甘蔗收割机

甘蔗收割机 第一章概述 ?1-1甘蔗收割机研究背景 农业的根本出入在于机械化，实现农业机械化不但是为了有效的解决“三农”问，减轻农民的负担，加速建设我国社会主义现代化农业，缓和加入WTO之后我国蔗糖业所受到的严重冲击，而且对于推进生产力的发展，加快世界工业化进程，都有着十分重要的意义。当今世界机床业已经有了很大的发展，无论是CNC系列还是加工中心，世界上的装备业已经具备了相当的水平。工业机械的飞速发展，小麦收割机、水稻收割机等谷物联合收割机的更新换代，大大的推进了当今世界工业化的进程，这也同样使得甘蔗联合收割机的发明研究成为十分的必要与迫切。 一、农业机械概况 (一)农业机械的类型 农业机械分固定作业和田间作业两大类。固定作业的农业机械在作业过程中位置固定不动，其工作部件由内燃机、电动机或由拖拉机的动力输出装置驱动，如各种农产品加工机械等。田间作业的农业机械有自走式及由拖拉机牵引、悬挂、半悬挂等几种类型。它们各自的特点如下: 自走式:本身具有发动机、行走装置、操向装置等。可独立进行田间作业，机动灵活，视野良好，设计时不受拖拉机结构、性能等的限制。但结构较复杂，成本较高。 牵引式:由拖拉机牵引作业，在工作或运输时其重量均由本身具有的轮子承受。机组的稳定性好，对不平地面的适应性强。但机动性较差，金属消耗量大。 悬挂式:悬挂在拖拉机的悬挂装置上，在运输时全部重量由拖拉机承受。结构紧凑，重量轻，机动性好。但大型、宽幅机具的稳定性和对地表适应性较差，机具重量受拖拉机悬挂装置提升能力的限制。 半悬挂式:悬挂在拖拉机的悬挂装置上，但本身还具有转子。在运输时承受机组的部分重量，可减轻悬挂装置所需的提升力。其优缺点介于牵引式和悬挂式之间。 有些田间作业如播种、施肥、施农药等，还可由装有各种工作部件的农用飞机来完成。 (二)对农业机械的一般要求 农业机械以土壤、作物、牲畜以及水、肥、农药等各种物料为工作对象。由于这些工作对象在类型、品种和特性上的多样性，对各类农业机械的要求也有很大的差异。这些要求还由于不同地区、不同农作物对各项作业要求的不同(含禽畜饲养方式的不同)而存在不同程度的差异。因此，农业机械应能适应各种不同的条件和不同的农作制，满足各项农业技术要求。 农业机械的设计还必须考虑到在使用新的农业机械以后，能够通过提高劳动生产率，抢赶农 1 时季节，改进作业质量等途径作到增产增收，提高农产品的商品率。同时还要尽可能减轻操作人员的劳动强度，改善劳动条件，保证操作安全。在经济合理的前提下考虑使用农业机械能够综合利用，一机多用。 与一般机械产品相比，农业机械具有工作条件恶劣多变，使用分散，保管条件差，工作部件易磨损等特点。因此要求农业机械作到坚固耐用，安全可靠，使用维修方便。在满足农业技术要求的前提下，尽可能提高产品和零部件的化、系列化和通用化程度。 二、甘蔗生长状况 甘蔗是热带和亚热带地区的一种多年生宿根作物。一年收获一次，是制糖工业的主要原料之一。世界甘蔗主产国有巴西、印度、古巴和中国等。1994年中国甘蔗种植面积达90.67万公顷(总产量为5402万吨，占世界甘蔗总产量的5,(居世界第四位。我国的甘蔗生产主要集中在广东、广西、福建、海南、云南等省区。我国是世界甘蔗生产大国，2002年种植面积为146万公顷。尤其在广西，作为发展蔗糖业自然条件最优越的地区，蔗糖业发展很快，已形成了广西经济的支柱产业，糖产量已占全国产量的一半以上。蔗糖业是广西农民最重要的经济收入来源，也是许多地方财政收入的重要来源。蔗糖业的发展直接影响到广西1600多万蔗农的生计和社会的稳定。 我国已加入WTO,正面对原糖进口配额和关税变化对蔗糖业的冲击，市场竞争十分激烈。就广西总体来说，目前蔗糖生产成本过高、糖价在国际市场没有任何优势。针对这个严峻局面，为了把广西蔗糖业做大做强，按照“糖厂是建设的主体，农民是种植的主体，政府是服务的主体”的分工，各级政府部门制定了许多扶持发展蔗糖业的有利政策，引导企业以资产重组成纽带，以大型骨干企业为龙头，发展工贸一体化的大型联合糖业集团，对蔗糖产业进行了优化结构和合理布局，重点支持甘蔗地区的发展壮大。制糖企业深化管理手段，提高制糖技术水平，开展甘蔗产品的综合利用。蔗农广泛采用良种良法，实施科学耕作管理技术等。通过上述措施，广西的蔗糖业取得一定成绩，但是占蔗糖生产成本的70以上的原料蔗生产技术仍然落后。因此，提高甘蔗生产技术水平，是亟待解决的问题，这个问题的关键是推广良种和采用先进的耕作管理技术。实现先进的耕作管理技术的一个重要方面——就是实现甘蔗生产全程机械化，而成熟的甘蔗收获机械技术一直未得到解决，成为制约甘蔗生产全程机械化的瓶颈。 当然，这主要是由于我国各省区的土壤条件和生态环境存在着差异(生产出来的甘蔗不论从外观还是从产量上都不相同。例如广东的地形、地貌复杂多样(多数土壤属砖红性壤土，土质粘重胆力较大，而且风害严重(平均每年有8级以上的台风1.5次。因此生产出来的甘蔗植株都比较矮小(直径较细，且倒伏弯曲较严重，亩产也较低。云南省则土质比较松软，表上较厚，又无台风影响，因此甘蔗植株粗壮高大(亩产较高。由于各省区的甘蔗质量和形状都不同，这就给我国甘蔗收获机械的研制和推广带来了一定的难度。 ?1-2甘蔗收获机械的现状分析 传统的甘蔗收割都是都是基于人的繁重劳动来完成的。主要有两种形式。一种是最原始的收割方式，用刀割断甘蔗，然后再手工剥掉叶子，这种效率极低，劳动强度极大;首先， 2 点燃甘蔗以烧掉其叶子，然后手工的切顶以及把甘蔗打桩，最后机械地把成堆的甘蔗装上车辆，这一种方法对收割绿色叶子的甘蔗就很困难，而且燃烧必然会造成对甘蔗的损坏和对环境的污染。而且当甘蔗地里手工收割的甘蔗烧掉叶子之后，此时的甘蔗收割产量大约仅仅是用手工完成剥叶后剩下甘蔗的三分之一。而且人工收割甘蔗，一个工作日(农村按10,12个小时)最强的劳动力最多也只能收到700公斤。由于受到收割季节的限制，收割工作劳动强度大、生产效率低，农民大都需要雇请外来劳动力才能完成。随着消费观念的转变，富裕起来的农民迫切需要改变这种工作方式。因此，大多数应用手工收割绿甘蔗的成本是很不经济的。对比能够有效的利用甘蔗收割方法改善的地区，劳动力收割甘蔗的方法显得困难和不合理。 目前在国际上拥有甘蔗联合收割机的国家，有巴西、澳大利亚、美国、古巴等产糖大国。 一、我国甘蔗收割机械技术现状 我国从60年代开始研制甘蔗收割机和甘蔗剥叶机，由于多方面的原因，进展缓慢，直至70年代中期才有大规模的研究活动，目前，除了耕整地外大多数仍依赖人畜作业，劳动费用在生产成本中占了最大的比重。 总体而言，我国甘蔗收割机机型可以分为以下两类: 1、切段式甘蔗收割机 该类机型是仿照国外大型甘蔗联合收割机改进而成。通过改造中马力轮式拖拉机的轮系，抬高拖拉机的离地间隙，以适应甘蔗垄作和原料蔗输送。割台悬挂于拖拉机尾部，以拖拉机后退方向为收割前进方向，可一次性完成:切梢、扶倒、切割、喂入、切段、输送、清选、装载等工序。该类机型代表是上面介绍的广西农机研究所研制的4GZ—140型自走切段式甘蔗收割机。由于切段原料蔗不受糖厂欢迎，该类机型没有得到推广应用。 2、整杆式甘蔗收割机 整杆式甘蔗收割机的收获方式为整杆全青采式，有两种主要型式:一种为收割与剥叶联合式，另一种为收割与剥叶分段式。 联合式整杆甘蔗收割机可一次性完成:切梢、扶倒、切割、输送、清选、剥叶等工序。这类代表机型有广西农机研究所研制的以中马力轮式拖拉机作底盘的KALTOR—80型甘蔗联合收割机。 分段式整杆收割机可一次性完成扶倒、切割输送、铺放(或打捆)等工序。配上剥叶机和运输车，就可实现甘蔗收获分段式机械化作业。这类机型有自走底盘式、侧挂大中马力轮式拖拉机式和利用手扶拖拉机底盘式等型式，代表机型有广东农机所研制的4GZ—35型侧挂式甘蔗收割机、华南农大研制的侧挂式甘蔗收割机和自走底盘式甘蔗收割机、仙游县农机厂研制的配套手拖的4GZ—12型甘蔗收割机(与日本产NB—11K型相似)、南宁市百乐机电公司研制的配套耕整机的甘蔗收割机等。 与分段式收割机配套的剥叶机，均为人工喂入、集堆，可一次性完成切梢、剥叶等工序。主要代表机型有广西大学的4ZB—6A型、广西农机所的4ZB—12型、南宁市百乐机电公司的BL02A型等。 以上机型，有的已停产;有的经试验表明，技术路线是正确的，适应性、可靠性有待提高，正在开发试验改进中。由于技术上的因素，目前均没有大量推广使用。 3 另外，日前我国已研制出的甘蔗收获机主要有如下几种: 由广东农机所研制，半悬挂于拖拉机的右侧，外端支承在一个侧轮上的4Gz—35型侧挂式甘蔗整杆收获机。该机配套动力为丰收—35或红卫—40等中型轮式拖拉机。属剥叶式整杆收获机型，能一次完成扶蔗、切割、喂送、剥叶、分离清理、集堆装车等工序。且随机附有切削器(可根据动力负荷情况及生产单位的需要装配使用。但该机适应性较差，只能适应于行距1.2—1.4m，蔗茎弯曲倒伏不大严重、田间杂草较少的旱地大蔗田等条件下工作。且因附加的轮子使转弯调头不够灵活方便。 由福建农学院与仙游县农机厂研制的4Gz—12小型甘蔗收割机。该机是一种新型的立式割台整杆铺放式收割机，配用东风—12型手扶拖拉机的动力和底盘，采用轻型金属履带行走装置。由于专用底盘为全悬挂式，故操作灵活，转弯半径小，且配备了拔指链式扶倒器，可收获倒伏不太严重的甘蔗。对交叉倒伏严重的甘蔗该机仍然不能收获。 由云南农垦国营陇川农场研制的陇农一号甘蔗收获机。该机属剥叶式整杆收获机型，半悬挂于拖拉机右侧。可一次完成打顶、切割、剥叶、清净、集堆等工序。配套动力为铁牛-55带慢速档轮式拖拉机。该机生产率6—8t/h，甘蔗破头率及折断率均低于5，夹杂率,1.5，各项性能指标均达到甘蔗收获机械暂行标准。但该机生产率偏低，同时亦不能收获严重倒伏的甘蔗。 由湛江农机所研制4GZ-100型甘蔗收获机。该机亦属剥叶式整杆收获机型，可与国内外多种轮式拖拉机配套作业，该机亦可一次完成切梢、扶倒、切割、剥叶、清理、集堆等工序。生产率为12t/h以上，损失率,0.5，破头率,12，剥叶干净。但该机在蔗株纵横交错且倒伏较严重的情况下工作时(存在漏割现象，损失率为3.2。 二、国外甘蔗收割机械技术现状 目前，在国际上大规模种植甘蔗的国家有古巴，巴西，澳大利亚，美国等产糖大国，这些国家一些大庄园已经开始涉及到甘蔗收割机来减轻自己的劳动。国外现在采用的甘蔗收割方法也主要有以下两种:一是包括切割甘蔗顶叶子部分的切顶装置和切割甘蔗在地面根部的根切装置的收割机，但是目前这种收割机由于缺少对切顶高度和切根的深度的控制，在收割过高或过矮的甘蔗都不理想，既有可能造成切割不彻底，更有可能造成收割的浪费，使得此类收割机缺少智能化，显得很呆板，很容易造成浪费和剥叶不干净。二是先用火烧掉甘蔗的叶子，再用机械收割装置传入带有切割装置的切割器里，切成200mm-250mm的短条，不得不指出的是这种收割机在切成短条时，使短于200mm的甘蔗无法回收，而且不难看出，使用火烧掉甘蔗杆上的叶子，对于绿色甘蔗的收割是很不凑效的，此外这种方法祛除叶子也不干净，很容易损坏甘蔗杆，而且不良的燃烧还会造成环境污染。 从甘蔗收获机械的角度来看，国外甘蔗收获机械主要有两种型式:一种为切段式甘蔗联合收割机，一种为整杆式甘蔗收割机。 1、切段式甘蔗收割机 世界上发达的产糖国家，由于土地资源十分丰富，甘蔗连片种植面积大，田园平整，便于机 4 械化作业。同时，糖厂制糖工艺接受切段式原料蔗，加上他们高度重视发展机械化生产，因此，甘蔗收获机械化水平高，大型切段式甘蔗联合收割机得到了广泛应用，如巴西已有80的甘蔗生产实现了机械化收割，古巴也达到了72。目前，在巴西、澳大利亚、古巴等产糖发达国家，大型切段式甘蔗联合收割机是甘蔗收获机械技术发展的主要方向。这些大型甘蔗联合收割机具有功率大、作业效率高、功能齐全、自动化程度高、含杂率低等特点，是全程机械化生产中成熟、稳定的收获机具。能够在作业时一次性完成:扶倒、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序。加上与收割机作业配套使用的运输车、加油车、维修车等，就实现了甘蔗收获环节的全程机械化。大型甘蔗联合收割机的代表厂商和机型有:英国SERRANA公司、巴西SAHTAL公司、澳大利亚TOFT系列等。这些机型的24小时生产率达到了400,900吨。小型甘蔗联合收割机代表机型有日本久保田公司生产的UT—70K型、松元机工株式会社生产的MCH—15型等。这些机型功率较小，每小时生产率为3吨。 2、整杆式甘蔗收割机 这类收割机只实现甘蔗的割倒、铺放等工序，再利用配套的剥叶机进行切梢、剥叶，人工集堆后，机械装载，再用运输车运到糖厂。因此，也称为分段式甘蔗收获机械。这种机型适于丘陵地区小田块蔗田作业，目前在日本、菲律宾、印度尼西亚等国应用。该类机型较小，采收方式为整杆青采式。其结构特点是:以手扶拖拉机底盘为动力和行走装置，安装有地面仿型装置，割台可调程度高等。代表机型有日本文明农机株式会社生产的NB—11型、久保田公司生产的NB—11K型等，剥叶机有久保田公司生产的BMC—250型剥叶机等。该类机型在日本经过近三十年的改进与发展，技术上较成熟和完善。总的来说，该类机型在世界主产糖国应用范围不是很广泛。 三、甘蔗收割技术存在的问题 我国目前现有的甘蔗收获机基本上是整杆式联合收获机，它们虽然能一次完成切梢、砍头、剥叶、清理、集堆等工序，工作效率高，但机器庞大，结构复杂，所需配套动力大，机动性差，转弯不灵活，在小地块蔗田里并不能发挥作用，且不能收获严重倒伏的甘蔗。也就是说适合生产实际应用的成熟、稳定机型基本上还没有。现有机型主要存在以下问题。 (一)切段式联合收割机存在的问题 1、采收的切段蔗不符合糖厂要求。由于甘蔗切段后，必须在16小时内开榨，否则甘蔗会产生变化，造成糖分下降，影响出糖率，而目前糖厂的生产模式不能保证在此时间内开榨。 2、整机结构对收获适应性差。首先，由于采用轮式拖拉机作底盘，需要对拖拉机的改动量过大。其次，机型大，转弯半径也大，目前蔗区预留空地不能满足作业要求。还有，蔗田起伏不平，割台可调性差，造成割茬不齐、破头率高;切梢装置调整不便，对生长高度不齐的甘蔗难以控制到合理的切梢长度;整机各部件的可靠性还有待提高等。 (二)整杆式甘蔗收割机存在的问题 联合式收割机采收的原料蔗虽然符合糖厂的要求，但是据多次田间试验表明:割台可调性差，造成割茬不齐，破头率高，影响了宿根蔗的发芽生长;剥净率低，含杂率高，损失率仍过大;输送装置还不完善等。但就今后的发展方向，整杆青采联合式收割机仍是最适合目前制糖工艺的较理想的收获机械。而分段式整杆甘蔗收割机采用轮式拖拉机作底盘和自走式底盘的收 5 割机，整机外形尺寸大，转弯半径过大。割台的可调度差，没有仿型机构，不能随地形任意调整调台，影响了切割质量，主要反映在割茬不齐，破头率高。采用大马力拖拉机的机型，收割幅宽为单行(垄)，生产率与功率配套性差，经济性不明显。采用中拖侧挂的机型，整机质量分布不均衡，需加挂配重，影响收获速度和对蔗地会产生一定的破坏性。生产率低，劳动强度仍大由于该类机型作业一次性完成工序少，虽有剥叶机配套作业，但仍需较多的辅助工人。喂入、收集、打捆、堆放等无法机械作业，使得劳动强度仍偏高。剥叶机性能仍未成熟剥叶元件的使用寿命偏低，增加了使用成本和维护工作量;整机结构对剥净率的提高仍有待改进;剥叶元件仍存在使甘蔗破损的现象，影响甘蔗质量。 ?1-3甘蔗收获机械的发展对策及前景 从以上的分析可知，现在所采用的甘蔗收割方式还比较落后，甘蔗收割机械技术也还存在很大的问题，现在的甘蔗收割机不能同时很好的实现各个程序合理搭配，适应操作，适时控制。而且社会的各个方面因素都对收割技术的发展产生影响。所以甘蔗收获机械的发展对策是我们要好好的考虑的一个问题。但综观世界经济发展趋势，甘蔗收获技术的发展前景是很可观的。 一、大力发展甘蔗收获技术的对策 任何一个项目的顺利完成，一般都要有政府的支持、上级领导部门的关心帮助，科研部门的研究开发，企事业单位的经费支持和过程操作，实验，服务等这几个环节，甘蔗收割机的研究开发与应用也是一样的道理。 (一)加大政策扶持力度 世界发达的产糖国，甘蔗生产机械化发展得到了政策上的极大支持。而我国虽然有不少科研机构、企业、个人开展了收获机械的研发，但是投入仍然不足。首先甘蔗收获机械的研发，是整个蔗糖产业化中重要组成的一环。其次，研发的难度很大，需要大量的人力、物力投入。因此，各级政府部门应对甘蔗收获机械研发予以足够的重视，出台更多的优惠政策，加大财政投入，鼓励甘蔗收获机械的研发和推广使用。 (二)加强科研单位企业与科研单位的合作 制糖企业是建设的主体，是产业化的龙头，不单要在蔗糖的生产与销售上努力，也要在甘蔗机械化生产方面下工夫，因为低成本的原料蔗更能降低制糖成本。同时，制糖企业参与收获机械的研发，更能令企业产业向多元化方向发展。虽然开发甘蔗收获机械难度大，但是市场十分广阔，一旦突破技术的瓶颈，将会获得丰硕回报。因此，研发的科研机构、企业、个人应抓住有利时机，增进合作交流，加大开发的力度，以期能够研制开发出能够适应生产实际需要而又能取得高回报的收割机。 (三)加强农机与农艺的结合 以前，我国开发的甘蔗收获机械产品无法推广使用，主要受甘蔗生产的耕作制度和农艺的制约。同样，所引进的国外大型甘蔗联合收割机经生产试验表明，也受到了我国甘蔗生产方式的制约。由于农艺和机械化是相互配合和促进的，因此，必须改变我区目前的甘蔗生产方式。从农艺的角度对甘蔗生产机械化提出具体要求，如行距、株距及允许变化范围等，开发设计 6 满足甘蔗农艺要求的生产机械。目前，澳大利亚等国甘蔗种植行距达1.5m而我国仍为0.9~1.1m，不利于机械化作业。甘蔗种植农艺也应改革试验。按照机械化作业的要求，搞好蔗田整治和改造，尽量做到集中连片，统一种植规格，以适应机械化作业的要求。 (四)引进国外先进技术，进一步扩大试验力度 不管是切段式机械收获技术，还是整杆式机械收获技术，在国外都已比较成熟。为了加快研究开发进程，有条件的地方，可以考虑通过引进试验，消化吸收后，结合中国特色，进行国产化研制，争取早日推广应用。现在国内已有部门引进了日本产配手拖的整杆式甘蔗收割机，正在进行研发，这是一条行之有效的好途径。而且我国甘蔗生产机械从耕整地到蔗头破碎还田都研制了不少机具，能满足生产要求，但也存在不少问题，如机具工作可靠性、适应性差，结构庞大，配套动力不合理，不利于推广和应用。应进一步扩大试验，突出解决机具的工作可靠性和提高作业质量。做好示范，以点带面促使机具迅速推广和应用。 总之，甘蔗为一年种多年生长的作物，在有条件的甘蔗产区，利用糖厂的龙头作用和各级部门的扶持政策，投入大量的蔗田建设基金，对蔗区实行统一规划，进行田园化建设、灌溉设施建设，推广优良品种，实行科学化的耕作管理，建立一套较现代化的甘蔗生产模式。在生产全程机械化方面，探索在制糖企业、农机服务机构、农机专业户等方面，学习外国先进的甘蔗机械化生产实践经验，建立一套完善的机械化管理体系，为甘蔗生产全过程提供全面的指导与服务，我国的甘蔗收割机械技术必将会得到长足的改进。 二、甘蔗收获机械的发展前景 目前，国内收获机械技术研究方向主要还是切段式和整杆式两种。 切段式收获机械技术是世界发达产糖国收获机械化的主导方向，是被证明为较先进、成熟的一种模式，也将是今后我国甘蔗收获机械化发展的主要方式。虽然这个方式现在受到制糖技术的制约，但是不能因此而否定该方式，因为目前我国制糖技术仍然落后于世界先进水平。随着糖业世界市场竞争，我国制糖企业将加速技术进步，通过引进国外先进制糖技术，结合我国实际，提高制糖技术水平。那时将会为切段式收获机械技术提供一个巨大的市场空间。因此，切段式收获机械技术的研究开发不能停步，有关研发机构应联合制糖企业，着手分析国情与国际水平的差距，找出影响技术进步的关键所在，研究采用切段式收获机械技术与制糖技术的最优化结合方式，突破技术制约的瓶颈，重点提高切段式甘蔗联合收割机的适应性、可靠性，解决其所存在的问题，赶上国际技术的先进水平。 整杆式甘蔗收割机的研制开发是目前国内研发的主流。对于整杆式甘蔗联合收割机，应朝专业化、智能化、自动化的方向发展，多采用新技术、新工艺、新，以提高整机技术性能和制造质量的水平，达到实际生产应用的适应性、可靠性。其关键部件的研究，如割台，应有根据地形变化的仿型机构，提高其可调程度;影响切割质量的各种参数，应在大量的田间试验、模拟试验上进行优化选用。输送装置应解决输送平顺、不堵塞、不伤蔗以及与剥叶机喂入衔接等问题，剥叶装置应研究剥叶机构的合理性，剥叶元件的使用寿命和伤蔗程度，提高甘蔗的剥净率。提高切梢部件的灵活性，以适应甘蔗高度的变化。扶倒装置应增强扶倒作用。同时，由于生产专业化，可以研制自走底盘式收割机，不一定需通过改装轮式拖拉机;配套功率及生产效率可根据国情设计，并不一定都采用大功率发动机。增加蔗叶切碎还田、原料收集与装载等机构，实现收获环节高度自动化。 对于分段式整杆甘蔗收获机械，由于完成的工序少，在技术上较易突破，应加紧克服配套底 7 盘与收割机构之间的矛盾，解决现有机型所存的技术问题，提高其适应性、可靠性。研究割台的性能改进方案，减少割茬不齐、破头率高等现象。对铺放方式应重点研究，铺放方式和质量的好坏，直接影响机器连续作业和辅助工人数量多少。由于分段收获，生产率比不上联合式，因此，应研究整机的操作灵活性、维护便利性、制造成本等，以求经济性优越。对与之配套的剥叶机，同样着重考虑剥叶元件的性能。全盘考虑收割机、剥叶机(最好加上蔗叶切碎还田装置)、打捆机、装载机等组成的收获机械系统的相互配合问题，提高劳动生产率，降低劳动强度。另外，由于甘蔗为多年生作物，在研究中，特别要注意机械化作业对蔗田的破坏性的影响以及生态环境的影响。 当然，随着生产力的进一步提高，装备业的进一步发展，全球一体化和世界工业化的进一步推进，未来的甘蔗联合收割机必然向着智能化，自动化、敏捷化，高效化、小型化、简单化、环保化方向发展。也就是说，甘蔗收割机收割的过程中，通过对实地甘蔗田里的甘蔗进行实时判断切顶的高度，并且对倒伏的甘蔗进行扶植，以便正常收割，同时应该有一个扶持装置分隔未被收割的甘蔗防止与正在收割的甘蔗发生干涉，而且有一个提升装置，将已经收割的甘蔗提升到切顶装置进行切顶，此后由一个转向装置，进行根切。为了提高收割机的速度和效率，将整个收割系统做成相同的两排，因此切顶，切根后的甘蔗要均分方能进入到剥叶装置中进行剥叶，通过剥叶装置剥去绝大多数叶子，而且又不会对甘蔗杆造成损伤，必须在剥叶的整个系统中装有弹性加载轮子，值得一提的是凡是通过切断装置中的甘蔗杆，无论长短都能有效地回收到机箱内。当然也应该注意剥叶装置的设计，一定要保证叶子顺利地脱离收割装置，因此在剥叶装置中，传送带的上下方都得有加速空气流动的装置，这样就不至于让已经剥掉的甘蔗叶子滞留在机架上，阻碍剥叶工作的正常进行。而如果由气流把叶子带到田间，经过覆盖后，腐烂，变成肥料，再重复利用。这种收割机充分体现了智能化，自动化、敏捷化，高效化、小型化、简单化、环保化等特点，也是所有有志于在农业机械方面作贡献的研究人员在甘蔗收割机方向的研究目标。 第二章双排甘蔗收割机总体方案 本次设计的是一种集智能化，自动化、敏捷化，高效化、小型化、简单化、环保化为一体的较先进的双排甘蔗收割机。整个装置的动力源采用一个400马力的发动机，机器运行速度为0.2m/s。它能够同时收割甘蔗地里的两排甘蔗。甘蔗地的行距为700mm，对株距不做要求。 ?2-1甘蔗收割机的组成及性能 一、甘蔗收割机的整体组成概述 整个收割机由扶蔗装置、提升装置、切顶装置、转向装置、根切装置、剥叶装置、切断装置、支撑装置、动力控制系统、鼓风系统、行走部(包括底盘，支撑架、轮子等)、司机室等部分组成。 1、扶蔗装置:是一种螺旋装置。收割机的左右各一个螺旋，中间还分配有一个短的螺旋装置。两边的螺旋用以扶持还没收割的邻近甘蔗，防止其干扰正在收割的两排甘蔗;中间的短螺旋装置则将两排正在收割的甘蔗分开。 8 2、提升装置:由两排可旋转的链条组成，每一个链条都在各自的两个链轮和张紧装置间围绕成环形，而且链条采用变形链节，链上有齿，用来抓住甘蔗杆。这两个链条间的横向距离是有限制的以利于扶持提升正在收割的两排倒伏的甘蔗杆(不倒当然更好)。链的速度与收割机在甘蔗地里前进的速度是相等的(V=V0)。 3、切顶装置:切顶装置下端装上犁刀，此犁刀既可以在垄沟前进运动，又可以初步扶起到下的甘蔗。螺旋的旋转用动力来驱动，可以选择液压马达。切顶装置还有带齿顶的滚筒，滚筒用来击打已经切掉的甘蔗顶部，不让其垂直下落影响切顶以及提升工作的正常进行。切顶装置的旋转也用液压马达来实现，旋转的速度与收割机的行进的速度有一定的关系。在甘蔗提升到一定高度时，切顶刀将顶部切掉，切顶装置可以随高度调整; 4、转向装置:有两段引导环和一个拨轮，通过此拨轮拨动甘蔗转向，通过引导环来引导甘蔗穿过切顶装置并将切过顶的甘蔗绕过提升主链上面的链轮，旋转180度，朝着收割机的运动方向推动切顶后的甘蔗向中心移动。 5、根切装置:含根切刀和相关零件，还有许多向上甩的肋片，用来横向的把根切过的甘蔗的根部甩开。该装置能够在甘蔗转过的同时，切掉甘蔗根部。同时带有向上甩的肋片将根抛向一个带有螺旋齿的鼓，使根向甘蔗剥叶入口移动，同时甘蔗顶部向前倒在一根横柱上。 6、剥叶装置:在旋转的轮上固定叶片，用来剥掉甘蔗杆上的叶子。带螺旋的鼓将甘蔗均分，使其一根根地向剥叶入口移动，剥叶装置的入口放置两个旋转方向相反的轮，用以把甘蔗杆喂入剥叶装置。一旦到入口就将起拉如剥叶装置，开始剥叶。 7、切断装置:它安放在剥叶装置和传递用的传送带之间，用来把剥叶后的甘蔗切断进入运载车。 8、支撑装置:用以支撑螺旋扶蔗装置和提升装置，主要以机构为主。它邻近并安装在收割机的前端，用来支撑根切过的甘蔗并防止甘蔗的顶部掉到地面上。 9、动力控制系统:整个系统采用动力驱动，运动主要以液压驱动为主。 10、鼓风系统:一种鼓风机用于把旋转的叶片从甘蔗杆上剥离下来叶子的吹走，并让其回到地里再利用。 11、传送装置:传送带把剥叶后的甘蔗杆传送到装载车内的装置。 12、行走部:包括底盘，支撑架、轮子等。 二、甘蔗收割机各部件的工作流程 现在我们所设计的双排甘蔗收割机能够同时很好的实现各个部件的运动协调，适应操作，适时控制。 1、收割机在收割到甘蔗后，在机器的正前方有三个螺旋扶蔗装置，左右各一的长螺旋扶蔗 9 装置是用来把临近的甘蔗与正在收割的甘蔗分开，防止不同收割状态的甘蔗发生干涉，保证收割过程顺畅，而中间的短螺旋装置的作用是把;两排正在收割的甘蔗分开，为接下来的收割工作打下基础。甘蔗进入收割机扶蔗装置就标志着收割过程正式开始，只有它无障碍的的工作，才能保证后续工作的顺利进行。 2、经过扶蔗装置扶持后，相临排的还未收割的甘蔗与正在收割的甘蔗行分开了，相互之间不会发生干涉。但甘蔗杆仍然还在原地，并且没有完整的保持直立或者是保持相互平行，仍然处于倒伏，半倒伏状态。此时就需要一个提升装置把甘蔗杆提升到合适的位置。该装置由两排可旋转的链条组成，每一个链条都在各自的两个链轮和张紧装置间围绕成环形，链条采用变形链节，链上有齿，用来抓住甘蔗杆。这两个链条间的横向距离是有限制的以利于扶持提升正在收割的两排倒伏的甘蔗杆(不倒当然更好)。在链轮的带动下，把甘蔗提升到适当位置，根据驾驶室的操作者的判断来决定切顶的高度。链条的切向速度与收割机相对地面的速度大小相等，保证动作紧凑。 3、在驾驶室的操作者发现甘蔗杆提升到一定的高度后，在马达的带动下一直处于旋转状态的切顶刀把甘蔗的顶端部分切掉。切顶装置还有带齿顶的滚筒，滚筒用来击打已经切掉的甘蔗顶部，不让其垂直下落影响切顶以及提升工作的正常进行。在甘蔗提升到一定高度时，切顶刀将顶部切掉，而切掉的顶部经过鼓风机的风力作用，回到田间，被掩埋，腐烂后可作为肥料再次利用，这样就不会有手工收割的弊病，集体处理甘蔗叶子，又费一道工序，而且极有可能变成浪费而不利用这些叶子。更重要的一点就是切顶装置可以随高度调整。 4、在切顶装置的下方，有一个带有两个引导环和一个拨轮的转向装置，通过此拨轮拨动甘蔗转向，通过引导环来引导甘蔗穿过切顶装置并将切过顶的甘蔗绕过提升主链上面的链轮，旋转180度，以2倍收割机的运行速度向中心移动朝着收割机的运动方向推动切顶后的甘蔗向中心移动。 5、在甘蔗转过的同时，进行根切操作，根部将自由地落入泥土中，而就在同一时间，设在根切装置的一个抛射装置把甘蔗抛射到一个带有螺旋齿的鼓轮，使根部向剥叶装置的入口移动，同时甘蔗顶部向前倒在一根横柱上，这样就保证了剥叶时，根部先入的原则，有利于剥叶工作的有效进行。 6、带螺旋的鼓轮把抛射来的甘蔗进行一一均分，使其一根根地进入剥叶装置的入口，一旦进入，在弹性加载轮和传送带的作用下，将甘蔗杆带到主传送带上，而入口是一个前大后小的渐缩性入口。主传送带在马达的带动下顺时针旋转，而位于甘蔗上方的剥叶轮逆时针旋转，对根部先入的甘蔗进行剥叶，而且和传送带共同产生的摩擦力推动了甘蔗前进。当然如果有必要当甘蔗杆上的叶子大部分清除后进行切断操作，使其为一定的长度，便于后续加工。7、最后，经过传送装置的传送带把剥过叶的甘蔗杆传送到装载车内。这样整个甘蔗的收割过程就完成了。 2甘蔗收割机的实现原理 一、甘蔗收割机的实现原理图 图2-1实现原理图一 10 1-收割机;2-小轮;3-底座;4-大轮;5-上喂轮;6-根切装置;7-抛射装置;8-下喂轮;9-支撑装置;10-提升装置;11-犁刀;12-前支撑;13-螺旋装置;14-司机室;15-侧架;16-中间的螺旋装置;17-边链 18-中心提升链;19-链齿;20-中心;21-顶部装置;22-碎鼓;23-钉齿;24-升降机构;25-导轨;26-收割机中心线;27-顶部屏蔽;28-卷轴;9-转向装置;30-护栏输出端;31-上链轮;32-底链轮;33-保护装置; 34-回转轮;35-涡卷;36-螺旋;37-鼓轮;38-传送带;39-剥叶装置 图2-2实现原理图二 二、甘蔗收割机的实现原理 根据图2-1、图2-2所示的甘蔗收割机整体结构极其配合运作关系，我们就有了一个整体的立体印象。图2-1显示了双排甘蔗收割机1的结构方案。该收割机可以收割倒伏的和半倒伏的热带甘蔗，对绿甘蔗更为见效。收割机1能够将甘蔗放到适当的位置以更高效的进行切顶和根切。通过双排甘蔗收割机的横放方位，进来的甘蔗被扶蔗装置拨开并均匀地分布后通过收割机入口，然后以比收割机的前进速度更快的速度线性地与行距平行通过收割机，以利于更高效地剥叶。 收割机1包括一个普通柴油机，用于驱动传动轮系使前面的大轮4和后面的小轮2转动。底座3用于支撑发动机和司机室14。司机室里有许多常规操纵控制机构，包括用于调整收割机速度和后面将要谈到的各种各样的传送装置速度的机构。在下面的叙述中，所涉及到的所有相同零件均用同样的基准数来标注，某些零件将用少量简图的形式简洁明了地表示。 参看图2-1和图2-2，甘蔗杆受收割机提升装置10的控制，可以在进行切顶时保持同一高度。总之，绿甘蔗地里包含有直立的、半倒伏的和倒伏的甚至倒下了的甘蔗杆。提升装置10的其中一项功能就是用来扶持半倒伏和倒伏的甘蔗杆以使所有甘蔗杆在切顶时均处于同一直立状态。在这里，有一个很重要的地方必须强调，那就是切顶时并不需要所有的甘蔗杆都直立，关键是所有的甘蔗杆都要几近平行。因此，如果甘蔗地里的所有甘蔗杆都与收割机前进的方向倾斜成70度角的话，那么，就要对收割机的提升装置10进行调整，使半倒伏和倒伏的甘蔗杆在进行切顶时同样也与收割机前进的方向倾斜成70度的角。 当收割机进入一块甘蔗地进行收割时，收割机上最前端左右各一的螺旋扶蔗装置13将扶持还没收割的邻近甘蔗并将其与正在收割的甘蔗行分开。最初的两排甘蔗被收割后，收割机在随后进行的每次收割时，其中一边(通常是左边)螺旋装置是不活动的，而另一边(通常是右边)的螺旋装置仍然扶持还没收割的邻近甘蔗并将其与正在收割的甘蔗行分开。 每个螺旋扶蔗装置13都包含有一个与地面成45度到55度角之间的卷轴(参看图2-1)。轴上两边各有一个滚动椎，以右边的滚动椎为例，它恰好位于正在收割的甘蔗行与收割机右边那一甘蔗行间的沟面上。犁刀11辅助分离邻行的未收割甘蔗行和正在收割的甘蔗行。支撑 11 装置9和提升装置10(参看图1)，用于适时改变螺旋装置13和底座3之间的角度(等同于与地面之间的角度)。当收割机在田间行走时，侧架15使分离了的甘蔗杆不干涉收割机的收割进程。中间的螺旋装置16同样带有犁刀，用于分开(至少是部分分开)两排正在收割的甘蔗，并辅助地将甘蔗喂入两边的扶持提升链。 为了使所有的甘蔗杆在同一个高度下被切割，每排甘蔗都被向相反方向旋转的主提升链18和边链17扶持提升。当收割机在甘蔗地运行时，链齿19夹持和提升已经与提升链转向中心20成半倒伏或倒伏的甘蔗。这样每行甘蔗都被提升和分离了，因此，当用顶部装置21切顶的时候，所有的甘蔗杆都大体平行。如图2-1和图2-2所示，每个切顶装置都包含一个前倾的碎鼓22，该碎鼓上有许多轴向的布满四周的钉齿23，用来击打甘蔗叶和甘蔗梢，该动作与切顶同时发生。顶部高度可以由调整液压油驱动顶部提升机构24使切顶装置沿导轨25上下运动。朝相反方向旋转的碎鼓22将甘蔗梢和甘蔗叶从收割机中心线26向外推出。左右各一的顶部屏蔽27将切碎了的甘蔗梢和甘蔗叶掷于垄沟中便于车轮2和4辗过。 最初的两排甘蔗被收割完后，右边的螺旋装置13将右行的正在收割的甘蔗和邻近的尚未收割的甘蔗行分离开。如图2-1所示，当收割机在田间行走时，卷轴28与地面之间所成的角度是可调的，且通常在45度到55度之间。中心提升链18和边链17将甘蔗杆从各自行提升起来并集中在一起，使所有甘蔗杆与提升链转向中心20排成一线，而提升链转向中心20与收割行的轴向中心平行，实际上并排于收割行各自的纵向中心。如图2-2所示，右边螺旋13向上和右排甘蔗行成一定角度，在收割机运行的过程中，用于正在收割的甘蔗和未收割甘蔗之间的分离。在甘蔗达到螺旋13顶端前，这个距离比甘蔗的叶子的平均长度还要长，以至于未收割行甘蔗的叶子不会与邻近的甘蔗发生干涉，取而代之是被中间的分离螺旋和主链条分开。收割机可以自由地在田间收割而不会损坏邻近收割机的尚未收割的甘蔗。如上所示，左右两边的螺旋同时保证了收割机的正常工作。 为了保证绿甘蔗的高效去顶，转向装置29用来保证每一根甘蔗绕过切顶装置21。每一转向装置29都是安装在机体上的。在驾驶室的操作者可以根据甘蔗的高度，适当确定切顶装置的高度。每一个转向装置可以在甘蔗去顶后，在收割机运行的方向上，将甘蔗顶部直接脱离收割机。如果没有转向装置29驱使甘蔗通过切顶装置21，部分甘蔗就可能会被卡住，并且拖出切顶装置。在甘蔗切顶后，转向装置以两倍的速度迅速改变甘蔗的运行方向，以致于甘蔗切顶后没有直线移动的距离。 转向装置29包括一个拨动轮和和两个引导环，两个引导环迅速改变甘蔗的传输方向180?，把甘蔗的顶部移到收割机的中心，在收割机前进的方向上绕过收割机旋转中心链链轮180?，从而确保了切顶后的甘蔗向收割机前进的方向上倒。这项操作确保了甘蔗顶部有自由而不受约束的路径，通过此路径，绕过上链轮31，移出切顶的甘蔗。在转向的同时，使甘蔗发生根切。甘蔗进入收割机后，首先，中心驱动链旋转并带动甘蔗到一个支撑位置进行切顶操作，然后转向和切根，最后进入剥叶装置的入口。转向装置34迫使甘蔗的顶部通过切顶装置，在甘蔗转向根切的同时扔掉已切的甘蔗顶部。已经去根、去顶的甘蔗被输送到剥叶装置的入口。并且不会和输入收割机的未去顶和未根切的甘蔗发生干涉，这样甘蔗在进入切顶装置到根切结束的整个过程中，拨动轮34非常成功地配合了收割装置的工作。 拨动轮34位于切顶装置的下方，支撑着甘蔗，并使甘蔗平稳地通过切顶装置。拨动轮34的线速度与输送甘蔗到切顶装置的速度相等。因此拨动轮34接收到链条17、18传送的甘蔗 12 而不至于损伤甘蔗。实际上，在收割机前进的过程中，驱动链以相对地面的同一速度移动。因此，由于链的速度相对地面与收割机的速度相等，甘蔗的上部沿着驱动链的中心线保持原位，拨动轮34的一个功能是让切掉的顶部以相对于收割机两倍速度离开收割机，另一个功能是让甘蔗以适当速度进入收割机。 为了减少叶子在提升链前端的堆积，剥叶装置的顶轮31到底轮32之间应该设计一定的长度。盖板33在回到收割机前端之前一直覆盖着回转链，从而防止了叶子在链条的前端堆积，阻塞链条。盖板33至少延伸一定的长度以使链条的各部分不被叶子阻塞。 随着收割机的便捷化，切顶装置远离收割机的前端，切顶之前后，操作者都可以实时观察。在收割机将甘蔗输送到剥叶装置入口前，使得已切顶的甘蔗移动一定的距离。提升装置移动双排收割甘蔗到收割机的前端中心，进而保证操作者能判断去顶的高度。 切顶工作完成后，进行切根操作，每一个根切装置6还相应装备一个甘蔗底部抛射装置7，把根切的甘蔗根部抛向带有螺旋齿的鼓，正是通过这个鼓把甘蔗杆准确的移动到剥叶装置的入口处。每排输入的甘蔗在被喂轮5、8抓住前，移向收割机的中心，每个喂轮制成弹性加载的轮子，以使一对喂轮对输入的甘蔗产生挤压力而不至于损伤甘蔗杆。此外，喂轮还可以用来把甘蔗传送到收割机机体。甘蔗被根切后被紧凑的输入剥叶装置的入口，在剥叶装置中高效的进行剥叶，于是，甘蔗被均匀地输送到剥叶装置的入口，这就限定了第一对喂轮与根切刀之间的空间。 一个水平背喂轮被安装在涡卷35的提升链的后面。在涡卷35把甘蔗杆挤进的时候，喂轮5和8抓住甘蔗杆，把甘蔗杆卷进去。甘蔗杆从转向装置出来之后，就会倒下，顶端倒在一个支撑12上，根部就倒在根切装置的底板上。 根切装置的鼓轮37上安装有螺旋36，保证了把甘蔗向收割机的中心移动，从而进入剥叶装置的入口。 当甘蔗通过收割机机体的时候对整根甘蔗进行清理。整个甘蔗杆的清理是由剥叶装置来完成的，叶子被掷回田间，被覆盖后进行再利用。整个甘蔗的清理装置是由一个弹性剥叶装置构成，它被安装在一个传送带38的上方。传送带接收从喂轮5、8输入的甘蔗，在甘蔗通过此传送带的过程中，剥叶装置除去杆上的叶子。剥叶装置由一个转轴和许多重复分布的弹性齿构成，剥叶弹性杆径向分布在轮轴上。此装置能够高效地进行剥叶，并且不损坏甘蔗杆。 甘蔗在剥叶清洗处理后通过输送带进入切断装置，此时的甘蔗杆可以有三种传送方式供用户选择:全茎、半茎和长段。该装置安放在剥叶装置和传递用的传送带之间，用来把剥叶后的甘蔗切断成用户期待的长度，并把切断后的甘蔗节送入特定的储存间。如前所述，在甘蔗的剥叶过程中，都最大限度地保护甘蔗杆不被损坏以免甘蔗糖份损失，所以将切断工作安排在最后进行，这样就可以减少甘蔗液的流失以及糖汁的变质。而且在实际中，通常都是在整个绿甘蔗被清理干净后，接着被切成16到20英寸的典型长段。这里需要提出的一点是，该切断方式不需要像传统的收割机切断那样，为了获得较高的清理效率，把甘蔗切成很短的多段，这样就对甘蔗的糖分损失很大，是一个很大的浪费。而选择较长的甘蔗段有助于减少切断过程中损失的甘蔗糖分，同时也将减少甘蔗的损坏。 13 最后，经过传送装置的传送带把清理干净了的甘蔗杆传送到装载车内。这样，整个甘蔗的收割过程就完成了。 第三章提升装置的设计 提升装置在整个甘蔗收割机中具有举足轻重的作用，提升质量的好坏直接影响切顶的顺利进行和后续工作的高效完成。如果提升效果不好，切顶就无法正常的进行，就会出现漏切或者是切顶质量很差，造成极大的浪费，更严重的是还有可能导致甘蔗杆堵塞收割机的入口，使得收割过程陷于瘫痪。 ?3-1提升装置的组成和工作原理 一、甘蔗倒伏姿态的分析 由于受到台风、季风等外界因素的影响，甘蔗倒伏、弯曲的现象比较严重，经过收获机扶蔗装置的扶持之后，甘蔗的倒伏状态有了很大的改善，相临排的还未收割的甘蔗与正在收割的甘蔗行分开了，相互之间不会发生干涉，而且正在收割的甘蔗杆被相对集中在提升链的中心线位置处。但甘蔗的直立效果还是很不好，或者说其平行度还不好，仍然有许多甘蔗是倒伏的，只不过倒伏的状态不会那么严重，仍然不能直接进行切顶操作。为了能够将甘蔗杆提升到合适的位置，就应该对甘蔗的倒伏情况作一个简要的分析。 田间的甘蔗相对机器前进的方向来说，有三种基本的倒伏状态，(1)顺倒伏:倒伏方向顺着机器前进的方向;(2)逆倒伏:倒伏方向逆着机器前进的方向;(3)侧倒伏:倒伏方向垂直机器前进的方向。经过田间观察，大多数甘蔗处在侧顺倒伏或侧逆倒伏的状态。事实上，对这三种基本的倒伏情况，以顺倒伏的甘蔗最难扶起(而对逆倒伏的甘蔗，当收获机在前进的过程中，由于切割刀的高速旋转，是很容易被切割的;同样对于侧倒伏和侧逆倒伏的甘蔗，由于提升链的运动和机器前进的合成作用，比较容易被扶起一定的角度，与逆倒伏相似，很易被高速旋转的切割刀割断。 二、提升装置的工作原理 简言之，提升装置就是用来提升和横向向上分离倒伏或半倒伏的甘蔗，并且用来支撑起倒伏的甘蔗大量的向中心线运动，即收割机向着支撑起的甘蔗条往前走的方向。该装置由两排可旋转的链条组成，每一个链条都在各自的两个链轮和张紧装置间围绕成环形，链条采用变形链节，链上有齿，用来抓住甘蔗杆，并且中心链的大部分是偏离收割机的中心线的。所以由于提升链的运动和机器前进的合成作用，比较容易将顺侧倒伏、逆侧倒伏、顺倒伏、逆倒伏的甘蔗杆扶起一定的角度。这两个链条间的横向距离是有限制的，以利于扶持提升正在收割的两排倒伏的甘蔗杆(不倒当然更好)。在链轮的带动下，把甘蔗提升到适当位置，根据驾驶室的操作者的判断来决定切顶的高度。链条的切向速度与收割机相对地面的速度大小相等(V=V0)，保证动作紧凑。 14 在这里，有一个很重要的地方必须强调一下，那就是切顶时并不需要所有的甘蔗杆都直立，关键是所有的甘蔗杆都要几近平行，从而，甘蔗杆能够很好的被切顶以阻止大量的叶子进入收割机。因此，如果甘蔗地里的所有甘蔗杆都与收割机前进的方向倾斜成70度角的话，那么，就要对该提升装置进行调整，使半倒伏和倒伏的甘蔗杆在进行切顶时同样也与收割机前进的方向倾斜成70度的角。 该装置的一个特点就是分隔两排已收割甘蔗的夹持提升链中心线的行距等于甘蔗杆的行距，该行距通常不比甘蔗叶的平均长度长。因此，两排甘蔗中，和相邻甘蔗行的甘蔗杆交错在一起的那排甘蔗的甘蔗叶在卷轴和夹持提升链的作用下，当收割机在甘蔗地行进时，提升链上的链齿夹持和提升已经与提升链转向中心做出一定定位的半倒伏和倒伏的甘蔗。这样每行甘蔗都在切顶之前就被分隔开来了，因此，当用顶部装置54切顶的时候，所有的甘蔗杆都大体平行。而且还可以以防止叶子集结在一起，或者至少可以防止相当长一部分主链被覆盖。 另外，在收割机前进的过程中，夹持提升链以相对地面的同一速度移动。因此，由于链的速度相对地面与收割机的速度相等，甘蔗的顶部沿着驱动链的中心线保持原位，为了减少叶子在链前端的堆积，设计了一个盖板从顶轮到底轮将链保护起来只露出链齿，这样就可以使甘蔗按一定的轨迹在中心线处分离。这种设置表面上看起来好象空间被减少了，其实输送的空间是增加了，而不是减少了因为它减少了甘蔗叶的堆积，在中心链和边链之间的叶子堆积变多，而塞在链里的叶子却减少了。而且导向保护装置也就是盖板，在一直覆盖着链条，从而防止了叶子在链条的前端堆积，阻塞链条。甘蔗收割机的提升装置就是这样工作的。 三、提升装置的组成 提升装置是通过液压马达的旋转来带动上面链轮的旋转，使得链条工作的，中心提升链和边链绕着相反的方向旋转，链条上面的链齿就将倒伏或半倒伏的甘蔗杆提起。 提升装置由支撑板、盖板、主动链轮、从动链轮、张紧链轮、带有链齿的链条等主要部件组成，如图3-1所示。 图3-1提升装置结构图 1-主动链轮;2-主提升链;3-链节齿;4-从动链轮 5-下安装支撑;6-支撑板;7-上安装支撑 链的旋转平面与地面要成一定的角度才能很好的实现扶持提升功能。第一条链的两个链轮的中心连线与两条链的中心也要成一定的角度，因为是提升链的下端张口较大，目的就是为了待收割的顺利进入张口以提升。上端两个链轮的距离也要适当，不能太大也不能太小，因为太小干蔗杆不能通过，太大就会抓不住甘蔗杆不能提升。张角的大小可以通过张紧轮来调节。张紧轮还有一个作用就是只张紧，不松弛，不会从链轮上脱落下来，而且链长度较长，张紧轮是必需的。提升装置与地面的角度是可以调整的，根据需要可以随时调整角度。 15 ?3-2提升装置的重要零件设计过程 一、设计要求和基本参数设定 1、动力要求:整个装置动力源采用一个400马力的发动机;机器的前进速度为0.2m/s;每个马达带动的装置速度除了水平外，可以适当的规定。 2、甘蔗情况:直径、高度100~左右、重量24.50N。 3、甘蔗地情况:甘蔗地行距为，株距不作要求。 4、收割效率:两排同时收割。 5、工作要求:该装置与地面所成的角通过支撑机构可以调节。中心链与边链间的横向距离是固定的以利于扶持提升正在收割的两排倒伏的甘蔗杆(不倒当然更好)。 二、链传动的设计 设计滚子链传动时首先应了解其原始设计数据和工作条件，包括使用场合、传动功率、载荷性质、小链轮转速、大链轮转速或传动比、传动布置方式、外廓尺寸限制要求、可能采用的润滑及张紧装置等。在设计工作中，重要的是要抓住主要失效方面进行和计算，并且对其它因素综合考虑以便按具体工作条件设计出正确的传动。 (一)链传动的特点 链传动是一种具有中间挠性件的非共轭啮合传动，链轮的齿形可以有较大的灵活性，可作传动用、输送用、曳引提升用以及许多结构巧妙的性能特异的专门用途。由于它具有结构简单、传力大、效率高、缓冲性能好、吸振性能好、传动比准确、适应性强、紧凑、经济、耐用和维修保养容易等主要特点，使链传动在国民经济各部门获得了广泛的应用。 现代链传动技术已使滚子链能够传递几千马力，线速度达30m/s，效率达98。高速齿形链(Hy-Vo链)的安全使用速度已达40m/s，效率可达99。本设计中所采用的是滚子链传动。 (二)滚子链传动的主要失效形式 由于设计、制造、使用等多方面的差异，链传动的失效形式是多种多样的，但主要有: 1、链条疲劳破坏:在闭式链传动中，正常润滑条件下，链条元件受变应力作用，经过一定的循环次数，链板发生疲劳断裂，滚子套筒发生冲击疲劳破坏。疲劳破坏是决定链传动能力的主要因素。 2、链条铰链磨损:这是常见的失效形式之一。主要产生在销轴与套筒间的滑动表面，磨损使链条外链节变长但内链节节距几乎不受磨损的影响，各链节节距的不均匀性增加，平均节 16 距增大，滚子与链轮齿廓的啮合点逐渐向齿顶外移，终致产生跳齿和掉链。磨损使链条总长伸长，从而使链边垂度变大，增大动载荷、发生振动、引起跳齿、加大噪声以及其他破坏，如打坏链箱、链边互相碰撞、销轴因磨损削弱而断裂等。润滑对链条铰链影响较大。开式传动、工作条件恶劣、润滑不良、链条铰链比压过大等均会加剧链条铰链的磨损，降低其使用寿命。 3、链条铰链胶合:润滑不当或转速过高时，组成铰链副的销轴和套筒的摩擦表面易发生胶合破坏。胶合限定了链传动的极限链。 4、链条静强度破断:低速重载的链条当过载时，易发生静强度不足而破断。 5、多次冲齿破断:反复起动、制动、反转或受重复冲击载荷时，滚子和套筒产生冲击破断。 6、链条零件早期破断:外链板和销轴、内链板和套筒啮合松动，使配合处严重磨损;链板侧磨;开口销等止锁零件剪断、轮齿顶部将滚子顶碎等多由于链条质量差，安装使用不合理造成。 链轮齿廓磨损或塑性变形会影响传动的平稳性和链条的寿命。一般链轮寿命为链条寿命的2倍以上，故应按链条寿命和强度进行设计。滚子链的额定功率曲线是链传动选择计算的基本依据。 (三)链传动设计注意事项 1、通常最佳的中心距范围是链条节距的30~50倍，但链条在小链轮上的包角应不小于。本设计中，链条的中心距是已知的。 2、张紧时，松边下垂度为中心距值的1~2，有振动、冲击或倾斜传动时宜取小值。 (四)确定设计结构尺寸 由于该提升装置很有可能会与扶蔗装置、切顶装置、转向装置，特别是切顶装置发生干涉，所以在设计链传动尺寸时，必须与同组成员商量，经过配合调整后确定，所以含有比较高的实际配合性，有些尺寸也是根据同组人员相互的各机构相互配合后确定的。 1、侧面尺寸(即收割机行进方向的平面) 由于提升装置与水平面所成的角可调，调整范围一般取为之间;主动链轮轴与底座之间的垂直距离也可调，调节范围为之间。取角度为、高度为进行设计，则链轮中心线在提升链中心线方向的投影长为: 2、正面尺寸(即与收割机行进方向垂直的平面) 为了工作需要，更好地进行夹持提升，两个链条与两链条间的中心线所成的角度有所偏差， 17 偏差范围为(不等于)之间。令中心链条与该平面水平方向的夹角初取为进行设计，则链中心长为;边链与该方向的夹角初取为进行设计，则链中心距长为 由于两链轮的中心距较长，要设置张紧链轮才能使整个装置顺利工作，而且张紧轮还可以调节链与水平面间的张角。根据工作状况需要以及和扶蔗装置、切顶装置间的相互配合关系，故中心距就应适当取大一些。和同组人员经多次配合，相互商量最后确定取中心距，经扶蔗装置与切顶装置配合，确定该中心距尺寸不与其发生干涉，这是最佳的中心距。 (五)链轮及链条的具体设计 1、链轮的有关重要名词术语 (1)链轮分度圆——链轮上能被链条基本节距等分的圆，其直径。分度圆是进行各项理论计算用的基本圆。 (2)链轮分度圆节距——在链轮分度圆上，对应中心角为的弦长，简称链轮节距。链轮分度圆节距的大小，同链轮基本节距相等。 (3)链轮齿顶圆——链轮上能直接测量到的最大圆，其直径为。 (4)链轮齿根圆——链轮齿槽底部所在的圆，其直径为。 (5)链轮齿廓线(即链轮齿形——齿廓面同端面的交线)。 (6)链轮作用角——链条同链轮齿廓线接触点处的法线与链节中心线间的夹角，称为链轮作用角。它的大小决定了轮齿传递有效工作拉力的能力。 (7)链轮齿形角——链轮齿廓线的切线之间的夹角称为齿形角。对直边齿形链轮来说，当齿沟中心不分离时，链轮作用角与链轮齿形半角数值相同。 (8)链轮齿廓工作段——在正常工作过程中，链条与轮齿实现接触的一段链轮齿廓线。 (9)齿沟圆弧中心角——当齿廓齿沟段为圆弧时，其所对的中心角为齿沟圆弧中心角，简称齿沟角，它的一半称齿沟半角。 2、链轮齿数的选定 当工作条件要求采用齿数很少的链轮时，则可设计具有小作用角的非标准齿形链轮;当工作条件要求采用齿数很大的链轮时，则也可设计具有较高齿高的非标准齿形链轮，以保持有较大的节距许用磨损伸长率。从啮合和受力情况来考虑，滚子链传动的最少齿数为9，但在具体选定时，还应注意下列各点: (1)考虑节距大小的影响如果大节距又碰上小齿数，那将使链条受到较大的附加载荷，因此荐用最小齿数为 18 式中——节距。 (2)考虑转速高低的影响原则上转速较高时，应选用较大的以使传动平稳，因此，荐用最少齿数为: 对于高转速的链轮 对于中等转速的链轮 对于低转速(如，为不发生胶合的极限转速)的链轮 (3)当传动空间尺寸许可时，考虑使传动有较长的使用寿命，推荐小链轮的齿数为，小链轮齿数推荐选用奇数齿，它们和偶数的链节相啮合可使磨损比较均匀。 本设计中，根据整体布局空间和中心距的大小，选定主动链轮齿数。 考虑具体工作情况要求，本设计中取传动比。 则从动链轮齿数。 3、分度圆直径 根据整体配合情况和工作情况要求，初取主动链轮分度圆直径为 4、链轮(或链条)节距 根据分度圆直径公式()得链轮节距 因为链轮分度圆节距与链条节距是相等的，而链条节距是链条的基本特性参数。滚子链的节距一般推荐按计算和小链轮转速在额定功率曲线上选定适当的节距。为使结构紧凑、传动平稳，应争取选用节距较小的链条。速度高、功率大时，可选用小节距的多排链。选用多排链时，应注意到它们对脏污和偏差是比较敏感的。所以根据参考[4]图33.2-5选取节距的TG190型(即12-A)型单排滚子链。其基本参数如下: 节距:滚子直径 内链节内宽:销轴直径: 内链板高:外链节外宽: 联结销轴:: 过渡销轴:每米重量: 最低破断载荷: 滚子链结构如图3-2所示: 19 图3-2滚子链结构图 5、根据链条的节距，分度圆直径调整为 6、链轮轴孔最大直径和齿侧凸缘最大直径 参考[4]表33.2-10得，链轮轴孔最大直径为，齿侧凸缘最大直径或排间槽最大直径 7、齿顶圆直径 8、齿根圆直径 (为滚子直径) 9、链轮端面齿型设计 一个设计完善的链轮齿形主要应满足三个方面的要求，即啮合要求、使用要求、工艺性与精度要求。为满足这些要求，链轮齿形的设计必须遵循如下原则:保证链条顺利地啮入与啮出;具有足够的容纳链条节距伸长的能力;具有合理的作用角;齿廓曲线与链传动的工况相适应;有利于啮入和防止因链条跳动而掉链;加工工艺性好等 标准规定了链轮的最大齿槽形状和最小齿槽形状，实际齿槽形状在最大、最小范围内可调，因而链轮齿廓曲线的相应形状可以有很大的灵活性，凡在两个极限齿槽形状之间的各种标准齿形均可采用。试验和使用表明，齿槽形状在一定范围内变动，在一般工况下对链传动的性能不会有很大影响。这样安排不仅为不同使用要求情况时，选择齿形参数留有较大的余地，有为研究发展更为理想的新齿形创造了条件，各种标准齿形的链轮之间也可以进行互换。 本设计中的链轮端面齿形为国标GB1244-76，所采用的凹形端面齿形，如下图所示:aa为齿沟圆弧，abc是齿廓工作板(ab-圆弧，bc-直线)，cd为齿顶圆弧。工作板各点的作用角沿齿高向上(由a到b)逐渐减小，值随着齿数增多而增大，有利于齿数多的链轮在包角内有更多的齿数传递拉力。凹齿形的接触应力比直线齿形和凸齿形的均小，当新链条在a点啮合时，凹齿形啮入就位时的冲击较其他齿形大;随着链条磨损节距增大，啮合点到达b、c点时，就位冲击将较其他齿形小。该齿形用标准刀具加工，按3RGB1244-85规定创造。滚子链链轮端面齿形如图3-3所示: 图3-3滚子链链轮端面齿形 10、链轮轴面齿型设计 参考[4]表33.2-12得，滚子链轮轴面齿型尺寸为 20 节距:;倒角宽度:; 倒角深度:;倒角圆弧半径:; 圆角半径:;齿宽: 滚子链链轮的轴面齿形如图3-4所示 图3-4滚子链链轮轴面齿形 11、链节数 根据中心距公式，当时，得链条节数 圆整后取 12、链条长度 13、链轮转速 由链速公式得 链轮转速 (六)动力装置的选择 1、需要传送的功率 需要传送的功率近似计算如下:(该计算得出的功率比实际的值大)。已知甘蔗质量为，则 2、计算功率 计算功率 查参考[4]表33.2—5得，载荷系数。 3、传动功率 传动功率(假设传动三根甘蔗)，则 21 查参考[4]表33.2—6得，小链轮齿数系数;表33.2—7得，传动比系数;表33.2—8得，中心距系数;表33.2—9得，多排链系数。 4、马达选用 根据链轮转速和所要传递的功率选用马达。由前面的计算知传动功率，链轮转速，并适当考虑选用轴径较小、重量较轻的马达。参考[6]选用QJM型液压马达，此型号的马达有如下特点: (1)该型号马达的滚动体用一只钢球代替了一般内曲线液压马达所用的两只以上滚轮和横梁，因而结构简单、工作可靠，体积、重量显著减小。 (2)运动副惯量小，钢球结实可靠，故该型马达可以在较高转速和冲击载荷下连续工作。 (3)摩擦副少，配油轴与转子内力平衡，球塞副通过自润滑复合材料制成的球垫传力，并具有静压平衡和良好的润滑条件，采用可自动补偿磨损的软性塑料活塞环密封高压油，因而具有较高的机械和容积效率，能在很低的转速下稳定运转，启动力矩较大。 (4)因结构具有的特点，该马达所需回油背压较低，一般需，转速越高，背压应越大。 (5)配油轴与定子钢性连接，故该马达进出油管允许用钢管连接。 (6)该型马达具有二级和三级变排量，因而具有较大的调速范围。 (7)结构简单，拆修方便，对 清洁度无特殊要求，油的过滤精度可按配套油泵的要求选定。 (8)除壳转和带支承型外，液压马达的出轴一般只允许承受转矩，不能承受径向和轴向外力。 (9)带“Se”和“SeZ”型液压马达，其启动和制成可用人工控制也可自动控制，控制压力较低，制成转矩大，操作方便，可靠。 根据以上情况，本设计中选用型号为QJM001—0.063Z的液压马达，其基本参数如下: 排量:;额定压力; 尖峰压力:;转速范围: 额定输出转矩:;轴径:; 重量:;键:8×36 22 (七)链传动的张紧 链条在使用过程中因磨损而逐渐伸长，结果使得松边垂度增大，发生振跳、爬高和跳齿等现象。为了调节链条松边的垂度，增加小链轮的啮合包角，补偿链条磨损产生的伸长，应把链条适当的张紧。对于反复起动或逆转以及载荷不稳定、有冲击、振动等使用场合，这更是十分必要的。合理的张紧对提高链传动的工作能力和延长使用寿命均有良好的效果。本装置张紧轮采用弹簧自动张紧。其张紧程度可利用测量松边垂度的大小来表示。可近似认为两轮公切线与松边最远点的距离为垂度。如果用双侧测量法测量，其松边垂度相当为 合适的松边垂度推荐为(mm) 或 式中——传动中心距(mm) ——最小垂度(mm) ——最大垂度(mm) ——松边对水平面的倾角 ——速度系数，当时，;当时，对于重载、经常起动、制动和反转的链传动以及接近垂直的链传动，其松边垂度应适当减小。本设计中由于链条接近于垂直布置，所以松边垂度要取很小。所以本设计中的张紧轮设计成只张紧不松弛的形式，也就是说张紧弹簧处于压缩状态。 (八)链传动的润滑 链传动的润滑至关重要。合理的润滑能大大减轻链条铰链的磨损，延长使用寿命。如果给油充分，它能增强冷却效果，降低传动噪音，减缓啮合冲击，避免铰链的早期胶合。对链条工作时铰链润滑状态的实验研究表明，润滑充分的链传动，其铰链内部在相对回转瞬间可以形成流体动压承载油膜，此油膜将销轴和套桶隔开，形成间歇的液体润滑状态。这一性质已成为现代链传动额定功率曲线或额定功率表的制定基础之一。反之，如果润滑不良，链传动的工作能力或使用寿命是会大受影响的。由此所述，润滑对于链传动是十分重要的。 通常链传动的润滑方式规定有四种:(1)用油刷或油壶人工定期润滑;(2)滴油润滑;(3)油浴润滑或飞溅润滑;(4)油泵压力喷油润滑。仅按链速来选用相应的润滑方式是欠妥的。研究表明，即使链速相同，节距大时更易发生胶合等毛病。 当采用一般润滑油有困难时，例如在机器中使用滴油或油浴有问题时，或周围环境恶劣、温度很高、泥浆四溅时，则可采用润滑脂或固体润滑剂。根据本装置的具体情况，本设计用刷子或油壶人工周期加油，加油处在链条松边的内外链节的侧隙之间。每班(8h)加油一次。 23 由于该装置的周围环境恶劣、故采用润滑脂润滑。 (九)链条的静强度计算 链条的静强度计算就是从链条的极限拉伸载荷(即破断载荷)出发，选用适当的安全系数来限定链条的工作能力。这种方法比较简单和方便，不过有时不免笼统和保守。规定不同的许用安全系数可以表示不同的含义:它可以是考虑静强度的，也可以是条件性地考虑铰链磨损或链条元件疲劳的。本设计要强调的则是链条的静强度计算。 如果不考虑动载荷，链条的紧边拉力由三部分组成，即有效圆周力、离心力引起的拉力和悬垂拉力。链条静强度的安全系数计算实质，乃是链条紧边拉力与链条极限拉伸载荷的比较，其计算式为 式中——按式所的的安全系数; ——链条极限拉伸载荷，; ——工作情况系数; ——有效圆周率; ——离心力引起的拉力; ——悬垂拉力 ——许用安全系数。 对滚子链来说，的取值应考虑下列几点:(1)链条的屈服点接近于它的极限拉伸载荷;(2)在开始屈服前后，板孔与销轴、套桶的联结牢固度开始下降;(3)存在啮入冲击以及多边形效应和爬链、跳齿等所引起的动载荷;(4)存在尖峰载荷的可能性;(5)链轮的径向跳动使链条周期性张紧;(6)多排时各排载荷分配的不均匀性等。所以许用安全系数一般为，平均取为6。如果按最大尖峰载荷来代替进行计算时，则许用安全系数。对于速度较低、从动系统惯性较小、或者不太重要的传动、或者力的确定比较准确时，可取较小值。链条的静强度安全系数计算法常用于低速链，这是因为低速链的载荷一般较大，静强度占有主要地位。通常把链速视为低速链。如果对这种低速链也按疲劳来考虑，用额定功率曲线图来选择计算链条，则结果常常是不经济的。因为在额定功率曲线上的每条曲线，相应的条件性安全系数，显然比前述的静强度安全系数为大。所以低速链用静强度安全系数来选择计算时常常可以得到尺寸较小的链条，比较经济。 考虑疲劳或磨损的条件性安全系数计算法的应用也很常见。特别应指出的是，当进行有限寿命计算时，若所要求的使用寿命过短，使用功率过高，则链条的静强度验算是比不可少的。 综上所述，链条的静强度、疲劳强度和耐磨性等计算要结合传动的具体工作条件来选用，一 24 种方法不能排斥其他方法，所以链传动的工作能力应按计算得出的最小值酌定。比如，对于润滑和密封良好的链传动，应首先按疲劳来计算，然后按静强度和磨损来验算。 (十)链传动的维护 一般在实际操作中达到以下几个要求，就能充分发挥链传动的使用性能: (1)传动的各个链轮应当保持良好的共面性，链条通道应保持畅通; (2)链条松边垂度应保持适当; (3)经常保持良好的润滑; (4)链条链轮应保持良好的工作状态; 前已述及，链轮不共面会发生侧磨以及锁止零件被剪掉、铆头松脱、链板腰部爬到齿顶上去等等现象。这主要是由于安装不准，或者由于链轮在轴上发生移动，或者由于轴承磨损而使轴与链轮发生摆动。有时在停车检查时共面性很好，但一受载荷就发生侧磨，这是因为轴与支承部分的刚度不足，应设法加强。 外链板和销轴端部的可见性损伤，表明传动系统的通道上发生了某种阻碍、磕碰、摩擦或干涉。发生这种情况时，应立即采取措施，消除磕碰摩擦的原因:有时是链条太松，有时是箱体变形。 链传动的正常磨损会使链条逐渐伸长，结果使松边可能太松，垂度可能过大。在经常性的检修工作过程中，应注意把它列为一个重要项目来检查。如果发现太松，在中心距可调或有张紧装置的情况下，就应重新适当张紧;如果中心距不可调，也没有张紧装置，则可减去一两个链节来重新张紧。适当张紧对于链轮来说也是防止或减缓齿轮过快磨损的一种方法，因为让磨损了的链条继续使用可能松边剧烈跳动、爬高、跳齿，从而促使轮齿也很快损坏;当然还可能发生磕碰链箱等现象。 在保养维修过程中，及时剔除已损坏的链节和换上新链节，对大规格的链条来说可延长寿命，在经济上也是合算的。不过换修工作只限于有数的几节。如果换修次数太多，则表示整根链条的寿命已经到头，不如把整根链条换掉，免得停车时间过长，影响生产。当然，有时为了维修机器运转，必须对链条多次修理;但是应当尽可能早的时间内更换链条，而且应当更换整根链条而不是更换其中的一部分。 第四章转向装置的设计 转向装置是甘蔗收割机的一个很重要的工作部件，它能够保证绿甘蔗的高效去顶。每一个转向装置可以在甘蔗去顶后，在收割机运行的方向上，将甘蔗顶部直接脱离收割机。如果没有转向装置驱使甘蔗通过切顶装置的话，部分甘蔗就可能会被卡住，并且拖出切顶装置。在甘 25 蔗切顶后，转向装置以两倍的速度迅速改变甘蔗的运行方向，使得甘蔗切顶后没有直线移动的距离，便于后续工作的顺利进行。 ?4-1转向装置的组成和工作原理 一、转向装置的组成 转向装置的结构比较简单，包括两个引导环，一个拨动轮和一个动力装置即马达。引导环在拨动轮的上下各固定一个，起到导向的作用，并且推动甘蔗杆在收割机前进的方向倒下。拨动轮拨动甘蔗杆绕着引导管旋转180度。整个转向装置通过两块托板固定在提升装置的支撑板上，引导环则固定在机架上。转向装置的结构如图所示(图4-1)。 图4-1转向装置结构 1-拨动轮;2-引导环;3-马达; 需要强调一下的是，提升装置的两个提升链与提升中心线并不是完全对称的，而是有一定角度的偏离，这主要也是考虑了甘蔗能够顺利通过引导环进行转向。位于主提升链支撑板下方的引导环的较长边直接延伸到了边链支撑板下，所以甘蔗杆就能够全部都能沿着引导环的路径运行。 二、转向装置的工作原理 简言之，转向装置就是通过拨轮拨动甘蔗转向，通过引导环来引导甘蔗穿过切顶装置并将切过顶的甘蔗绕过提升主链的主动链轮链轮，旋转180度，以2倍收割机的运行速度朝着收割机的运动方向推动切顶后的甘蔗向中心移动，使甘蔗切顶后没有直线移动的距离。每一个转向装置可以在甘蔗去顶后，在收割机运行的方向上沿着自由而不受约束的路径将甘蔗顶部直接脱离收割机。从而不会使甘蔗被卡住，甚至被拖出切顶装置。在甘蔗切顶后，转向装置以两倍的速度迅速改变甘蔗的运行方向，以致于甘蔗切顶后没有直线移动的距离，同时也确保了切顶后的甘蔗向收割机前进的方向上倒。 从甘蔗的收割路径来看，甘蔗进入收割机后，首先，中心驱动链旋转并带动甘蔗到一个支撑位置进行切顶操作，然后转向和切根，最后进入剥叶装置的入口。转向装置迫使甘蔗的顶部通过切顶装置，在甘蔗转向根切的同时扔掉已切的甘蔗顶部。已经去根、去顶的甘蔗被输送到剥叶装置的入口。并且不会和输入收割机的未去顶和未根切的甘蔗发生干涉，这样甘蔗在进入切顶装置到根切结束的整个过程中，拨动轮非常成功地配合了收割装置的工作。拨动轮位于切顶装置的下方，支撑着甘蔗，并使甘蔗平稳地通过切顶装置。拨动轮的线速度与输送甘蔗到切顶装置的速度相等。因此拨动轮接收到链条传送的甘蔗而不至于损伤甘蔗。实际上，在收割机前进的过程中，驱动链以相对地面的同一速度移动。因此，由于链的速度相对地面与收割机的速度相等，甘蔗的上部沿着驱动链的中心线保持原位，其实拨动轮的一个功能是让切掉的顶部以相对于收割机两倍速度离开收割机，另一个功能是让甘蔗以适当速度进入收割机。 ?4-2转向装置的重要零件设计过程 26 一、动力装置的选择 在该装置中，动力装置用来带动拨动轮以两倍链速旋转，由前计算知，链轮的转速为，所以该动力装置也可以选用本设计中选用型号为QJM001—0.063Z的液压马达，其基本参数如下: 排量:;额定压力; 尖峰压力:;转速范围: 额定输出转矩:;轴径:; 重量:;键:8×36 二、拨动轮的设计 拨动轮的设计没有什么现成的标准，都是根据工作要求和装配的需要进行设计，设计过程也主要是涉及到拨动轮叶片是否会和其他机构发生干涉，是否能够顺利实现拨动甘蔗杆的功能要求，所以不能设计得过长，也不能设计得过短。 根据提升装置的整体布局，在安装拨动轮处的地方，从拨动轮轮心开始沿着机器运行方向的空间距离为;从拨动轮轮心开始与机器运行方向上到边链底版的空间距离为。为了使拨动轮叶片不与其发生干涉，并且能够顺利实现拨动甘蔗杆的功能要求，设定拨动轮叶片的长度为。并采用三叶片式结构，就能顺利的实现功能了。 拨动轮的结构如图4-2所示: 图4-2拨动轮结构及有关尺寸 三、引导环的设计 拨动轮的设计同样没有什么现成的标准，都是根据工作要求和装配的需要进行设计。引导环在拨动轮的上下各固定一个，起到导向的作用，并且推动甘蔗杆在收割机前进的方向倒下。所以在设计时，就要充分考虑位于主提升链支撑板下方的引导环的较长边直接延伸到了边链支撑板下，使甘蔗杆全部都能够沿着引导环的路径运行而不会堵塞收割机切顶装置处的入口，影响收割工作的顺利进行。设计时引导环焊接在一块带有肋板的支撑板上，该支撑板固定在机架上。 引导环的结构如图4-3所示: 27 图4-3引导环结构及有关尺寸 第五章其他零部件的设计 上面两章已经介绍了提升装置和转向装置的主要零部件的设计过程。由于这两个装置的关联性较强，所以在本章将一并介绍这两个装置的其他一些配套的零部件。 ?5-1轴的设计 作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，轴要用滑动轴承或滚动轴承来支撑。常见的轴的有直轴和曲轴，曲轴主要用于往复运动的机械中，在切顶装置中应选择直轴来实现回转运动。根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴。在这两个装置中轴同时承受转矩和弯矩，属于转轴。 这两个装置工作过程的实现主要就是通过轴来带动其它部件来完成，所以轴选择的好与坏是至关重要的。在提升装置中，轴上主要安装链轮;在转向装置中，轴上安装拨动轮。由于装置都比较小巧，所要承受的力都不大，所以轴可以设计成短一些，细一些。 一、轴的材料 轴的材料主要用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，应用较为广泛，所以选择45钢。为了保证其力学性能，进行调质。轴的毛坯是铸造成型，易于得到更合理形状。45钢材料吸振性较高，用热处理方法获得所需的耐磨性，对应力集中敏感性也较低，但铸造品质不易控制，故可靠性不如钢制轴。 二、设计要求 轴在结构设计上需满足以下要求: (1)轴不做轴向运动; (2)为传递转矩，轴上零件用平键来作轴向固定 (3)轴的加工、热处理、装配等应具有良好的工艺性 三、主动链轮轴 主动链轮轴的一端钻有安装马达用的孔，用于安装马达，并固定在支撑板上;中间连接主动连轮，另一端做成螺柱的形式，此处用于安装螺母，用于固定链轮。其结构和有关尺寸如图5-1所示: 图5-1主动链轮轴结构尺寸 28 四、从动链轮轴 主动链轮轴的两端都做成螺柱的形式，用于安装螺母，该轴由于受到的力不大，所以两端都用螺母固定即可，在轴的外端，用两个螺母来加固。该轴只承受从动链轮的转动。 其结构和有关尺寸如图5-2所示: 图5-2从动链轮轴结构尺寸 五、转向装置连接轴 转向装置连接轴的一端钻有安装马达用的孔，用于安装马达，并固定在下托板上;中间连接拨动轮，该轴设置有两个轴肩，其一用于固定轴承，另一用于固定拨动轮。其结构和有关尺寸如图5-3所示: 图5-3转向装置连接轴的结构尺寸 ?5-2轴承的选用及密封、润滑 一、轴承的选用 主动链轮轴与马达相连，马达的安装直径为25mm，所以轴的外圆直径选为35mm,与内径为35mm的6207型轴承配合。从动链轮轴径选用内径30mm的6206型轴承。张紧链轮上选用内径为12mm的6201型轴承。转向装置连接轴上端选用内径为20mm的6204型轴承;下端选用内径为35mm的6207型轴承。选用深球沟轴承是因为，深沟球轴承结构简单，主要承受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。摩擦系数小，极限转速高，价廉。 二、轴承的润滑 滚动轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，也有吸振、冷却、防锈和密封等作用。合理的润滑对提高轴承性能，延长轴承的使用寿命有重要意义。润滑剂的选择主要取决于速度、载荷、温度等工作条件，本设计中载荷不大，所以选用脂润滑方式。脂润滑能够承受较大的载荷，而且结构简单，易于装置的密封。润滑脂的装填不超过轴承空间的1/3-1/2，装脂过多，易于引起摩擦发热，影响轴承的正常工作。 三、轴承的密封 密封是为了阻止润滑剂从轴承中流失，也为了防止外界灰尘、水分等侵入轴承。没有合理的密封将大大影响轴承的工作寿命。密封按照其原理可以分为接触式密封和非接触式密封两大类。非接触式密封不受速度限制。接触式密封只能在线速度较小的场合，为了保证密封的寿 29 命已减少轴的磨损，轴接触部分的硬度在40HRC以上，表面粗糙度小于。所以可以采用毡圈密封。 第六章提升装置支撑机构的设计 提升装置的支撑机构与提升装置和转向装置是相对比较独立的，只是将该支撑机构的一端铰链在提升装置支撑板的下端铰链连接处实现提升转向装置随着支撑机构的运动而实现角度的变化，最终使得提升、切顶、转向都达到最好的效果，所以在本章将该机构单独开来独立地介绍。但是提升装置和转向装置的正常工作是以稳定的支撑为前提的，所以该支撑机构整个收割机来说又是非常重要的。 ?6-1支撑机构的工作原理 支撑的方式有很多种，包括固定支撑、铰支撑等等。提升装置的工作要求就是可以调整与水平面间的倾斜角度，所以要用活动的铰支撑。角度的调整可以用液压缸的伸缩来实现。机构的一端支撑点在提升装置支撑板下端的铰链处，另一端固定在机架上。 提升机构与水平面之间所成的倾斜角一般在之间。根据甘蔗的平均长度和高矮之差的一般情况，在这个角度的范围内调节是最佳的，能够实现很有效的切顶。 其工作机构如图6-1所示;其机架如图6-2所示: 1—液压缸2—机架3—液压缸 图6-1支撑机构工作图 图6-2机架的结构与尺寸 如图6-1所示，液压缸3的一端固定在机架上，可采用螺栓固定。液压缸1的一端和提升装置的下端铰链相连，可采用螺栓固定，另一端和2用铰链相连。另一端铰连接，可绕其中心旋转。2处的中心伸出的一个杆也用螺栓固定，另一端固定在机架上。液压缸1和液压缸3可以绕着该点旋转。 ?6-2液压缸的选用 在本机构中，提升装置之所以能够调节倾斜角度的变化，就是通过液压缸的伸缩来实现的。 液压缸在液压系统中的作用是将液压能转变为机械能，是机械实现直线往复运动或小于的往复摆动运动。液压缸可以分为推力液压缸、摆动液压缸。根据工作情况需要，本设计中主要根据液压缸的缸筒内径和活塞杆的直径来选择液压缸。查[6]，选取HSG型用液压缸，此液压缸是双作用单活塞杆液压缸，主要用于各种工程机械、起重机械及矿山机械等的液压传动。缸径系列为40、50、63、80、100、125、150、160、200、250、320mm，由于用此液压缸来实现该支撑机构带动提升装置的角度调节运动，承受的力不大，所以根据工作情况 30 和具体的整体空间布局选40mm的缸径，活塞杆直径选为20mm。再者根据甘蔗的平均高度以及高矮之差的一般情况，选活塞行程系列为200mm。 工称压力的计算:受力如图6-3所示， 图6-3活塞受力图 活塞杆伸出时的理论推力为: 活塞杆缩回时的理论拉力为: 整个支撑机构带动提升转向装置做角度调整运动大约需要100kg的力，即，算得 液压缸的工称压力系列为:0.63、1.0、1.6、2.5、4、6.3、10、16、25、31.5、40.0，所以选用的液压缸。 综上，该支撑装置动力系统液压缸的选用结果为:HSG型工程用液压缸，缸筒内径为40mm，活塞杆直径为20mm，活塞行程为200mm，工称压力为。 31