导　　师： 区颖刚

学科专业： H2801

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南农业大学

摘　　要： 甘蔗是我国重要的经济作物，种植面积居世界第三位，但是，我国甘蔗生产技术特别是甘蔗生产机械化技术落后，生产效率低下，甘蔗生产成本高，甘蔗收获机械化已成为我国甘蔗生产急需觧决的问题，而夹持输送机构是关系到甘蔗收获机能否平稳可靠输送甘蔗的一个关键部件。目前，我国整秆式甘蔗收获机的夹持输送机构还很不完善，经常出现输送不平稳、易堵塞、易折断甘蔗等现象，存在夹持输送链易掉链、张紧力大，功率消耗过大等缺点，严重影响了甘蔗收割机的性能和推广应用。以前的研究主要集中在甘蔗切割和扶起方面，对于甘蔗夹持输送机理的研究几乎是空白，研究设计新型的夹持输送机构，研究其工作机理，为甘蔗收割机的设计提供依据，减少甘蔗的堵塞和折断，提高铺放质量，降低功耗，具有重要的理论意义和实用意义。 在田间试验观察和分析的基础上，针对现有无轨道柔性夹持输送装置存在的问题，研制了圆弧轨道式柔性夹持输送装置，该装置具有结构小、输送线路短、链条张紧力小、功耗低、甘蔗能变向输送，夹持输送平稳可靠、对甘蔗茎秆表面夹持损伤小的特点；在圆弧轨道式柔性夹持输送试验装置上进行了甘蔗生长状态对入口夹持输送性能影响的试验研究。对于直立生长的甘蔗、倒伏角β≥80°的顺倒伏和逆倒伏甘蔗，以输送装置夹持入口中心线为基准，地面生长分布宽度在400mm范围内，在无甘蔗扶起机构的情况下，夹持输送装置能将甘蔗顺利地夹持；对于向右倒伏的侧倒伏甘蔗，倒伏角β≥75°时，左、右偏移距离在200mm、50mm的范围内，对于向右倒伏的侧顺倒伏和侧逆倒伏甘蔗，倒伏角β≥80°时，左、右偏移距离在200mm、150mm范围内，以及倒伏角β≥75°和侧偏角60°≤γ≤150°时，左、右偏移距离在200mm、50mm范围内，在无甘蔗扶起机构的情况下，甘蔗都能顺利地被夹持，向左倒伏甘蔗反之亦然。 甘蔗表面无叶无节时与柔性夹持元件表面的摩擦系数最低，有黄叶时次之，无叶有节时最高；柔性夹持元件在加压过程中的小位移阶段，压力-位移曲线具有较好的线性关系，可以用二次曲线来表示柔性夹持元件刚度系数沿长度的变化关系，对于相同层数帆布帘的柔性夹持元件刚度系数随元件长度的增大而减小，对于相同长度的柔性夹持元件刚度系数随帆布帘层数的增加而增大。 采用直道夹持力试验台和弯道夹持力试验台就柔性夹持元件和轨道间距进行了甘蔗夹持输送稳定性试验研究。随着轨道间距的增大，柔性夹持元件施加给甘蔗的夹持力逐渐减少；施加给甘蔗相同的夹持力，随着柔性夹持元件帆布帘层数和长度的增加，对应的轨道间距增加；随着柔性夹持元件长度的增大，柔性夹持元件施加给甘蔗的夹持力随轨道间距变化的斜率减小，夹持力大小的变化越缓慢；柔性夹持元件提供的夹持力与轨道间距均呈线性关系；柔性夹持元件夹在甘蔗节上还是不夹在节上，甘蔗有叶还是无叶，其施加给甘蔗的夹持力无显著差异；从夹持输送装置结构以及甘蔗的受力情况来考虑，选择4层帆布帘输送带作为柔性夹持元件更能平稳、柔和地夹持输送甘蔗，4层帆布帘120mm、160mm、200mm长的柔性夹持元件夹持甘蔗所需最大轨道间距为135mm、183mm、235mm。 在圆弧轨道式柔性夹持输送试验装置上进行了甘蔗铺放试验研究。随着夹持输送装置输送速度的增大，甘蔗铺放角和甘蔗铺放距离也随着增大，随着机车前进速度的增大，甘蔗铺放角是减小的，而前进速度对甘蔗的铺放距离影响不大；多根甘蔗的铺放角和铺放距离要比单根甘蔗小，铺放角和铺放距离最大极差要比单根甘蔗大；入口夹持点高度应在甘蔗质心高度±100mm范围内为宜，以保证甘蔗能向机车外侧铺放，随夹持高度的增加，甘蔗质心位于夹持点下方的距离增大，甘蔗铺放距离减小，而夹持高度对甘蔗铺放角影响不大。 采用高速摄影设备进行了高速摄影试验。对高速摄影图像分析发现：对于靠在v型入口两边柔性夹持元件上的甘蔗，随着机车向前运动以及柔性夹持元件向后运动，柔性夹持元件拨动甘蔗并施加给甘蔗撞击力，甘蔗被柔性夹持元件逐渐扶正，在夹持点处夹持甘蔗；夹持点与甘蔗质心高度差或轨道间距越大，甘蔗在夹持输送装置中前预或后倾的偏移角越大；甘蔗在夹持输送终点被抛出后，将作斜抛式的刚体平动。 利用圆弧轨道式柔性夹持输送试验装置进行了夹持输送装置功率试验研究，并与无轨道柔性夹持输送试验装置进行了功耗比较。链条张紧力是柔性夹持输送装置功耗的主要影响因素，随着链条张紧力的增大，功率消耗呈急剧上升的趋势；在正常工作的情况下，圆弧轨道式柔性夹持输送装置链条张紧力比无轨道柔性夹持输送装置小得多，因而圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率消耗要小；对于圆弧轨道式柔性夹持输送装置，随输送速度增大，平均功率增大，随前进速度、甘蔗种植密度增大和轨道间距的减小，平均功率有缓慢增大的趋势，即前进速度、甘蔗密度和轨道间距对功耗的影响不大。 对甘蔗在夹持输送终点抛出后和着地时的运动学进行了理论分析，并建立了数学模型，推导出了甘蔗向外铺放的条件，以及甘蔗铺放距离、铺放角的理论计算公式，分析了圆弧轨道式柔性夹持输送装置结构参数、运动参数、甘蔗几何参数对甘蔗向外铺放、铺放距离、铺放角的相互影响规律；对甘蔗在夹持输送过程中的受力情况进行了理论分析，建立了甘蔗在夹持输送装置中所需最小夹持力模型，以及甘蔗质心距柔性夹持元件上端最大距离模型。 对圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率进行了理论分析，功率与链条预张紧力、轨道间距、输送线路长度、夹持力、夹持甘蔗数量、机车前进速度和输送速度等因素有关，并建立了相应的模型。链条滚轮在轨道中运动，链条所需预张紧力小，滚动摩阻系数小，功率消耗要比无轨道柔性夹持输送装置小，甘蔗种植密度、机车前进速度、轨道间距对圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率影响不大。

关 键 词： 甘蔗收获机 圆弧轨道 柔性夹持 夹持输送

分 类 号： [S225.53]

领　　域： [农业科学] [农业科学]