甘蔗收割機集堆機構設計

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1、甘蔗收割機集堆機構設計 甘蔗收割機集堆機構設計 2014/08/26 《現(xiàn)代農業(yè)裝備雜志》2014年第三期 1雙側傾卸式集堆機構 雙側傾卸式集堆機構就是使集堆箱能夠在液壓缸的驅動下實現(xiàn)左右翻轉，當翻轉超過90時使甘蔗滑出集堆箱。目前有人工調整型斜集雙側傾倒的集堆機構和自動斜集雙側傾倒的集堆機構兩種形式[4]。人工調整型斜集雙側傾倒的集堆機構在作業(yè)過程中需增加人工配合動作，當集堆機構向左傾卸甘蔗時，用銷子將箱體和底座連接處的左側的銷孔銷住，這樣箱體就可以繞此銷軸旋轉；向

2、右卸甘蔗時就把右側的銷孔銷住來實現(xiàn)右側傾倒。人工調整型斜集側倒集堆機構在以斜集的方式縮小長度尺寸的同時，還實現(xiàn)了在左右兩側都能卸載甘蔗，且其結構簡單，只需要一個液壓缸，成本低廉。但該集堆機構最大的局限在于卸蔗的時候需要人工配合鎖定一側的插銷，操作比較麻煩，不能直接方便地通過機器改變集堆箱的傾卸方向而實現(xiàn)全程自動化；而且傾卸翻轉時集堆箱轉動半徑較大，重心位置位移量大，影響了整個運動的穩(wěn)定性。自動斜集雙側傾倒的集堆機構收集甘蔗的原理與三角集堆機構相同，其不同之處在于向側面卸載甘蔗。卸載過程為：向上傾斜25的集堆箱收集到一定的甘蔗后，在液壓缸的驅動下以集堆箱底的中軸為轉軸向一側翻轉，當翻轉角度大于9

3、0時，甘蔗滑出箱體被傾卸到一側地面上；然后集堆箱還原，繼續(xù)收集甘蔗；當整機轉彎后反向行走時，集堆箱往另一側翻轉傾卸甘蔗。該機構結構簡單，操作簡便，可實現(xiàn)全自動化左右兩側卸載甘蔗。但采用了2個液壓缸，質量大，成本稍高。上述幾種集堆機構共同的局限性在于，當集堆裝置進行卸蔗作業(yè)時，需要收割機暫時停止收割作業(yè)，這樣影響了收割機的作業(yè)效率。 2連續(xù)回轉式甘蔗收割機集堆機構設計 2.1集堆機構的功能要求綜合考慮以上幾種典型的甘蔗集堆機構的優(yōu)缺點，所設計的甘蔗集堆機構應滿足以下幾個要求：1）順利收集剝葉后的甘蔗，不漏集；2）實現(xiàn)把收集好的甘蔗全部平穩(wěn)傾卸，不造成甘蔗雜亂堆砌和大量損傷；3）雙側均能傾卸甘

4、蔗；4）收集甘蔗的速度與收割機收割甘蔗的速度相匹配，滿足實際生產(chǎn)需要；5）卸出甘蔗時不需要收割機暫時停止收割作業(yè)。 2.2建立集堆機構的模型根據(jù)上述甘蔗集堆機構的功能要求，設計出一種新型甘蔗集堆機構，如圖1所示。該機構主要構件為刮板、底板、傳動軸、鏈輪、鏈條。圖2是集堆機構的主視圖。該甘蔗集堆機構固定在收割機后部，其最高處（刮板頂端）比輸送裝置出口的最低處要低300~500mm。其在甘蔗收割機上的安裝位置如圖3所示。甘蔗集堆機構卸載過程如下：1）剝葉后的甘蔗從輸送通道中帶一定的初速度飛出，在重力作用下落在集堆機構的底板上；2）每兩塊刮板與底板形成一個長槽狀的空間，甘蔗在此空間內形成集堆。在刮

5、板的導向作用下，大部分甘蔗縱向落入長槽中，少數(shù)由于甘蔗之間的相互作用成不規(guī)則分布；3）刮板在鏈條的帶動下不間斷地回轉，相當于長槽沿鏈條軌跡不間斷地做回轉運動。長槽內的甘蔗堆在刮板的帶動下也隨之移動，當甘蔗堆移動至底板兩側邊緣時，甘蔗離開底板，在重力的作用下滑落至滑板上（滑板固定在收割機的縱梁上，與水平方向成45向下傾斜）；4）滑板的引導作用使甘蔗順利滑落至地面，避免卸載過程中甘蔗相互影響導致卸載不順暢、卸載后擺放雜亂等問題；5）刮板可根據(jù)甘蔗需要卸載的方向順時針或逆時針回轉。 2.3集堆機構的結構參數(shù)甘蔗收割機的作業(yè)效率與集堆機構收集、卸載甘蔗的效率密切相關。本文設計的集堆機構，最大的特點在

6、于能無間斷地把收集到的甘蔗卸載至地面上，卸載時收割機無需暫停作業(yè)，同時也實現(xiàn)了集堆、卸蔗兩個作業(yè)階段的無縫連接，提高了收割機的作業(yè)效率。為了作業(yè)過程的順利進行，設計集堆機構時重點考慮了如何使甘蔗在集堆機構上達到良好的鋪放效果。根據(jù)甘蔗從剝葉通道中出來后的運動軌跡，可知大多數(shù)甘蔗的運動范圍，以此確定集堆機構的主要尺寸：底板長、寬；刮板長、高；傳動軸長度及兩軸間距；兩側擋板的長、寬、高。 2.3.1刮板的結構參數(shù)刮板在甘蔗集堆和卸載的過程中均發(fā)揮作用，是本集堆機構的一個重要部件。每組刮板由兩塊矩形鋼板相互垂直焊接而成，其中底部的鋼板為豎直的鋼板提供支撐，豎直的鋼板起兩個作用，一是集堆，二是甘蔗卸

7、載時為蔗堆提供動力。鋼板兩端面輔以梯形狀鋼板，為刮板與鏈條的連接提供裝配位置。假設甘蔗集堆時均沿集堆機構前后方向縱向鋪放。為了保證甘蔗收割機的效率，集堆機構應盡可能多地收集甘蔗，但甘蔗集堆過多會導致甘蔗卸載不順暢，影響集堆機構的效率。因此鋪放時應把甘蔗重疊數(shù)控制在2~3層，如圖4所示。根據(jù)對臺糖F66甘蔗的測量數(shù)據(jù)：甘蔗蔗莖平均長度2600mm、甘蔗蔗莖平均直徑30mm。確定2塊矩形鋼板尺寸為長2090mm、厚6mm，其中豎直鋼板的高度84mm，如圖5所示。 2.3.2底板的結構參數(shù)底板應為甘蔗的鋪放和集堆留有足夠的空間。底板的尺寸很大程度上決定了集堆機構的整體尺寸，因此在滿足集堆效率的前提

8、下應采用相對緊湊的設計。根據(jù)與刮板與底板的裝配關系，底板總長為2083mm，總寬1322mm。為便于甘蔗卸載，底板兩側邊緣處設計成1/4圓弧狀，圓弧半徑108mm，如圖6所示。 2.3.3傳動軸與鏈輪的結構參數(shù)傳動軸既是刮板回轉運動的傳動部件，又是集堆機構安裝在甘蔗收割機底盤上的支承部件。傳動軸工作時轉速不高，但卸載甘蔗時蔗堆較多，刮板負載較大，因此傳動軸應具有足夠的硬度、彎曲疲勞極限和扭轉疲勞極限，如圖7所示。 2.3.4擋板與滑板甘蔗從剝葉通道出來后具有一定的初速度，部分甘蔗向后被拋至集堆機構以外的范圍，少數(shù)甘蔗會向集堆機構的兩側竄出。為保證甘蔗從剝葉通道出來后全部落到集堆機構上，在集

9、堆機構后方與兩側分別布置擋板，如圖8所示。擋板用鋼板剪裁而成，作用是限制甘蔗的運動范圍，使絕大多數(shù)甘蔗落在集堆機構上。其中后擋板直接固定在收割機底盤縱梁上，兩側擋板通過軸承座與立柱實現(xiàn)軸承連接，可繞軸承座旋轉一定的角度。當收割機作業(yè)時，卸蔗一側的擋板向外旋轉一個角度，以不影響甘蔗卸載為準?；灏惭b在收割機兩側縱梁上，位于集堆機構下方，與水平方向成45向下傾斜。卸蔗過程中甘蔗離開集堆底板時落在滑板上，在滑板的導向作用下整齊地滑落至地面。 2.4集堆機構驅動與控制方式集堆機構的回轉運動由液壓馬達提供動力，經(jīng)減速器減速后帶動一側轉軸轉動，通過鏈條帶動另一側轉軸同步轉動。作業(yè)過程中可通過液壓油路中的

10、換向閥實現(xiàn)順時針、逆時針回轉方向的切換。 3整稈式甘蔗收割機集堆機構的試驗 3.1試驗目的本試驗目的是通過甘蔗收割機實地作業(yè)，檢驗本文所設計的集堆機構能否達到設計要求，即順利收集剝葉后的甘蔗、把收集好的甘蔗全部平穩(wěn)卸載、卸載的甘蔗整齊排放在地面上、雙側均能傾卸甘蔗、能較長時間工作、工作效率較高等。 3.2試驗設備本試驗采用的甘蔗收割機為HN4GZL-132型整稈式甘蔗收割機樣機，發(fā)動機功率132kW，采用液壓馬達驅動集堆裝置的刮板做回轉運動，如圖9所示。 3.3試驗對象實驗對象為本課題組設計的一種新型整稈式甘蔗收割機集堆機構，見圖10。 3.4試驗材料本試驗在湛江農墾田間進行，甘蔗品

11、種為臺糖F66，甘蔗倒伏嚴重，如圖11所示。 3.5試驗結果圖12為整稈式甘蔗收割機集堆機構進行田間試驗的現(xiàn)場。試驗選取向甘蔗收割機前進方向的右側傾卸甘蔗。在試驗過程中，剝葉后的甘蔗從剝葉通道被拋出，大部分直接落在集堆機構上，少數(shù)拋出速度較高或向左側拋出的甘蔗分別被后擋板和左側擋板擋住后仍落在集堆機構上。集堆刮板的導向作用使甘蔗縱向排列，在刮板間的長槽中形成集堆。刮板連續(xù)回轉，長槽中的蔗堆被刮板推至集堆底板兩側邊緣，在重力作用下滑落至地面?；逶诟收峄溥^程中起到導向作用，使甘蔗落地后與收割機保持一定距離，避免被壓壞。收割機田間收割作業(yè)表明，本文設計的集堆機構可實現(xiàn)甘蔗集堆、傾卸過程的無縫連

12、接，把收集好的甘蔗平穩(wěn)、整齊地傾卸到地面上，滿足預想的設計要求。 4結論與討論 本文設計的整稈式甘蔗收割機集堆機構實現(xiàn)了雙向連續(xù)回轉，甘蔗集堆與傾卸過程無縫連接且配合良好，傾卸甘蔗時不需要暫停收割作業(yè)，從而使得收割機作業(yè)過程流暢，提高了收割機的連續(xù)作業(yè)時長和作業(yè)效率。 作者：陳連飛梁宇達鄒小平楊丹彤劉慶庭單位：廣東省農業(yè)機械試驗鑒定站華南農業(yè)大學南方農業(yè)機械與裝備關鍵技術教育部重點實驗室 上一個文章： 茶園生產(chǎn)機械化的應用下一個文章： 沒有了