甘蔗收获机切割系统结构改进设计及输送仿真

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1、甘蔗收获机切割系统结构改进设计及输送仿真　　引言　　物理样机切割系统主要由切割器、提升机构、夹紧装置组成，如图1所示。其主要作用就是砍倒甘蔗，并且把甘蔗顺利输送到后面的剥叶断尾机构中去，这是小型甘蔗收获机收割甘蔗的基础。通过课题组自主研发的物理样机进行物流输送试验研究发现，甘蔗的未通过率达到40%左右，多根甘蔗不能由切割器切割后顺利输送到物流输送通道，更不能进入剥叶断尾装置，甚至出现堵塞情况。试验发现，切割系统中提升装置和切割器设计存在缺陷，需改进切割系统并进行物流输送验证研究。【图1略】　　1物理样机切割系统物流输送试验分析　　对物理样机进行甘蔗地田

2、间试验研究，结果显示物流系统出现严重堵塞现象，如图2所示。由图2可见，所砍甘蔗都从切割器通过螺旋装置进入到剥叶断尾物流系统，并且这行走过程中后面没有漏割的甘蔗，第1级物流输送的通过性还好，但是物流通道较小，发生堵塞。【图2略】　　第2种试验情况是模拟甘蔗的生长状况，把甘蔗直接插在地上，试验物理样机的砍蔗以及物流的输送功能。试验结果不理想，通过率很低，多根甘蔗输送不到物流系统。　　通过蔗地砍蔗试验研究发现:　　1)物流通道太小，切割器刀轴外套筒之间甘蔗通过的有效宽度太小(l=240mm)。在工作过程中，切割器两边的螺旋同时把甘蔗往切割器中间推打，使甘蔗不

3、容易进入后面物流。　　2)切割器提升装置结构存在问题。物理样机切割台架的提升仅仅提升的是切割器，后面甘蔗输送装置和剥叶断尾装置都是固定的，当垄高超过200mm时，甘蔗不能顺利输送到物流通道。课题组前期做过统计，广西大部分蔗地垄高普遍在0～250mm范围内，因此必须对提升方案进行改进。　　　　2切割系统结构改进设计　　　　2．1切割器改进设计　　物理样机试验研究存在物流通道堵塞现象，其主要原因是切割器上两套筒的间距是240mm，通道太小。按甘蔗直接30mm计算，在甘蔗不重叠的情况下最多通过的甘蔗只能是240/30=8根;但是切割器上还有螺旋提升装置，工作

4、的时候两切割器上的螺旋提升装置把切割的甘蔗往两刀轴的中间位置推打，实际能并排同时推进的甘蔗根数很少。间距太小，当切割多根甘蔗时，容易在切割器的位置出现甘蔗的重叠，对输送有一定的堵塞影响，因此要加大两滚筒之间的间距。对甘蔗地的统计表明，最多的一簇甘蔗有10根，所以在此基础上初步确定套筒之间间距按300～350mm设计。滚筒的尺寸参考物理样机的尺寸不变，d=165mm，如图3所示。【图3】　　　　切割器设计时，首先确定刀轴之间的距离L才能确定传动齿轮的型号参数。为了便于加工以及圆整齿轮的齿数和两套筒之间的距离l，取L=480mm，则l=L－d=315mm。

5、　　参照前面选择小排量的马达，齿轮箱必须按照降速设计，因此可采用两小两大齿轮传动。根据液压马达的选择，要求降速比≥2，在此选择降速比为2，z1/z2=1/2，则L=2d1+d2，d=mz。其中，d1为小齿轮分度圆直径;d2为大齿轮分度圆直径;z1为小齿轮齿数;z2为大齿轮齿数。选取m=4，把L=480mm带入上式得:z1=30，d1=120mm，z2=60，d2=240mm。　　另外，物理样机上刀轴安装采用三轴承定位，上面两个轴承相距太近，刀轴悬臂太长，刚性不高，需拉开两轴承间距提高刚性。基于理论分析，改进切割器机构设计如图4所示。【图4】　　2

6、．2提升机构改进设计　　试验分析表明:物理样机仅仅提升切割器，不能适用所有的工况，特别是垄高超过200mm的情况。　　试验研究发现，甘蔗不能顺利输送到剥叶装置;原物理样机提升切割器后夹紧装置采用人工夹紧，效率很低且不能及时调整在不同垄高切割的情况。基于此，考虑改进提升方案，采用切割器和喂入输送辊以绕断尾稍提升的方式。这种提升方案需要把切割器和喂入输送辊总成固定在提升架上，提升架的前端要连接切割器，另一端要安装铰链，通过铰链把提升架和车架连接起来。根据前面分析，原有样机切割系统存在的问题是甘蔗在物流输送时通过性不好，这是由于切割器提升而喂入输送辊不固定，

7、提升切割器过程中两组件差距增大造成的。所以，把喂入输送成也组装成一个整体，固定在提升架上面，整体提升。基于上述研究，确定切割系统最终方案如图5所示。【图5】　　　　3甘蔗通过输送机构的仿真分析　　为了验证改进后的切割系统是否能够把甘蔗顺利提升以及输送到剥叶断尾机构，通过使用ADAMS虚拟仿真分析的方法来分析不同垄高情况下收获机在切割过程中的输送情况。　　3．1甘蔗柔性体的创建　　为了真实地模拟甘蔗的输送情况，对甘蔗建立柔性体，应用ANSYS划分X格建立mnf文件，在ADAMS中导入mnf文件，再添加哑物体，将甘蔗进行柔性化处理。由于甘蔗建立柔性体的理论

8、研究已经很成熟，在这里不加以论述。　　3．2切割系统模型的建立　　根据上节分析，最终确定甘蔗收