小型整杆式甘蔗收割机剥叶系统功耗试验研究

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1、2015年4月农机化研究第4期小型整杆式甘蔗收割机剥叶系统功耗试验研究麻芳兰，韦荣发，王海波，赵静(广西大学机械工程学院，南宁530004)摘要:剥叶系统是整杆式甘蔗收割机的核心部分。为研究剥叶系统功耗的影响因素，通过在自制的小型整杆式甘蔗收割机上进行单因素试验，分别研究甘蔗喂入量、甘蔗弯曲程度、甘蔗直径等3个因素对剥叶系统功耗的影响，并进行田间验证试验。结果表明:甘蔗喂入量及甘蔗直径对剥叶系统的功耗有显著影响，应综合蔗地实际种植密度、蔗杆直径等因素来匹配剥叶系统的功率。此试验为小型整杆式甘蔗收割机剥叶系统的机械设计提供了参考依据。关键词:甘蔗收割机;剥叶系统;方差分析

2、+中图分类号:S225．53文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0163－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.039种基于数值模拟正交试验的方法，在大型CAE软件0引言ANSYS上分别建立不同因素水平的剥叶元件的三维甘蔗是我国南方种植的主要经济作物之一，其生有限元模型，从而快速地找出剥叶机构的最佳设计参［9］产对我国农业经济发展具有重要的战略意义。然而，数。牟向伟、区颖刚等设计了一种弹性齿滚筒式甘在国际竞争的巨大压力下，我国的蔗糖产业面临巨大蔗剥叶装置，以解决整杆式甘蔗收割机剥叶过程中含挑战，主要原因是甘蔗生产成

3、本高，而降低甘蔗成本杂率和折断率高的问题。本文从功耗的角度，分别以的关键是实现全程机械化。目前，我国甘蔗收获机械甘蔗喂入量、甘蔗直径和甘蔗弯曲程度为因素，对自化水平低，是甘蔗生产发展的瓶颈。因此，实现和推制的小型整杆式甘蔗收割机进行剥叶系统功耗的试广机械化甘蔗收获已成为蔗农和糖厂迫切期望解决验研究，以期为整杆式甘蔗收割机的设计提供依据。［1－3］的问题。1材料和方法我国在20世纪70年代起就开始了甘蔗机械化收［4－5］获的艰辛探索和试验研究，并取得了一定成就;1．1试验设备和材料但由于甘蔗生长和种植的复杂性，目前还没有一款成试验采用与广西某企业联合开发的小型整杆式熟的甘

4、蔗收割机。受我国甘蔗种植地形、种植模式和甘蔗收割机，配套动力为91kW，轮距为1200mm，糖厂制糖工艺等因素的影响，整杆式甘蔗收割机是我如图1所示。［6］国目前研制的重要机型。但是，收割机工作时剥叶系统功耗过大等问题限制了这种机型的发展。剥叶系统是整杆式甘蔗收割机的核心部分，剥叶过程中辊筒带动剥叶元件一起高速旋转，依靠剥叶刷对甘蔗的摩擦、推挤、打击等作用来实现蔗叶与蔗秆［7］的分离。国内很多学者对甘蔗收割机剥叶系统做了大量的理论和试验研究，但主要研究不同类型剥叶［8］刷的剥叶性能及其装夹方式。蒙艳玫等提出了一收稿日期:2014－04－18基金项目:广西制造系统与先进制

5、造技术重点实验室项目(13－051－09S02)1．耙叶辊2．下剥叶辊3．上剥叶辊4．剥叶马达作者简介:麻芳兰(1976－)，女，广西横县人，副教授，硕士生导师，博士，(E－mail)lan－mal@126．com。图1甘蔗收割机简图通讯作者:韦荣发(1988－)，男，广西河池人，硕士研究生，(E－mail)Fig．1Diagramofsugarcaneharvester247987750@qq．com。剥叶系统位于切割喂入总成之后，由耙叶辊和·163·2015年4月农机化研究第4期上、下剥叶辊组成。剥叶装置由液压马达带动，可以统的功率，因此需将马达的负载压力转换为剥叶

6、系统实现无级调速，耙叶装置和剥叶装置通过皮带传动，的功率，转换公式为转速比为7:9。测试仪器包括HM20通用型压力变送ΔP×V×nP=器、uT3004S采集卡、24V车载电源、测速仪及计算机η×1000×60等。试验材料采用广西钦州某农场品种为“粤糖其中，P为剥叶系统的功率;ΔP为马达负载压力;159”的甘蔗，为上一年的宿根蔗，甘蔗的平均高度V为马达排量(80mL/r);n为马达转速;η为总效率，取80%(机械效率取95%，马达的容积效率取85%)。为2500mm，直径为24～32mm。1．2试验原理与数据处理1．3试验方法试验原理如图2所示。根据对广西多个蔗区的实地调

7、查，每簇甘蔗的数量在1～8根之间，簇间距大多为400mm。采取人工喂入的方式，分别选取甘蔗根数、不同弯曲程度以及不同直径大小做单因素试验，每次试验测试3次。在每次试验过程中，尽量挑选直径及弯曲程度相同的甘蔗以减少试验误差。在前期试验基础上，选取以下最佳组合参数:剥叶辊转速850r/min，耙叶辊转速680r/min，输送辊转速250r/min。2试验结果与分析图2试验原理结构图Fig．2Thestructureoftestprinciple2．1甘蔗数量对剥叶系统功耗的影响压力变送器采集剥叶马达的压力，通过调整甘蔗通过对时域波形的处理，得