甘蔗收割机切割装置的结构设计
甘蔗收割机切割装置的结构设计
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２ ０ １ ３年 １ ２月 １ ． ２ 主 要零 件及 参数 １ ． ２ ． １ 刀盘参 数
农 机 化 研 究
第 １ ２期
计， 旋 转 轴采 用 阶 梯 轴 的 结 构 ， 目的是 很 好 地 与 轴 承
和齿 轮 （ 旋转 轴 还 增添 了一个 主链 轮 ） 配合 ， 以 达 到切
包 括 圆形 刀盘 、 旋 转 支 撑 轴 和 刀 片 。刀 盘 安 装 在 旋 转
轴 的最 下端 ， ６把 刀 片 均 匀 安 装 在 刀 盘 的 圆 周 周 围且 在 刀 盘 的底 面 ， 切 割器 刀 片刀 刃 的一 边 伸 出到 刀 盘 以 外， 以螺 钉 的 形 式 固定 ； 齿 轮 箱 内安 装 有 相 互 联 系 的
甘蔗 收 割 机设 计 的核 心部 件 。 近几 年 来 ， 国 内不 少 高 校 教 师 和 学 生针 对 甘 蔗 收 割 机 切 割 器 的切 割 质 量 进 行 不 同方 面 的研 究 ， 尤 其 是 广 西 大 学 的专 家 及 一 些 资 深 人 士 ， 主 要 研 究 田间 地 面
也对甘蔗收割机的切 割装 置的机理进行深度研究 ， 主
要 针对 刀 片 的 切 割 角 度 、 刀盘倾 角 、 刀 盘 转 速 对 切 割 器 的影 响及 刀 片 的不 同形 状 （ 月牙形 、 梯形和矩形等 ） 对 切 割质 量 的 影 响 等 方 面 。但 是 目前 这 些 切 割 装 置
ｍａ ｉ Ｉ ） ｈ ｄ ｆ ＠ｍ ａ ｉ ｌ ． ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
甘蔗 收 割机 在 收 割过 程 中 ， 首 先 用 螺 旋 杆 扶 蔗 器 扶 正 由于受 天 气 影 响 倒 伏 的 甘 蔗 ； 然后 ， 利 用 双 圆 盘 上 的 刀 片进 行 切 割 ； 接着 ， 利 用 旋 转 轴 旋 转 将 砍 下 来 的甘 蔗输 送 到通 道装 置 ， 切 割 后 的甘 蔗 在 通 道 工 作 区 域进 行 拨 叶 和分 叶 ， 最 后将 甘 蔗输 送 出去 进 行 集 堆 并
小型甘蔗收获机切割器结构设计、动力学分析及试验研究的开题报告
小型甘蔗收获机切割器结构设计、动力学分析及试
验研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着农业机械化程度的不断提高，小型甘蔗收获机的应用越来越广泛。
目前市场上的甘蔗收获机大多采用铰接式或是轮式结构，往往存在
体积大、操作不便、收割效果不佳等问题。
针对这些问题，本文提出了
一种小型甘蔗收获机的切割器结构设计，旨在提高甘蔗收割效率和精度，降低成本。
二、研究内容和方法
1、切割器结构设计：通过分析现有甘蔗收获机的结构特点和缺陷，提出一种新型的、体积小、操作便利、高效的切割器结构；
2、动力学分析：运用动力学原理对切割器的运动进行分析，得到切割器的受力情况和动力学参数；
3、试验研究：利用本地农田进行试验，检验甘蔗收获机的切割效果和工作效率，并对设计进行调整和改进。
三、研究预期成果
通过本研究，预期可以得到以下成果：
1、提出一种新型的、体积小、操作便利、高效的切割器结构设计方案，为甘蔗收获机的进一步优化提供参考；
2、通过动力学分析，得到切割器的受力情况和动力学参数，为切割器的优化设计提供理论依据；
3、通过试验研究，验证切割器的效果，为实现小型化、高效化、智能化甘蔗收获机提供可靠的理论基础。
毕业设计（论文）-甘蔗自动削皮切断机的结构设计（全套图纸三维）
本科生毕业论文（设计）甘蔗自动剥皮切断机的设计学院：专业：班级：学生姓名：指导老师：完成日期：学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）学位论文作者签名（手写）：指导老师签名（手写）：签字日期：年月日签字日期：年月日XX学院本科生毕业论文（设计）摘要机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。
在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。
在新的市场需求的推动下，对甘蔗自动剥皮切断机进行改良和优化是当务之急。
生产甘蔗自动剥皮切断机的企业，必须充分考虑到在甘蔗自动剥皮切断机运行中可能出现的问题，尽量使甘蔗自动剥皮切断机的自动化程度越高越好，从而减少人工搬运的时间，国内甘蔗自动剥皮切断机的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。
甘蔗自动剥皮切断机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。
本次设计的题目是甘蔗自动剥皮切断机的设计，目前，国内甘蔗自动剥皮切断机的研发也在向朝着运行高速化、功能复合化、控制智能化的方向发展，廉价，简单，方便成了甘蔗自动剥皮切断机发展的主题。
甘蔗种切割防伤芽装置设计
经验 算可 得 Ｆ ５ 所 需传动 功率 Ｐ ＞； Ｊ
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取 轴 承 的传动 效 率 叼 ＝ ．８则 上一 级 传下 来 的 ０９ ，
功率 Ｐ ， Ｐ 。
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２甘 蔗与钢 材 、 丁橡 胶之 间 的摩 擦 系数 的测定 ． 顺
ｆ；Ｊ 堰 ｌ，术 － 用＾’、 适。 ＿ 圈 技 Ｊ
１ 上输 送辊 子 的设 计 。 ）
像 头
可计 算 出 顺 丁橡 胶 外 套 质
量 １ 和上 输 送辊 子 中心 轴质 量 １ ＇ １ ｍ，甘 蔗在输 送 过程 中所 受 的正 ：
压力 ⅣＪＮ ＋ｍＪ ）。 ＝ ｏ （ ＋ ｇ
二 、 置 设 计 装
计 算机 视 觉是 指 用摄 影 头 和 电脑 代 替人 眼对 目
标进 行 识别 、 踪 和 测量 的 机器 视 觉 。在 农业 方 面 ， 跟
计算 机 视觉 同样会 有着 广 泛 的应 用 。 比如在 甘 蔗 切
根据 甘 蔗防 伤芽 装 置 动力 传 递 和工 作 流程 的需 要 进行 装置零 件 的设计 与计 算 。
为 了 防止 液 压 剪 切 装 置 在 剪 切 甘 蔗 茎 秆 的 时
１相 关 设 计 参 数 的 设定 ． 设 定甘 蔗种植 机 械 的行走 速 度为 ＝ 。 ｓ， ０ ｍ／ 甘 ３ ， 蔗种 植 的行距 为 １ ｍ．则该 种 植 机械 的 生产 效率 为 ． ２
割时 ， 就可 运用 此项 技术 有效 的防 止伤芽 。应用 计算
机视 觉 技术 ，设 计 一 个能 够 防 甘蔗 种 芽 的装 置 对促 进 我 国甘 蔗生 产 的发 展是 非 常有 意义 的。
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甘蔗收割机切割装置的结构设计李鹏;胡东方;梁祖华【摘要】According to the characteristics and stress analysis of the entire rod sugarcane harvester -4 ZL1400-1 , a rea-sonable cutting device structure was designed .By adjusting the speed of the cutter head and the harvester , changing the inclination of the cutter head and cutting angle in different terrains and different planting spacing and different height of the earth ,sugar cane of Guangxi foothills was cut test .The optimizational working parameters were given by the tests .The tests verify the structure of the cutting device is reasonable ,and the cutting performance is reliable .%根据整秆式甘蔗收割机-4 ZL1400-1的特点及受力分析，设计了合理的切割装置结构。
通过调整刀盘转速、收割机行走速度、刀盘倾角以及刀片切割角，在不同地形、不同种植行距和不同培土高度环境条件下对广西丘陵地带甘蔗进行切割试验。
试验结果给出了优化的工作参数，验证了所设计的切割装置结构合理、切割性能可靠。
【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】4页(P105-107,111)【关键词】甘蔗收获机;切割装置;结构设计;优化【作者】李鹏;胡东方;梁祖华【作者单位】河南科技大学机电工程学院，河南洛阳 471003;河南科技大学机电工程学院，河南洛阳 471003;河南科技大学机电工程学院，河南洛阳 471003【正文语种】中文【中图分类】S225.5+30 引言甘蔗收获机械技术一直是限制我国甘蔗生产全程机械化的关键技术[1]。
切割器是甘蔗收获机的关键部件，其性能优劣直接关系到收获效率和甘蔗破头率，影响甘蔗第2年的生长。
因此，切割装置一直是甘蔗收割机设计的核心部件。
近几年来，国内不少高校教师和学生针对甘蔗收割机切割器的切割质量进行不同方面的研究，尤其是广西大学的专家及一些资深人士，主要研究田间地面不平引起的频率与振幅等振动原因，以及切割器的结构参数和运动参数对切割性能的影响。
国外(如泰国、澳大利亚、日本等甘蔗主要产区)也对甘蔗收割机的切割装置的机理进行深度研究，主要针对刀片的切割角度、刀盘倾角、刀盘转速对切割器的影响及刀片的不同形状(月牙形、梯形和矩形等)对切割质量的影响等方面。
但是目前这些切割装置还存在着许多问题，如性能、制造成本和切割质量等因素亟待进一步探索研究。
1 切割器主要零件的设计1.1 切割装置的模型及工作原理1.1.1 模型设计本文设计的甘蔗收割机切割装置主要由齿轮箱、左切割组件和右切割组件等3部分组成。
切割组件包括圆形刀盘、旋转支撑轴和刀片。
刀盘安装在旋转轴的最下端，6把刀片均匀安装在刀盘的圆周周围且在刀盘的底面，切割器刀片刀刃的一边伸出到刀盘以外，以螺钉的形式固定；齿轮箱内安装有相互联系的齿轮组传动且与旋转轴套的顶端连接，为了避免切割过程中的刀具碰刀和撞刀等问题，双圆盘上的刀片设计成交错设置。
本次甘蔗收割机的设计主要是针对甘蔗收割过程中切割损坏、喂入及输送甘蔗的能力进行了考虑，有效防止了甘蔗的堵塞和损伤。
切割装置模型如图1所示。
1.刀盘2.刀片3.刀轴4.刀箱总成图1 切割装置三维图1.1.2 工作原理甘蔗收割机在收割过程中,首先用螺旋杆扶蔗器扶正由于受天气影响倒伏的甘蔗;然后，利用双圆盘上的刀片进行切割；接着，利用旋转轴旋转将砍下来的甘蔗输送到通道装置,切割后的甘蔗在通道工作区域进行拨叶和分叶,最后将甘蔗输送出去进行集堆并整理。
1.2 主要零件及参数1.2.1 刀盘参数以往切割装置的刀盘有单圆盘和双圆盘。
为了使甘蔗更好地被切割，本切割器设计采用双圆盘刀盘。
通过旋转支撑轴同心连接一起，刀片均匀安装在刀盘底部，刀刃突出在刀盘之外80mm左右。
其实际参数如下：两个刀盘的中心距/mm：504刀盘直径/mm：500刀盘倾角r/(°)：15(机器工作时可调)[2]1.2.2 刀片刀片[5]是切割器的主要部件，需要满足3个条件，即坚韧耐磨、锋利和形状合理。
目前使用的刀片形状有矩形刀片、梯形刀片和月牙形刀片。
根据相关文献[3]研究表明，矩形刀片在切割甘蔗时是刀刃以砍切方式切断甘蔗的，其砍切力最大。
切割型式如图2所示。
图2 刀片砍蔗的受力分析由受力分析可知，矩形刀片切割甘蔗时的作用力垂直过甘蔗中心，在刀刃上没有分力，是砍切式切断甘蔗，从而可设计出矩形刀片参数为：刀片厚度/m：5刀片刃角/(°)：17.65刀片长度/mm：170刀盘上刀片数量/个：6(均匀安装在刀盘底部)1.2.3 旋转轴作为甘蔗收割机切割装置的支撑部件是不可缺少的，因此刀盘旋转轴的设计尤其关键。
为了简化设计，旋转轴采用阶梯轴的结构，目的是很好地与轴承和齿轮(旋转轴还增添了一个主链轮)配合，以达到切割过程中切割器运动最佳的工作状态。
2 试验设备及实验条件2.1 试验设备试验机采用河南科技大学机电工程学院和洛阳某企业联合研制生产的4ZL1400-1整秆式甘蔗联合收割机。
该收割机符合我国南方甘蔗收割的特点(大部分是丘陵地带)，收割机主要性能指标如下：型号：4ZL-130-1型式：整秆式收割、输送、剥叶整机质量/kg：4 500最高行驶速度/km·h-1：≤8最小离地间隙/mm：240适应行距/m：0.7～1.2收割行数/行：12.2 试验条件试验[4]蔗田选在广西兴业县石南镇的甘蔗生产主要地区。
根据甘蔗的种植农艺要求，甘蔗种植垄高大约为200mm；同时为了便于底盘系统的布置，初步确定农艺地隙为最大300mm；适应间距为0.7～1.2m；甘蔗种类为黑皮甘蔗，高度约为2 300mm，平均直径约为26mm。
2.3 试验方式根部切割是甘蔗机械化收割最关键的步骤，其切割质量直接影响甘蔗的破头率以及甘蔗第2年的生长。
为了避免甘蔗在收获过程中产生少割、碰蔗、切割损坏以及收割甘蔗的堵塞等问题，除了要考虑刀片数量、刀片刃角、刀片形状和刀盘型式等结构参数外，还要考虑刀盘转速、刀片切割角、刀盘前倾角、机车行走速度等运动参数以及与收获机行走速度相一致等问题。
为了提高收割机切割器的切割质量，使破头率降至最低，本次试验先后在不同地形、不同种植行距、不同培土高度条件下进行了收割机切割器的切割性试验，测试了收割机在田间复杂环境条件下的作业情况和切割器对甘蔗的切割效果。
试验可通过以下方案对主要影响因素进行调整[2]。
2.3.1 割台的调整割台的调整主要是调节砍蔗刀的离地高度，其高度是以砍蔗刀进入土中约20mm并且以刀盘与地面成7°角为准。
调整方法是调整割台两侧仿形液压油缸的控制电子阀。
2.3.2 刀盘前倾角的调整主要是调节刀盘切割角度的问题，观察刀盘在不同角度的切割质量对破头率的影响。
即在试验中的砍蔗机构参数固定不变[6-7]，研究以每次切割甘蔗数位定值，重点考察切割器的结构参数对切割性能的影响深度，并以砍后甘蔗受损程度来权衡砍蔗机构切割性能的好坏，以此指标进行不断重复试验。
研究数据如表1所示。
表1 切割器干扰因素的数据表Table 1 The date table of cutter interference factor编号刀盘倾角/(°)进给速度/m·s-1刀盘转速/r·min-1刀片切割角/(°) 甘蔗破头率170.40650300.195270.40650300.176370.40650300.2154100.40700380.1855 100.40700380.1936100.40700380.178750.35700380.220850.35700380.2029 50.35800380.1691070.35800400.1581170.35800400.1421270.35800400.210 1370.45800380.1861450.45800380.1691570.45800380.1681670.40850350.1 731770.40850350.2101870.40850350.1521950.40850380.2102050.4085038 0.1652150.40850380.1792270.40800380.1682350.40800380.1832470.40800 380.176由表1数据可以明显看出：在每次切割的甘蔗为定值，刀盘转速、刀片切割角、刀盘倾角和机车行走速度为动值的情况下，甘蔗破头率在20%以下比较稳定的参数匹配为：刀盘的转速800r/min，机器行进速度0.4m/s，刀盘倾角7°，刀片切割角38°。
以表1所得出的数据为定值，试验不同地形、不同行距和不同培土高度对切割质量的影响，其试验数据如表2～表4所示。
表2 不同地形的切割影响Table 2 The cutting impact of different topography 地形刀盘转速/r·min-1 机车前进速度/m·s-1刀盘倾角/(°)刀片切割角/(°)甘蔗破头率丘陵地8000.47380.1865平原地8000.47380.0935表3 不同行距的切割影响Table 3 The cutting impact of different row-spacing行距/m刀盘转速/r·min-1机车行走速度/m·s-1刀盘倾角/(°)刀片切割角/(°)甘蔗破头率0.78000.4738 0.17831.08000.47380.16921.28000.47380.1856 表4 不同培土高度的切割影响Table 4 The cutting impact of different ridging height培土高度/cm刀盘转速/ r·min-1机车前进速度/m·s-1刀盘倾角/(°) 刀片切割角/(°)甘蔗破头率208000.47380.1756238000.47380.1689258000.47380.17653 试验结果及分析表1、表2、表3和表4的试验结果表明：当选取刀盘的转速为800r/min、机器行进速度为0.4m/s、刀盘倾角为7°、刀片切割角为38°时，甘蔗的破头率较低，趋于稳定，砍蔗质量较好。