甘蔗收割机集堆机构设计

甘蔗收割机集堆机构设计甘蔗收割机集堆机构设计 2014/08/26 现代农业装备杂志2014年第三期1双侧倾卸式集堆机构双侧倾卸式集堆机构就是使集堆箱能够在液压缸的驱动下实现左右翻转，当翻转超过90时使甘蔗滑出集堆箱。目前有人工调整型斜集双侧倾倒的集堆机构和自动斜集双侧倾倒的集堆机构两种形式4。人工调整型斜集双侧倾倒的集堆机构在作业过程中需增加人工配合动作，当集堆机构向左倾卸甘蔗时，用销子将箱体和底座连接处的左侧的销孔销住，这样箱体就可以绕此销轴旋转；向右卸甘蔗时就把右侧的销孔销住来实现右侧倾倒。人工调整型斜集侧倒集堆机构在以斜集的方式缩小长度尺寸的同时，还实现了在左右两侧都能卸载甘蔗，且其结构简单，只需要一个液压缸，成本低廉。但该集堆机构最大的局限在于卸蔗的时候需要人工配合锁定一侧的插销，操作比较麻烦，不能直接方便地通过机器改变集堆箱的倾卸方向而实现全程自动化；而且倾卸翻转时集堆箱转动半径较大，重心位置位移量大，影响了整个运动的稳定性。自动斜集双侧倾倒的集堆机构收集甘蔗的原理与三角集堆机构相同，其不同之处在于向侧面卸载甘蔗。卸载过程为：向上倾斜25的集堆箱收集到一定的甘蔗后，在液压缸的驱动下以集堆箱底的中轴为转轴向一侧翻转，当翻转角度大于90时，甘蔗滑出箱体被倾卸到一侧地面上；然后集堆箱还原，继续收集甘蔗；当整机转弯后反向行走时，集堆箱往另一侧翻转倾卸甘蔗。该机构结构简单，操作简便，可实现全自动化左右两侧卸载甘蔗。但采用了2个液压缸，质量大，成本稍高。上述几种集堆机构共同的局限性在于，当集堆装置进行卸蔗作业时，需要收割机暂时停止收割作业，这样影响了收割机的作业效率。2连续回转式甘蔗收割机集堆机构设计2.1集堆机构的功能要求综合考虑以上几种典型的甘蔗集堆机构的优缺点，所设计的甘蔗集堆机构应满足以下几个要求：1）顺利收集剥叶后的甘蔗，不漏集；2）实现把收集好的甘蔗全部平稳倾卸，不造成甘蔗杂乱堆砌和大量损伤；3）双侧均能倾卸甘蔗；4）收集甘蔗的速度与收割机收割甘蔗的速度相匹配，满足实际生产需要；5）卸出甘蔗时不需要收割机暂时停止收割作业。2.2建立集堆机构的模型根据上述甘蔗集堆机构的功能要求，设计出一种新型甘蔗集堆机构，如图1所示。该机构主要构件为刮板、底板、传动轴、链轮、链条。图2是集堆机构的主视图。该甘蔗集堆机构固定在收割机后部，其最高处（刮板顶端）比输送装置出口的最低处要低300500mm。其在甘蔗收割机上的安装位置如图3所示。甘蔗集堆机构卸载过程如下：1）剥叶后的甘蔗从输送通道中带一定的初速度飞出，在重力作用下落在集堆机构的底板上；2）每两块刮板与底板形成一个长槽状的空间，甘蔗在此空间内形成集堆。在刮板的导向作用下，大部分甘蔗纵向落入长槽中，少数由于甘蔗之间的相互作用成不规则分布；3）刮板在链条的带动下不间断地回转，相当于长槽沿链条轨迹不间断地做回转运动。长槽内的甘蔗堆在刮板的带动下也随之移动，当甘蔗堆移动至底板两侧边缘时，甘蔗离开底板，在重力的作用下滑落至滑板上（滑板固定在收割机的纵梁上，与水平方向成45向下倾斜）；4）滑板的引导作用使甘蔗顺利滑落至地面，避免卸载过程中甘蔗相互影响导致卸载不顺畅、卸载后摆放杂乱等问题；5）刮板可根据甘蔗需要卸载的方向顺时针或逆时针回转。2.3集堆机构的结构参数甘蔗收割机的作业效率与集堆机构收集、卸载甘蔗的效率密切相关。本文设计的集堆机构，最大的特点在于能无间断地把收集到的甘蔗卸载至地面上，卸载时收割机无需暂停作业，同时也实现了集堆、卸蔗两个作业阶段的无缝连接，提高了收割机的作业效率。为了作业过程的顺利进行，设计集堆机构时重点考虑了如何使甘蔗在集堆机构上达到良好的铺放效果。根据甘蔗从剥叶通道中出来后的运动轨迹，可知大多数甘蔗的运动范围，以此确定集堆机构的主要尺寸：底板长、宽；刮板长、高；传动轴长度及两轴间距；两侧挡板的长、宽、高。2.3.1刮板的结构参数刮板在甘蔗集堆和卸载的过程中均发挥作用，是本集堆机构的一个重要部件。每组刮板由两块矩形钢板相互垂直焊接而成，其中底部的钢板为竖直的钢板提供支撑，竖直的钢板起两个作用，一是集堆，二是甘蔗卸载时为蔗堆提供动力。钢板两端面辅以梯形状钢板，为刮板与链条的连接提供装配位置。假设甘蔗集堆时均沿集堆机构前后方向纵向铺放。为了保证甘蔗收割机的效率，集堆机构应尽可能多地收集甘蔗，但甘蔗集堆过多会导致甘蔗卸载不顺畅，影响集堆机构的效率。因此铺放时应把甘蔗重叠数控制在23层，如图4所示。根据对台糖F66甘蔗的测量数据：甘蔗蔗茎平均长度2600mm、甘蔗蔗茎平均直径30mm。确定2块矩形钢板尺寸为长2090mm、厚6mm，其中竖直钢板的高度84mm，如图5所示。2.3.2底板的结构参数底板应为甘蔗的铺放和集堆留有足够的空间。底板的尺寸很大程度上决定了集堆机构的整体尺寸，因此在满足集堆效率的前提下应采用相对紧凑的设计。根据与刮板与底板的装配关系，底板总长为2083mm，总宽1322mm。为便于甘蔗卸载，底板两侧边缘处设计成1/4圆弧状，圆弧半径108mm，如图6所示。2.3.3传动轴与链轮的结构参数传动轴既是刮板回转运动的传动部件，又是集堆机构安装在甘蔗收割机底盘上的支承部件。传动轴工作时转速不高，但卸载甘蔗时蔗堆较多，刮板负载较大，因此传动轴应具有足够的硬度、弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，如图7所示。2.3.4挡板与滑板甘蔗从剥叶通道出来后具有一定的初速度，部分甘蔗向后被抛至集堆机构以外的范围，少数甘蔗会向集堆机构的两侧窜出。为保证甘蔗从剥叶通道出来后全部落到集堆机构上，在集堆机构后方与两侧分别布置挡板，如图8所示。挡板用钢板剪裁而成，作用是限制甘蔗的运动范围，使绝大多数甘蔗落在集堆机构上。其中后挡板直接固定在收割机底盘纵梁上，两侧挡板通过轴承座与立柱实现轴承连接，可绕轴承座旋转一定的角度。当收割机作业时，卸蔗一侧的挡板向外旋转一个角度，以不影响甘蔗卸载为准。滑板安装在收割机两侧纵梁上，位于集堆机构下方，与水平方向成45向下倾斜。卸蔗过程中甘蔗离开集堆底板时落在滑板上，在滑板的导向作用下整齐地滑落至地面。2.4集堆机构驱动与控制方式集堆机构的回转运动由液压马达提供动力，经减速器减速后带动一侧转轴转动，通过链条带动另一侧转轴同步转动。作业过程中可通过液压油路中的换向阀实现顺时针、逆时针回转方向的切换。3整秆式甘蔗收割机集堆机构的试验3.1试验目的本试验目的是通过甘蔗收割机实地作业，检验本文所设计的集堆机构能否达到设计要求，即顺利收集剥叶后的甘蔗、把收集好的甘蔗全部平稳卸载、卸载的甘蔗整齐排放在地面上、双侧均能倾卸甘蔗、能较长时间工作、工作效率较高等。3.2试验设备本试验采用的甘蔗收割机为HN4GZL-132型整秆式甘蔗收割机样机，发动机功率132kW，采用液压马达驱动集堆装置的刮板做回转运动，如图9所示。3.3试验对象实验对象为本课题组设计的一种新型整秆式甘蔗收割机集堆机构，见图10。3.4试验材料本试验在湛江农垦田间进行，甘蔗品种为台糖F66，甘蔗倒伏严重，如图11所示。3.5试验结果图12为整秆式甘蔗收割机集堆机构进行田间试验的现场。试验选取向甘蔗收割机前进方向的右侧倾卸甘蔗。在试验过程中，剥叶后的甘蔗从剥叶通道被抛出，大部分直接落在集堆机构上，少数抛出速度较高或向左侧抛出的甘蔗分别被后挡板和左侧挡板挡住后仍落在集堆机构上。集堆刮板的导向作用使甘蔗纵向排列，在刮板间的长槽中形成集堆。刮板连续回转，长槽中的蔗堆被刮板推至集堆底板两侧边缘，在重力作用下滑落至地面。滑板在甘蔗滑落过程中起到导向作用，使甘蔗落地后与收割机保持一定距离，避免被压坏。收割机田间收割作业表明，本文设计的集堆机构可实现甘蔗集堆、倾卸过程的无缝连接，把收集好的甘蔗平稳、整齐地倾卸到地面上，满足预想的设计要求。4结论与讨论本文设计的整秆式甘蔗收割机集堆机构实现了双向连续回转，甘蔗集堆与倾卸过程无缝连接且配合良好，倾卸甘蔗时不需要暂停收割作业，从而使得收割机作业过程流畅，提高了收割机的连续作业时长和作业效率。作者：陈连飞梁宇达邹小平杨丹彤刘庆庭单位：广东省农业机械试验鉴定站华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室 上一个文章： 茶园生产机械化的应用下一个文章： 没有了