廣西甘蔗機(jī)械化收獲現(xiàn)狀及建議[J].農(nóng)業(yè)工程，2019，9（4）：5-9.

[2] 李尚平，鄧雄，葉才福，等.甘蔗切割器螺旋提升機(jī)構(gòu)輸送性能分析與改進(jìn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（5）：21-28.

[3] 沈中華，范博，李尚平.提高整稈式甘蔗收割機(jī)喂入速度的仿真試驗(yàn)及改進(jìn)效果[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，43（4）：451-455.

[4] 周勇，區(qū)穎剛，莫肈福.斜置式甘蔗切割喂入裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（14）：17-23.