砍蔗刀盘切割深度对宿根破头率影响的研究

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1、2015年2月农机化研究第2期砍蔗刀盘切割深度对宿根破头率影响的研究1231111周建阳，朱艳，李尚平，陆安山，何永玲，薛斌，潘宇晨(1．钦州学院物理与电子工程学院，广西钦州535000;2．钦州市科学技术局，广西钦州535000;3．广西民族大学，南宁530004)摘要:甘蔗的宿根破头率对第2年甘蔗发芽率有很大的影响。为此，基于课题组研发的全自主知识产权甘蔗收割机，研究砍蔗刀盘的切割深度对宿根破头率的影响。田间试验表明:砍蔗刀盘的切割深度对宿根破头率有显著影响;随着刀盘切割深度的增加，甘蔗的宿根破头率反而减少;相比不入土切割，砍蔗刀盘入土切割的甘蔗宿根破头率降低6

2、0%。关键词:甘蔗;宿根破头率;砍蔗刀盘;切割深度+中图分类号:S225．53文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0186－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.044dp0引言ì=0ïdxïïdm国内许多学者对砍蔗过程进行了细致的机理研í=0(1)dx究。例如，华南农业大学的区颖刚、刘庆庭等教授根ï2ïïdy据甘蔗根部的受力情况，对甘蔗根部切割机理进行了îEI2=0dx［1－5］深入的探讨和研究;广西大学李尚平教授研究了2高刚性切割器对砍蔗质量影响［6］等。基于实际样机式中E—基桩弹性模量(N/m);4研究砍

3、蔗刀盘切割深度对宿根破头率影响的文献较I—基桩截面惯性矩(m);少，本文结合实际的样机研发，探索甘蔗收割机砍蔗M—单元截面弯矩(N/m);刀盘切割深度对宿根破头率影响，为后续实际样机的Q—单元截面剪力(N)。研发及试制提供依据。1切割模型1．1入土切割模型［7］华南农业大学卿上乐在其博士论文中对比分析了入土切割与不入土切割时甘蔗的实际生长情况，［8］并采用广州建筑科学研究所於法明所提出的研究侧向承受载荷的地下连续墙或挡土桩的传递矩阵分析方法分析甘蔗茎秆在作用下的内力与变形。其将土壤对甘蔗的支撑简化为多个水平弹簧(刚度系数为K)作用在各个单元上，甘蔗上端的受力简化为水

4、平面的剪力Q0和弯矩M0。受力模型如图1所示。考虑0－1两个节点间的单个梁单元dx，受力分析结果为图1基于基桩模型的甘蔗受力图Fig．1Basedonsugarcanebytryingtopilemodel收稿日期:2014－03－14将式(1)整理可得水平位移与载荷的关系式为基金项目:广西制造系统与先进制造技术重点实验室项目(11－013－4dy12s04);钦州学院校级科研项目(2013XJKY－13B)EI=0(2)4dx作者简介:周建阳(1986－)，男，湖南永州人，助教，硕士研究生，(E－mail)369398611@qq．com。对式(1)累计积分，可以

5、得到任一截面内力与变形·186·2015年2月农机化研究第2期2情况为dY惯性质量m的质量惯性矩为m(X－x)。其2ì11312dty(x)=(C1X+C2X+C3X+C)ïEI62中，Y是瞬时位移。ïï11显然，平衡方程为íΘ0(X)=EI(2C1X+C2X+C3)(3)ïd2yd2YïM(X)=C1X+C2EI2=mg(Y－y)+P(X－x)－m2(X－x)(6)ïdxdtîQ(X)=C1由式(7)可知，蔗秆弹性变形是由于自身的惯性与在节点0处，X=0，位移y(x)x=0=y0，转角作用在甘蔗上压蔗力P导致的，而这两个力始终存在。θ(x)x=0=θ0，弯矩M(x

6、)x=0=M0，剪力Q(x)x=0=Q0当不入土切割时，甘蔗在压蔗辊的作用下，给蔗桩剪切。代入以上方程组，整理可得力和弯矩，超过甘蔗所能承受的极限或者切割甘蔗不ì1312y(x)=Q0X+M0X+Θ0X+y0ï6EI2EI是一刀切断时，就会出现图2(b)所示的现象—甘蔗蔗ïï11桩劈裂，致使甘蔗宿根破头。íΘ0(X)=2EIQ0X+EIM0X+Θ0(4)ï2切割实验ïM(X)=Q0X+M0ïîQ(X)=Q02．1实验设备从式(4)可以看出:入土部分蔗桩所受应力不发生自主研发的全知识产权整杆式甘蔗收割机，功率改变，蔗桩面受力均匀;甘蔗有发达的根系，砍蔗刀盘为91kW，

7、全液压驱动，如图3所示。入土切割一定深度时，泥土层趋于坚固状态，甘蔗宿根被牢牢固定，不会因受力不均匀出现甘蔗宿根劈裂的现象。因此，从机理上来说，甘蔗被切断后，宿根破头率不会太高，后面实验也可以证实此结论。1．2不入土切割将甘蔗生长模型进行适当的简化:甘蔗为均匀细长杆，重力集中在蔗杆中部;甘蔗只受水平方向上的压倾力。重心以上的甘蔗不受力，简化后基本的力学模型图3整杆式甘蔗收割机如图2(a)所示。其中，P为甘蔗受到的压倾力。甘蔗Fig．3Thewholesugarcaneharvester蔗桩受力及实际甘蔗劈裂情况如2(b)所示。2．2实验设计2．2．1实验目的研究