甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2014/08/26 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備雜志2014年第三期1雙側(cè)傾卸式集堆機(jī)構(gòu)雙側(cè)傾卸式集堆機(jī)構(gòu)就是使集堆箱能夠在液壓缸的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)左右翻轉(zhuǎn)，當(dāng)翻轉(zhuǎn)超過90時使甘蔗滑出集堆箱。目前有人工調(diào)整型斜集雙側(cè)傾倒的集堆機(jī)構(gòu)和自動斜集雙側(cè)傾倒的集堆機(jī)構(gòu)兩種形式4。人工調(diào)整型斜集雙側(cè)傾倒的集堆機(jī)構(gòu)在作業(yè)過程中需增加人工配合動作，當(dāng)集堆機(jī)構(gòu)向左傾卸甘蔗時，用銷子將箱體和底座連接處的左側(cè)的銷孔銷住，這樣箱體就可以繞此銷軸旋轉(zhuǎn)；向右卸甘蔗時就把右側(cè)的銷孔銷住來實(shí)現(xiàn)右側(cè)傾倒。人工調(diào)整型斜集側(cè)倒集堆機(jī)構(gòu)在以斜集的方式縮小長度尺寸的同時，還實(shí)現(xiàn)了在左右兩側(cè)都能卸載甘蔗，且其結(jié)構(gòu)簡單，只需要一個液壓缸，成本低廉。但該集堆機(jī)構(gòu)最大的局限在于卸蔗的時候需要人工配合鎖定一側(cè)的插銷，操作比較麻煩，不能直接方便地通過機(jī)器改變集堆箱的傾卸方向而實(shí)現(xiàn)全程自動化；而且傾卸翻轉(zhuǎn)時集堆箱轉(zhuǎn)動半徑較大，重心位置位移量大，影響了整個運(yùn)動的穩(wěn)定性。自動斜集雙側(cè)傾倒的集堆機(jī)構(gòu)收集甘蔗的原理與三角集堆機(jī)構(gòu)相同，其不同之處在于向側(cè)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(qū)動下以集堆箱底的中軸為轉(zhuǎn)軸向一側(cè)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度大于90時，甘蔗滑出箱體被傾卸到一側(cè)地面上；然后集堆箱還原，繼續(xù)收集甘蔗；當(dāng)整機(jī)轉(zhuǎn)彎后反向行走時，集堆箱往另一側(cè)翻轉(zhuǎn)傾卸甘蔗。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可實(shí)現(xiàn)全自動化左右兩側(cè)卸載甘蔗。但采用了2個液壓缸，質(zhì)量大，成本稍高。上述幾種集堆機(jī)構(gòu)共同的局限性在于，當(dāng)集堆裝置進(jìn)行卸蔗作業(yè)時，需要收割機(jī)暫時停止收割作業(yè)，這樣影響了收割機(jī)的作業(yè)效率。2連續(xù)回轉(zhuǎn)式甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1集堆機(jī)構(gòu)的功能要求綜合考慮以上幾種典型的甘蔗集堆機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的甘蔗集堆機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下幾個要求：1）順利收集剝?nèi)~后的甘蔗，不漏集；2）實(shí)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(cè)均能傾卸甘蔗；4）收集甘蔗的速度與收割機(jī)收割甘蔗的速度相匹配，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要；5）卸出甘蔗時不需要收割機(jī)暫時停止收割作業(yè)。2.2建立集堆機(jī)構(gòu)的模型根據(jù)上述甘蔗集堆機(jī)構(gòu)的功能要求，設(shè)計(jì)出一種新型甘蔗集堆機(jī)構(gòu)，如圖1所示。該機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件為刮板、底板、傳動軸、鏈輪、鏈條。圖2是集堆機(jī)構(gòu)的主視圖。該甘蔗集堆機(jī)構(gòu)固定在收割機(jī)后部，其最高處（刮板頂端）比輸送裝置出口的最低處要低300500mm。其在甘蔗收割機(jī)上的安裝位置如圖3所示。甘蔗集堆機(jī)構(gòu)卸載過程如下：1）剝?nèi)~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(jī)構(gòu)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(nèi)形成集堆。在刮板的導(dǎo)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(zhuǎn)，相當(dāng)于長槽沿鏈條軌跡不間斷地做回轉(zhuǎn)運(yùn)動。長槽內(nèi)的甘蔗堆在刮板的帶動下也隨之移動，當(dāng)甘蔗堆移動至底板兩側(cè)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(jī)的縱梁上，與水平方向成45向下傾斜）；4）滑板的引導(dǎo)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(dǎo)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(zhuǎn)。2.3集堆機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)甘蔗收割機(jī)的作業(yè)效率與集堆機(jī)構(gòu)收集、卸載甘蔗的效率密切相關(guān)。本文設(shè)計(jì)的集堆機(jī)構(gòu)，最大的特點(diǎn)在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(jī)無需暫停作業(yè)，同時也實(shí)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(jī)的作業(yè)效率。為了作業(yè)過程的順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)集堆機(jī)構(gòu)時重點(diǎn)考慮了如何使甘蔗在集堆機(jī)構(gòu)上達(dá)到良好的鋪放效果。根據(jù)甘蔗從剝?nèi)~通道中出來后的運(yùn)動軌跡，可知大多數(shù)甘蔗的運(yùn)動范圍，以此確定集堆機(jī)構(gòu)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(cè)擋板的長、寬、高。2.3.1刮板的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(shè)甘蔗集堆時均沿集堆機(jī)構(gòu)前后方向縱向鋪放。為了保證甘蔗收割機(jī)的效率，集堆機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能多地收集甘蔗，但甘蔗集堆過多會導(dǎo)致甘蔗卸載不順暢，影響集堆機(jī)構(gòu)的效率。因此鋪放時應(yīng)把甘蔗重疊數(shù)控制在23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(jié)構(gòu)參數(shù)底板應(yīng)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(jī)構(gòu)的整體尺寸，因此在滿足集堆效率的前提下應(yīng)采用相對緊湊的設(shè)計(jì)。根據(jù)與刮板與底板的裝配關(guān)系，底板總長為2083mm，總寬1322mm。為便于甘蔗卸載，底板兩側(cè)邊緣處設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)參數(shù)傳動軸既是刮板回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動部件，又是集堆機(jī)構(gòu)安裝在甘蔗收割機(jī)底盤上的支承部件。傳動軸工作時轉(zhuǎn)速不高，但卸載甘蔗時蔗堆較多，刮板負(fù)載較大，因此傳動軸應(yīng)具有足夠的硬度、彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，如圖7所示。2.3.4擋板與滑板甘蔗從剝?nèi)~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(jī)構(gòu)以外的范圍，少數(shù)甘蔗會向集堆機(jī)構(gòu)的兩側(cè)竄出。為保證甘蔗從剝?nèi)~通道出來后全部落到集堆機(jī)構(gòu)上，在集堆機(jī)構(gòu)后方與兩側(cè)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(yùn)動范圍，使絕大多數(shù)甘蔗落在集堆機(jī)構(gòu)上。其中后擋板直接固定在收割機(jī)底盤縱梁上，兩側(cè)擋板通過軸承座與立柱實(shí)現(xiàn)軸承連接，可繞軸承座旋轉(zhuǎn)一定的角度。當(dāng)收割機(jī)作業(yè)時，卸蔗一側(cè)的擋板向外旋轉(zhuǎn)一個角度，以不影響甘蔗卸載為準(zhǔn)?；灏惭b在收割機(jī)兩側(cè)縱梁上，位于集堆機(jī)構(gòu)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(dǎo)向作用下整齊地滑落至地面。2.4集堆機(jī)構(gòu)驅(qū)動與控制方式集堆機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由液壓馬達(dá)提供動力，經(jīng)減速器減速后帶動一側(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，通過鏈條帶動另一側(cè)轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動。作業(yè)過程中可通過液壓油路中的換向閥實(shí)現(xiàn)順時針、逆時針回轉(zhuǎn)方向的切換。3整稈式甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)3.1試驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^甘蔗收割機(jī)實(shí)地作業(yè)，檢驗(yàn)本文所設(shè)計(jì)的集堆機(jī)構(gòu)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即順利收集剝?nèi)~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(cè)均能傾卸甘蔗、能較長時間工作、工作效率較高等。3.2試驗(yàn)設(shè)備本試驗(yàn)采用的甘蔗收割機(jī)為HN4GZL-132型整稈式甘蔗收割機(jī)樣機(jī)，發(fā)動機(jī)功率132kW，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動集堆裝置的刮板做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，如圖9所示。3.3試驗(yàn)對象實(shí)驗(yàn)對象為本課題組設(shè)計(jì)的一種新型整稈式甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)，見圖10。3.4試驗(yàn)材料本試驗(yàn)在湛江農(nóng)墾田間進(jìn)行，甘蔗品種為臺糖F66，甘蔗倒伏嚴(yán)重，如圖11所示。3.5試驗(yàn)結(jié)果圖12為整稈式甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)進(jìn)行田間試驗(yàn)的現(xiàn)場。試驗(yàn)選取向甘蔗收割機(jī)前進(jìn)方向的右側(cè)傾卸甘蔗。在試驗(yàn)過程中，剝?nèi)~后的甘蔗從剝?nèi)~通道被拋出，大部分直接落在集堆機(jī)構(gòu)上，少數(shù)拋出速度較高或向左側(cè)拋出的甘蔗分別被后擋板和左側(cè)擋板擋住后仍落在集堆機(jī)構(gòu)上。集堆刮板的導(dǎo)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(zhuǎn)，長槽中的蔗堆被刮板推至集堆底板兩側(cè)邊緣，在重力作用下滑落至地面?；逶诟收峄溥^程中起到導(dǎo)向作用，使甘蔗落地后與收割機(jī)保持一定距離，避免被壓壞。收割機(jī)田間收割作業(yè)表明，本文設(shè)計(jì)的集堆機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)甘蔗集堆、傾卸過程的無縫連接，把收集好的甘蔗平穩(wěn)、整齊地傾卸到地面上，滿足預(yù)想的設(shè)計(jì)要求。4結(jié)論與討論本文設(shè)計(jì)的整稈式甘蔗收割機(jī)集堆機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙向連續(xù)回轉(zhuǎn)，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(jī)作業(yè)過程流暢，提高了收割機(jī)的連續(xù)作業(yè)時長和作業(yè)效率。作者：陳連飛梁宇達(dá)鄒小平楊丹彤劉慶庭單位：廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 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