甘蔗收割機

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1、 我國的甘蔗剝?nèi)~仍較多地采用手工作業(yè)，從上世紀(jì)70年代開始胭脂甘蔗剝?nèi)~機械，如廣西，廣東兩省研制的工農(nóng)-12和5BZ-10甘蔗剝?nèi)~機：上世紀(jì)90年代，廣西農(nóng)機所和廣西大學(xué)又研制了4ZB-6A和4ZB-12剝?nèi)~機：起剝?nèi)~元件采用橡膠或鋼絲繩，剝?nèi)~機構(gòu)采用離心式。我國所研制的剝?nèi)~機，由于種種原因，均沒有得到大量推廣應(yīng)用。而在我國，由于甘蔗大多種植在丘陵地帶，不適合采用聯(lián)合收割機，一般采用整桿式甘蔗收獲機。 其剝?nèi)~機構(gòu)工作原理如圖1所示。甘蔗在送料輪的帶動下，根部向前通過剝?nèi)~機構(gòu)，剝?nèi)~元件在剝?nèi)~輪的帶動下，高速反復(fù)打擊蔗葉，利用機械力將甘蔗葉和甘蔗莖分離，使蔗葉從甘蔗身上剝離，達(dá)到甘蔗剝?nèi)~的目的，送

2、料輪和剝?nèi)~輪均由剝?nèi)~機上的動力驅(qū)動，而動力一般就采用目前農(nóng)村常用的S195柴油機，剝?nèi)~元件的材料有鋼絲，橡膠等?，F(xiàn)有的剝?nèi)~機存在剝?nèi)~盲區(qū)，影響剝?nèi)~的含雜率，剝?nèi)~元件的壽命也有戴提高，剝?nèi)~元件的效率也有戴提高。另外，如何適應(yīng)不同外徑、不同彎曲度、不同長度的甘蔗以及在含雜率和傷皮率之間進(jìn)行折中，是研究開發(fā)甘蔗剝?nèi)~機構(gòu)必須解決的關(guān)鍵問題，這些問題限制了國產(chǎn)甘蔗剝?nèi)~機的推廣應(yīng)用。 移栽植物時,常常去掉一部分葉子,其目的是1。在距離底部23厘米剪切是為了減少插秧機的夾緊難度。2。其目的是保證成活。葉子的功能是進(jìn)行光合作用，蒸騰水份，幫助根系吸收水份、養(yǎng)份。移栽時由于切斷了根系，葉片散發(fā)的水份就不能及時供

3、應(yīng)，導(dǎo)致植株失水而不能成活。通過減少葉片數(shù)量，而達(dá)到防止蒸藤的目的，葉片又擔(dān)負(fù)著光合作用來制造有機營養(yǎng)，這些營養(yǎng)能用來生長新根，從而又能促進(jìn)成活，因此，在實踐中，如果有遮蔭或噴水條件時盡可能的多留葉片。或選擇休眠期移栽。1虛擬正交試驗設(shè)計111試驗原理試驗結(jié)果表明, 剝?nèi)~過程中剝?nèi)~元件在大變形工況下工作, 受到周期性動載荷的作用, 其根部極易產(chǎn)生疲勞斷裂且具有較多的隨機性, 若剝?nèi)~元件既能剝下甘蔗葉,又不傷蔗皮, 且滿足一定的耐用度要求, 則剝?nèi)~元件的型式和裝夾方式必須解決剛性和柔性的矛盾1, 2 。因此, 設(shè)計剝?nèi)~元件時, 必須同時考慮多個影響因素, 如僅從單因素角度進(jìn)行分析設(shè)計, 所得的結(jié)

4、果意義有限; 而對多個因素任意組合進(jìn)行分析, 工作量太大。所以采用有限元正交試驗分析的方法, 以期用最少的花費, 較全面地尋找出剝?nèi)~元件最佳的設(shè)計參數(shù)。在剝?nèi)~元件的有限元模擬中, 可把每次有限元計算作為一次試驗, 有限元計算的結(jié)果與影響剝?nèi)~元件受力和變形的多個因素密切相關(guān), 各因素都或多或少對元件的使用性能和壽命產(chǎn)生影響, 各因素重要程度及優(yōu)化組合都是多因素正交試驗要解決的問題。因此, 按照正交試驗原理, 合理地構(gòu)造參數(shù)的不同組合, 在AN SYS 上建立剝?nèi)~元件的有限元分析模型, 進(jìn)行有限元分析計算, 并將得到的一系列結(jié)果進(jìn)行正交試驗分析, 求出各因素水平的最佳組合2 。112試驗設(shè)計112

5、11評價指標(biāo)確定根據(jù)正交試驗原理, 首先確定評價指標(biāo)。在剝?nèi)~過程中對蔗葉分離起主要作用的是與甘蔗直線前進(jìn)方向相同的打擊力的軸向分量F y , 一般切向分量F x和徑向分量F z 數(shù)值較小(表1、2 也可說明這一點) ,為了簡化試驗的分析計算, 只考慮F y 的影響; 而剝?nèi)~元件是在非線性、大變形狀態(tài)下工作, 其根部受到周期性的大應(yīng)力作用, 極易產(chǎn)生疲勞斷裂, 因此選用元件工作時受到的最大應(yīng)力Rmax和最大打擊力分量F ymax作為評價指標(biāo)。11212影響因素分析影響剝?nèi)~元件受力及剝?nèi)~效果的因素有: 剝?nèi)~元件材料、剝?nèi)~滾筒轉(zhuǎn)速、幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)及裝夾方式等?？紤]到有限元數(shù)值模擬分析計算的難易程度及虛

6、擬試驗的可靠性, 首先采用部分單因素試驗進(jìn)行分析, 從而確定正交試驗的因素水平, 并為有限元分析邊界條件及載荷的確定提供依據(jù)。1121211剝?nèi)~元件材料因素的影響常用的剝?nèi)~元件材料有鋼絲繩和膠指。鋼絲彈性低、韌性低, 單條鋼絲組合的剝?nèi)~元件鋼絲之間相互依賴性小, 在高速摩擦下容易折斷, 通常使用直徑約為1 mm 的鋼絲, 數(shù)條鋼絲集結(jié)成束, 由于鋼絲繩之間具有相互依賴性, 可增加其使用壽命。膠指式剝?nèi)~元件由橡膠制成, 常用的有菱形膠指和矩形膠指,膠指以一定的間距排列。當(dāng)裝夾剝?nèi)~元件的滾筒高速旋轉(zhuǎn)時, 膠指因離心力作用而甩開, 靠柔性打擊力和摩擦力對莖稈的梳擦作用將葉片從莖稈上剝離。鋼絲繩剝?nèi)~元

7、件由于彈性、韌性較差, 打擊甘蔗時容易損傷蔗皮, 甘蔗折損率高, 且鋼絲繩易產(chǎn)生疲勞脆斷。膠指材料由于材質(zhì)較柔軟, 打擊甘蔗時, 甘蔗損傷程度較低, 但元件極易磨損。而高分子材料材質(zhì)輕, 具有較好的強度、剛度、韌性、耐磨性。表1 為3 種不同材料的試驗結(jié)果。表中Rmax為剝?nèi)~元件根部的最大應(yīng)力; F xmax、F ymax、F zmax分別為元件打擊甘蔗時最大打擊力的切向分量、軸向分量和徑向分量。從試驗結(jié)果可以看出, 剝?nèi)~元件的材料對應(yīng)力和打擊力有顯著影響, 剛度較大的材料應(yīng)力大, 打擊力大,而過于柔軟的材料打擊力較小。由于剝?nèi)~元件的選材必須考慮剛度、強度和柔韌性的矛盾, 高分子材料的性能則能

8、較好地滿足這方面的要求。前期的疲勞試驗也證明, 在相同的工況下, 高分子材料的疲勞壽命比鋼絲繩的壽命提高近40% , 比膠指材料延長近30% 3 。所以選擇高分子材料作為剝?nèi)~元件是合適的。因此, 材料可不作為正交試驗影響因素。剝?nèi)~滾筒轉(zhuǎn)速的影響剝?nèi)~滾筒的轉(zhuǎn)速直接影響剝?nèi)~效果和剝?nèi)~元件的壽命。在其他因素不變、只改變剝?nèi)~滾筒轉(zhuǎn)速時,檢測出剝?nèi)~元件打擊甘蔗的打擊力及根部的應(yīng)力,試驗結(jié)果如表2 所示。從試驗結(jié)果可以看出, 剝?nèi)~滾筒的轉(zhuǎn)速對剝?nèi)~元件根部的應(yīng)力和打擊力有影響,但變化不明顯; 轉(zhuǎn)速的增加主要是增加了剝?nèi)~元件打擊甘蔗的次數(shù), 從而提高剝?nèi)~質(zhì)量。大量研究也表明, 小型甘蔗收獲機剝?nèi)~機構(gòu)轉(zhuǎn)速在1

9、000 rm in左右時剝?nèi)~質(zhì)量、剝?nèi)~效率較高, 因此轉(zhuǎn)速這一影響因素也可以不作為正交試驗的因素, 從而可以簡化有限元的分析計算。結(jié)構(gòu)參數(shù)及裝夾方式的影響結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有元件橫截面幾何形狀、尺寸及慮的是滿足元件的柔性及其加工性能, 因此, 這兩個因素也不列入考慮的范疇,只取元件的長度作為影響因素之一。剝?nèi)~元件裝夾方式主要因素有: 元件裝夾的排數(shù)、裝夾的螺旋角、前角、交錯深度, 這幾個因素對元件的受力和變形均有影響, 且不同的組合將會產(chǎn)生不同的結(jié)果, 因此均列為影響因素。根據(jù)以上的分析, 選取剝?nèi)~元件的長度L 、元件裝夾的排數(shù)m、裝夾的螺旋角B、前角A及交錯深度h 作為影響因素, 影響因素水平依據(jù)

10、單因素試驗的結(jié)果選取。正交試驗水平表如表3 所示, 表中各因素編碼值分別為A 、B 、C、D、E , 為五因素三水平的試驗。選用L 18 (23) 7 型正交表4 , 第一列和最后兩列不用, 列于表4, 在18 次試驗中, 每個因素的各個水平出現(xiàn)了相同的次數(shù)(6 次) , 且任意因素各個水平的搭配均出現(xiàn), 即水平均勻、搭配均勻, 這18 次試驗可以代表全面試驗的243 次試驗, 較全面地反映了各因素、各水平對指標(biāo)的影響情況。2試驗結(jié)果分析211有限元計算及試驗結(jié)果的方差分析根據(jù)建立的正交表合理地構(gòu)造參數(shù)的不同組合以進(jìn)行有限元分析計算, 可把每次有限元計算作為一次試驗。由于剝?nèi)~元件特殊的結(jié)構(gòu)、材

11、料及工作情況, 進(jìn)行有限元分析時必須考慮材料非線性、接觸非線性、幾何大變形非線性, 有限元分析模型的建立及邊界條件是在材料性能試驗和單因素試驗分析的基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)分析計算確定的, 從而保證分析結(jié)果具有較高的精確性。有限元計算及方差分析結(jié)果見表4。表中K i 表示因素的第i 個水平6 次試驗結(jié)果的和, S 為各因素離差的平方和, F 為各因素的平均離差平方和與誤差平均離差平方和的比值, F 臨界值為從F 分布表中查出的臨界值。212結(jié)果分析由表4, 對2 個指標(biāo)試驗分析結(jié)果分別進(jìn)行分析。由于要求打擊力足夠大、應(yīng)力盡可能小, 故得出2 個好的方案: 對于應(yīng)力是A 1B 1C3D 1E 1, 對于打

12、擊力是A 2B 2C3D 3E 3。這兩個方案不完全相同, 對一個指標(biāo)是好方案, 而對另一個指標(biāo)卻不一定是好方案,因此需要對每一個因素進(jìn)行綜合平衡分析, 找出對各個指標(biāo)都較好的一個共同方案5 。(1) 剝?nèi)~元件的長度L 對應(yīng)力有顯著影響, 但不是影響最大的因素, 其水平為1 時最好; 對打擊力,L 是影響最大的因素, 水平取2 為最好。由于打擊力F y 必須要足夠大以確保蔗葉的正常剝離, 故水平取2。( 2) 螺旋角B 對應(yīng)力有顯著影響, 但不是影響最大因素, 水平取1 為好; 螺旋角對F x 有較大影響,適當(dāng)?shù)腇 x 有利于蔗葉的剝離。前期的研究中也發(fā)現(xiàn)當(dāng)螺旋角不為零時, 剝?nèi)~機可大大節(jié)省空

13、載功率2 。由于螺旋角對應(yīng)力不是最顯著因素, 只要使得最大應(yīng)力不超過材料的疲勞極限應(yīng)力即可。螺旋角對打擊力F y 無顯著影響, 其水平可任意選取。綜合考慮,選取水平為3。(3) 排數(shù)m 對應(yīng)力有顯著影響, 但不是影響最大的因素, 水平取3 為好; m 對打擊力無顯著影響。綜合考慮應(yīng)力、材料的節(jié)省、元件裝夾的空間限制,因素m 水平取2。(4) 交錯深度h 對應(yīng)力有顯著影響, 但不是最大的影響因素, 水平取1 為好; h 對打擊力亦有顯著影響, 取3 為好。根據(jù)前期的試驗研究, 打擊力足夠即可, 過大反而會造成甘蔗的損傷。對各試驗結(jié)果進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn), 當(dāng)h 取1 時, 大部分已有足夠的打擊力,

14、而最大應(yīng)力仍低于疲勞極限范圍。故因素h 取水平1。(5) 前角A對應(yīng)力是影響最大的因素, 水平取1為好, 但負(fù)前角的剝?nèi)~元件剝?nèi)~效果較差, 對打擊影響也較大, 水平以取3 為好, 但此時剝?nèi)~元件所受的應(yīng)力較大, 元件很容易折斷。為保證一定的剝?nèi)~效果, 降低甘蔗的損傷率, 以及減小剝?nèi)~元件的最大應(yīng)力, 綜合考慮水平取2 為好。通過對各因素指標(biāo)影響的綜合分析, 得到較優(yōu)方案為: A 2B 3C2D 1E 2。由于分析出來的較優(yōu)方案在已經(jīng)做過的18 次試驗中沒有出現(xiàn), 為了最終確定所得到的試驗方案A 2B 3C2D 1E 2 是否是最好的方案, 對優(yōu)選出來的最優(yōu)方案進(jìn)行有限元分析計算和試驗驗證。結(jié)果

15、表明該較優(yōu)方案能保證足夠的打擊力而剝?nèi)~元件根部所受的最大應(yīng)力不大, 有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果也基本相符。3結(jié)束語利用正交試驗的合理性, 結(jié)合高效、快速的AN SYS 有限元分析進(jìn)行虛擬正交試驗, 有限元分析模型的建立、邊界條件的確定、載荷的施加均是在單因素試驗研究的基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)分析計算得到,從而保證虛擬試驗具有較高的精確性, 通過對正交試驗結(jié)果的方差分析, 優(yōu)選出剝?nèi)~元件結(jié)構(gòu)參數(shù)、裝夾方式的最佳組合, 該方法不失為一種有效、可靠、快捷的試驗設(shè)計方法。3.1.1甘蔗收割機的整體組成概述整個收割機由扶蔗裝置、提升裝置、切頂裝置、轉(zhuǎn)向裝置、根切裝置、剝?nèi)~裝置、切斷裝置、支撐裝置、動力控制系統(tǒng)、鼓風(fēng)

16、系統(tǒng)、行走部（包括底盤，支撐架、輪子等）、司機室等部分組成。1、扶蔗裝置：是一種螺旋裝置。收割機的左右各一個螺旋，中間還分配有一個短的螺旋裝置。兩邊的螺旋用以扶持還沒收割的鄰近甘蔗，防止其干擾正在收割的兩排甘蔗；中間的短螺旋裝置則將兩排正在收割的甘蔗分開。2、提升裝置：由兩排可旋轉(zhuǎn)的鏈條組成，每一個鏈條都在各自的兩個鏈輪和張緊裝置間圍繞成環(huán)形，而且鏈條采用變形鏈節(jié)，鏈上有齒，用來抓住甘蔗桿。這兩個鏈條間的橫向距離是有限制的以利于扶持提升正在收割的兩排倒伏的甘蔗桿（不倒當(dāng)然更好）。鏈的速度與收割機在甘蔗地里前進(jìn)的速度是相等的（V=V0）。3、切頂裝置：切頂裝置下端裝上犁刀，此犁刀既可以在壟溝前進(jìn)

17、運動，又可以初步扶起到下的甘蔗。螺旋的旋轉(zhuǎn)用動力來驅(qū)動，可以選擇液壓馬達(dá)。切頂裝置還有帶齒頂?shù)臐L筒，滾筒用來擊打已經(jīng)切掉的甘蔗頂部，不讓其垂直下落影響切頂以及提升工作的正常進(jìn)行。切頂裝置的旋轉(zhuǎn)也用液壓馬達(dá)來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)的速度與收割機的行進(jìn)的速度有一定的關(guān)系。在甘蔗提升到一定高度時，切頂?shù)秾㈨敳壳械?，切頂裝置可以隨高度調(diào)整；4、轉(zhuǎn)向裝置：有兩段引導(dǎo)環(huán)和一個撥輪，通過此撥輪撥動甘蔗轉(zhuǎn)向，通過引導(dǎo)環(huán)來引導(dǎo)甘蔗穿過切頂裝置并將切過頂?shù)母收崂@過提升主鏈上面的鏈輪，旋轉(zhuǎn)180度，朝著收割機的運動方向_推動切頂后的甘蔗向中心移動。5、根切裝置：含根切刀和相關(guān)零件，還有許多向上甩的肋片，用來橫向的把根切過的甘蔗

18、的根部甩開。該裝置能夠在甘蔗轉(zhuǎn)過的同時，切掉甘蔗根部。同時帶有向上甩的肋片將根拋向一個帶有螺旋齒的鼓，使根向甘蔗剝?nèi)~入口移動，同時甘蔗頂部向前倒在一根橫柱上。6、剝?nèi)~裝置：在旋轉(zhuǎn)的輪上固定葉片，用來剝掉甘蔗桿上的葉子。帶螺旋的鼓將甘蔗均分，使其一根根地向剝?nèi)~入口移動，剝?nèi)~裝置的入口放置兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的輪，用以把甘蔗桿喂入剝?nèi)~裝置。一旦到入口就將起拉如剝?nèi)~裝置，開始剝?nèi)~。7、切斷裝置：它安放在剝?nèi)~裝置和傳遞用的傳送帶之間，用來把剝?nèi)~后的甘蔗切斷進(jìn)入運載車。8、支撐裝置：用以支撐螺旋扶蔗裝置和提升裝置，主要以機構(gòu)為主。它鄰近并安裝在收割機的前端，用來支撐根切過的甘蔗并防止甘蔗的頂部掉到地面上。9

19、、動力控制系統(tǒng)：整個系統(tǒng)采用動力驅(qū)動，運動主要以液壓驅(qū)動為主。10、鼓風(fēng)系統(tǒng)：一種鼓風(fēng)機用于把旋轉(zhuǎn)的葉片從甘蔗桿上剝離下來葉子的吹走，并讓其回到地里再利用。11、傳送裝置：傳送帶把剝?nèi)~后的甘蔗桿傳送到裝載車內(nèi)的裝置。12、行走部：包括底盤，支撐架、輪子等。3.1.2甘蔗收割機各部件的工作流程現(xiàn)在我們所設(shè)計的雙排甘蔗收割機能夠同時很好的實現(xiàn)各個部件的運動協(xié)調(diào)，適應(yīng)操作，適時控制。1、收割機在收割到甘蔗后，在機器的正前方有三個螺旋扶蔗裝置，左右各一的長螺旋扶蔗裝置是用來把臨近的甘蔗與正在收割的甘蔗分開，防止不同收割狀態(tài)的甘蔗發(fā)生干涉，保證收割過程順暢，而中間的短螺旋裝置的作用是把；兩排正在收割的甘

20、蔗分開，為接下來的收割工作打下基礎(chǔ)。甘蔗進(jìn)入收割機扶蔗裝置就標(biāo)志著收割過程正式開始，只有它無障礙的的工作，才能保證后續(xù)工作的順利進(jìn)行。2、經(jīng)過扶蔗裝置扶持后，相臨排的還未收割的甘蔗與正在收割的甘蔗行分開了，相互之間不會發(fā)生干涉。但甘蔗桿仍然還在原地，并且沒有完整的保持直立或者是保持相互平行，仍然處于倒伏，半倒伏狀態(tài)。此時就需要一個提升裝置把甘蔗桿提升到合適的位置。該裝置由兩排可旋轉(zhuǎn)的鏈條組成，每一個鏈條都在各自的兩個鏈輪和張緊裝置間圍繞成環(huán)形，鏈條采用變形鏈節(jié)，鏈上有齒，用來抓住甘蔗桿。這兩個鏈條間的橫向距離是有限制的以利于扶持提升正在收割的兩排倒伏的甘蔗桿（不倒當(dāng)然更好）。在鏈輪的帶動下，把

21、甘蔗提升到適當(dāng)位置，根據(jù)駕駛室的操作者的判斷來決定切頂?shù)母叨取ｆ湕l的切向速度與收割機相對地面的速度大小相等，保證動作緊湊。3、在駕駛室的操作者發(fā)現(xiàn)甘蔗桿提升到一定的高度后，在馬達(dá)的帶動下一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的切頂?shù)栋迅收岬捻敹瞬糠智械?。切頂裝置還有帶齒頂?shù)臐L筒，滾筒用來擊打已經(jīng)切掉的甘蔗頂部，不讓其垂直下落影響切頂以及提升工作的正常進(jìn)行。在甘蔗提升到一定高度時，切頂?shù)秾㈨敳壳械?，而切掉的頂部?jīng)過鼓風(fēng)機的風(fēng)力作用，回到田間，被掩埋，腐爛后可作為肥料再次利用，這樣就不會有手工收割的弊病，集體處理甘蔗葉子，又費一道工序，而且極有可能變成浪費而不利用這些葉子。更重要的一點就是切頂裝置可以隨高度調(diào)整。4、在

22、切頂_裝置的下方，有一個帶有兩個引導(dǎo)環(huán)和一個撥輪的轉(zhuǎn)向裝置，通過此撥輪撥動甘蔗轉(zhuǎn)向，通過引導(dǎo)環(huán)來引導(dǎo)甘蔗穿過切頂裝置并將切過頂?shù)母收崂@過提升主鏈上面的鏈輪，旋轉(zhuǎn)180度，以2倍收割機的運行速度向中心移動朝著收割機的運動方向推動切頂后的甘蔗向中心移動。5、在甘蔗轉(zhuǎn)過的同時，進(jìn)行根切操作，根部將自由地落入泥土中，而就在同一時間，設(shè)在根切裝置的一個拋射裝置把甘蔗拋射到一個帶有螺旋齒的鼓輪，使根部向剝?nèi)~裝置的輪和傳送帶的作用下，將甘蔗桿帶到主傳送帶上，而入口是一個前大后小的漸縮性入口。主傳送帶在馬達(dá)的帶動下順時針旋轉(zhuǎn)，而位于甘蔗上方的剝?nèi)~輪逆時針旋轉(zhuǎn)，對根部先入的甘蔗進(jìn)行剝?nèi)~，而且和傳送帶共同產(chǎn)生的摩

23、擦力推動了甘蔗前進(jìn)。當(dāng)然如果有必要當(dāng)甘蔗桿上的葉子大部分清除后進(jìn)行切斷操作，使其為一定的長度，便于后續(xù)加工。7、最后，經(jīng)過傳送裝置的傳送帶把剝過葉的甘蔗桿傳送到裝載車內(nèi)。這樣整個甘蔗的收割過程就完成了。這整個收割過程如果用一個流程的形式來表達(dá)，就是這樣的：實時觀察扶蔗裝置提升裝置切頂裝置轉(zhuǎn)向裝置根切裝置剝?nèi)~裝置切斷裝置3.2 甘蔗收割機的實現(xiàn)原理3.2.1 甘蔗收割機的實現(xiàn)原理圖3.2.2 甘蔗收割機的實現(xiàn)原理 根據(jù)圖2-1所示的甘蔗收割機整體結(jié)構(gòu)極其配合運作關(guān)系，我們就有了一個整體的立體印象。圖2-1顯示了雙排甘蔗收割機的結(jié)構(gòu)方案。該收割機可以收割倒伏的和半倒伏的熱帶甘蔗，對綠甘蔗更為見效。

24、收割機能夠?qū)⒏收岱诺竭m當(dāng)?shù)奈恢靡愿咝У倪M(jìn)行切頂和根切。通過雙排甘蔗收割機的橫放方位，進(jìn)來的甘蔗被扶蔗裝置撥開并均勻地分布后通過收割機入口，然后以比收割機的前進(jìn)速度更快的速度線性地與行距平行通過收割機，以利于更高效地剝?nèi)~。斜成70度的角。當(dāng)收割機進(jìn)入一塊甘蔗地進(jìn)行收割時，收割機上最前端左右各一的螺旋扶蔗裝置將扶持還沒收割的鄰近甘蔗并將其與正在收割的甘蔗行分開。最初的兩排甘蔗被收割后，收割機在隨后進(jìn)行的每次收割時，其中一邊（通常是左邊）螺旋裝置是不活動的，而另一邊（通常是右邊）的螺旋裝置仍然扶持還沒收割的鄰近甘蔗并將其與正在收割的甘蔗行分開。每個螺旋扶蔗裝置都包含有一個與地面成45 度到55度角

25、之間的卷軸（參看圖3-1）。軸上兩邊各有一個滾動椎，以右邊的滾動椎為例，它恰好位于正在收割的甘蔗行與收割機右邊那一甘蔗行間的溝面上。犁刀輔助分離鄰行的未收割甘蔗行和正在收割的甘蔗行。支撐裝置和提升裝置，用于適時改變螺旋裝置和底座之間的角度（等同于與地面之間的角度）。當(dāng)收割機在田間行走時，側(cè)架使分離了的甘蔗桿不干涉收割機的收割進(jìn)程。中間的螺旋裝置同樣帶有犁刀，用于分開（至少是部分分開）兩排正在收割的甘蔗，并輔助地將甘蔗喂入兩邊的扶持提升鏈。為了使所有的甘蔗桿在同一個高度下被切割，每排甘蔗都被向相反方向旋轉(zhuǎn)的主提升鏈和邊鏈扶持提升。當(dāng)收割機在甘蔗地運行時，鏈齒夾持和提升已經(jīng)與提升鏈轉(zhuǎn)向中心成半倒伏

26、或倒伏的甘蔗。這樣每行甘蔗都被提升和分離了，因此，當(dāng)用頂部裝置21切頂?shù)臅r候，所有的甘蔗桿都大體平行。如圖2-1所示，每個切頂裝置都包含一個前傾的碎鼓，該碎鼓上有許多軸向的布滿四周的釘齒，用來擊打甘蔗葉和甘蔗梢，該動作與切頂同時發(fā)生。頂部高度可以由調(diào)整液壓油驅(qū)動頂部提升機構(gòu)使切頂裝置沿導(dǎo)軌上下運動。朝相反方向旋轉(zhuǎn)的碎鼓將甘蔗梢和甘蔗葉從收割機中心線向外推出。左右各一的頂部屏蔽將切碎了的甘蔗梢和甘蔗葉擲于壟溝中便于車輪和輾過。最初的兩排甘蔗被收割完后，右邊的螺旋裝置將右行的正在收割的甘蔗和鄰近的尚未收割的甘蔗行分離開如2-1所示，當(dāng)收割機在田間行走時，卷軸與地面之間所成的角度是可調(diào)的，且通常在4

27、5度到55度之間。中心提升鏈和邊鏈將甘蔗桿從各自行提升起來并集中在一起，使所有甘蔗桿與提升鏈轉(zhuǎn)向中心排成一線，而提升鏈轉(zhuǎn)向中心與收割行的軸向中心平行，實際上并排于收割行各自的縱向中心。如圖2-1所示，右邊螺旋向上和右排甘蔗行成一定角度，在收割機運行的過程中，用于正在收割的甘蔗和未收割甘蔗之間的分離。在甘蔗達(dá)到螺旋頂端前，這個距離比甘蔗的葉子的平均長度還要長，以至于未收割行甘蔗的葉子不會與鄰近的甘蔗發(fā)生干涉，取而代之是被中間的分離螺旋和主鏈條分開。收割機可以自由地在田間收割而不會損壞鄰近收割機的尚未收割的甘蔗。如上所示，左右兩邊的螺旋同時保證了收割機的正常工作。為了保證綠甘蔗的高效去頂，轉(zhuǎn)向裝置

28、用來保證每一根甘蔗繞過切頂裝置。每一轉(zhuǎn)向裝置都是安裝在機體上的。在駕駛室的操作者可以根據(jù)甘蔗的高度，適當(dāng)確定切頂裝置的高度。每一個轉(zhuǎn)向裝置可以在甘蔗去頂后，在收割機運行的方向上，將甘蔗頂部直接脫離收割機。如果沒有轉(zhuǎn)向裝置驅(qū)使甘蔗通過切頂裝置，部分甘蔗就可能會被卡住，并且拖出切頂裝置。在甘蔗切頂后，轉(zhuǎn)向裝置以兩倍的速度迅速改變甘蔗的運行方向，以致于甘蔗切頂后沒有直線移動的距離。轉(zhuǎn)向裝置包括一個撥動輪和和兩個引導(dǎo)環(huán)，兩個引導(dǎo)環(huán)迅速改變甘蔗傳輸方向180，把甘蔗頂部移到收割機的中心，在收割機前進(jìn)的方向上繞過收割機旋轉(zhuǎn)中心鏈鏈輪180，從而確保了切頂后的甘蔗向收割機前進(jìn)的方向上倒。這項操作確保了甘蔗頂

29、部有自由而不受約束的路徑，通過此路徑，繞過上鏈輪，移出切頂?shù)母收帷Ｔ谵D(zhuǎn)向的同時，使甘蔗發(fā)生根切。甘蔗進(jìn)入收割機后，首先，中心驅(qū)動鏈旋轉(zhuǎn)并帶動甘蔗到一個支撐位置進(jìn)行切頂操作，然后轉(zhuǎn)向和切根，最后進(jìn)入剝?nèi)~裝置的入口。轉(zhuǎn)向裝置迫使甘蔗的頂部通過切頂裝置，在甘蔗轉(zhuǎn)向根切的同時扔掉已切的甘蔗頂部。已經(jīng)去根、去頂?shù)母收岜惠斔偷絼內(nèi)~裝置的入口。并且不會和輸入收割機的未去頂和未根切的甘蔗發(fā)生干涉，這樣甘蔗在進(jìn)入切頂裝置到根切結(jié)束的整個過程中，撥動輪非常成功地配合了收割裝置的工作。撥動輪位于切頂裝置的下方，支撐著甘蔗，并使甘蔗平穩(wěn)地通過切頂裝置。撥動輪的線速度與輸送甘蔗到切頂裝置的速度相等。因此撥動輪接收到鏈條

30、傳送的甘蔗而不至于損傷甘蔗。實際上，在收割機前進(jìn)的過程中，驅(qū)動鏈以相對地面的同一速度移動。因此，由于鏈的速度相對地面與收割機的速度相等，甘蔗的上部沿著驅(qū)動鏈的中心線保持原位，撥動的一個功能是讓切掉的頂部以相對于收割機兩倍速度離開收割機，另一個功能是讓甘蔗以適當(dāng)速度進(jìn)入收割機。為了減少葉子在提升鏈前端的堆積，剝?nèi)~裝置的頂輪到底輪之間應(yīng)該設(shè)計一定的長度。蓋板在回到收割機前端之前一直覆蓋著回轉(zhuǎn)鏈，從而防止了葉子在鏈條的前端堆積，阻塞鏈條。蓋板至少延伸一定的長度以使鏈條的各部分不被葉子阻塞。隨著收割機的便捷化，切頂裝置遠(yuǎn)離收割機的前端，切頂之前后，操作者都可以實時觀察。在收割機將甘蔗輸送到剝?nèi)~裝置入口

31、前，使得已切頂?shù)母收嵋苿右欢ǖ木嚯x。提升裝置移動雙排收割甘蔗到收割機的前端中心，進(jìn)而保證操作者能判斷去頂?shù)母叨取Ｇ许敼ぷ魍瓿珊?，進(jìn)行切根操作，每一個根切裝置還相應(yīng)裝備一個甘蔗底部拋射裝置，把根切的甘蔗根部拋向帶有螺旋齒的鼓，正是通過這個鼓把甘蔗桿準(zhǔn)確的移動到剝?nèi)~裝置的入口處。每排輸入的甘蔗在被喂輪抓住前，移向收割機的中心，每個喂輪制成彈性加載的輪子，以使一對喂輪對輸入的甘蔗產(chǎn)生擠壓力而不至于損傷甘蔗桿。此外，喂輪還可以用來把甘蔗傳送到收割機機體。甘蔗被根切后被緊湊的輸入剝?nèi)~裝置的入口，在剝?nèi)~裝置中高效的進(jìn)行剝?nèi)~，于是，甘蔗被均勻地輸送到剝?nèi)~裝置的入口，這就限定了第一對喂輪與根切刀之間的空間。一

32、個水平背喂輪被安裝在渦卷的提升鏈的后面。在渦卷把甘蔗桿擠進(jìn)的時候，喂輪抓住甘蔗桿，把甘蔗桿卷進(jìn)去。甘蔗桿從轉(zhuǎn)向裝置出來之后，就會倒下，頂端倒在一個支撐上，根部就倒在根切裝置的底板上。根切裝置的鼓輪上安裝有螺旋，保證了把甘蔗向收割機的中心移動，從而進(jìn)入剝?nèi)~裝置的入口。當(dāng)甘蔗通過收割機機體的時候?qū)φ收徇M(jìn)行清理。整個甘蔗桿的清理是由剝?nèi)~裝置來完成的，葉子被擲回田間，被覆蓋后進(jìn)行再利用。整個甘蔗的清理裝置是由一個彈性剝?nèi)~裝置構(gòu)成，它被安裝在一個傳送帶的上方。傳送帶接收從喂輪輸入的甘蔗，在甘蔗通過此傳送帶的過程中，剝?nèi)~裝置除去桿上的葉子。剝?nèi)~裝置由一個轉(zhuǎn)軸和許多重復(fù)分布的彈性齒構(gòu)成，剝?nèi)~彈性桿徑向分

33、布在輪軸上。此裝置能夠高效地進(jìn)行剝?nèi)~，并且不損壞甘蔗桿。甘蔗在剝?nèi)~清洗處理后通過輸送帶進(jìn)入切斷裝置，此時的甘蔗桿可以有三種傳送方式供用戶選擇：全莖、半莖和長段。該裝置安放在剝?nèi)~裝置和傳遞用的傳送帶之間，用來把剝?nèi)~后的甘蔗切斷成用戶期待的長度，并把切斷后的甘蔗節(jié)送入特定的儲存間。如前所述，在甘蔗的剝?nèi)~過程中，都最大限度地保護(hù)甘蔗桿不被損壞以免甘蔗糖份損失，所以將切斷工作安排在最后進(jìn)行，這樣就可以減少甘蔗液的流失以及糖汁的變質(zhì)。而且在實際中，通常都是在整個綠甘蔗被清理干凈后，接著被切成到英寸的典型長段。這里需要提出的一點是，該切斷方式不需要像傳統(tǒng)的收割機切斷那樣，為了獲得較高的清理效率，把甘蔗切成

34、很短的多段，這樣就對甘蔗的糖分損失很大，是一個很大的浪費。而選擇較長的甘蔗段有助于減少切斷過程中損失的甘蔗糖分，同時也將減少甘蔗的損壞。最后，經(jīng)過傳送裝置的傳送帶把清理干凈了的甘蔗桿傳送到裝載車內(nèi)。這樣，整個甘蔗的收割過程就完成了。4.2.2鏈傳動的設(shè)計設(shè)計滾子鏈傳動時首先應(yīng)了解其原始設(shè)計數(shù)據(jù)和工作條件，包括使用場合、傳動功率、載荷性質(zhì)、小鏈輪轉(zhuǎn)速、大鏈輪轉(zhuǎn)速或傳動比、傳動布置方式、外廓尺寸限制要求、可能采用的潤滑及張緊裝置等。在設(shè)計工作中，重要的是要抓住主要失效方面進(jìn)行和計算，并且對其它因素綜合考慮以便按具體工作條件設(shè)計出正確的傳動。（一）鏈傳動的特點鏈傳動是一種具有中間撓性件的非共軛嚙合傳

35、動，鏈輪的齒形可以有較大的靈活性，可作傳動用、輸送用、曳引提升用以及許多結(jié)構(gòu)巧妙的性能特異的專門用途。由于它具有使用速度已達(dá)40m/s，效率可達(dá)99%。本設(shè)計中所采用的是滾子鏈傳動。（二）滾子鏈傳動的主要失效形式由于設(shè)計、制造、使用等多方面的差異，鏈傳動的失效形式是多種多樣的，但主要有：1、鏈條疲勞破壞：在閉式鏈傳動中，正常潤滑條件下，鏈條元件受變應(yīng)力作用，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板發(fā)生疲勞斷裂，滾子套筒發(fā)生沖擊疲勞破壞。疲勞破壞是決定鏈傳動能力的主要因素。2、鏈條鉸鏈磨損：這是常見的失效形式之一。主要產(chǎn)生在銷軸與套筒間的滑動表面，磨損使鏈條外鏈節(jié)變長但內(nèi)鏈節(jié)節(jié)距幾乎不受磨損的影響，各鏈節(jié)節(jié)距的

36、不均勻性增加，平均節(jié)距增大，滾子與鏈輪齒廓的嚙合點逐漸向齒頂外移，終致產(chǎn)生跳齒和掉鏈。磨損使鏈條總長伸長，從而使鏈邊垂度變大，增大動載荷、發(fā)生振動、引起跳齒、加大噪聲以及其他破壞，如打壞鏈箱、鏈邊互相碰撞、銷軸因磨損削弱而斷裂等。潤滑對鏈條鉸鏈影響較大。開式傳動、工作條件惡劣、潤滑不良、鏈條鉸鏈比壓過大等均會加劇鏈條鉸鏈的磨損，降低其使用壽命。3、鏈條鉸鏈膠合：潤滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過高時，組成鉸鏈副的銷軸和套筒的摩擦表面易發(fā)生膠合破壞。膠合限定了鏈傳動的極限鏈。4、鏈條靜強度破斷：低速重載的鏈條當(dāng)過載時，易發(fā)生靜強度不足而破斷。5、多次沖齒破斷：反復(fù)起動、制動、反轉(zhuǎn)或受重復(fù)沖擊載荷時，滾子和套筒產(chǎn)生

37、沖擊破斷。6、鏈條零件早期破斷：外鏈板和銷軸、內(nèi)鏈板和套筒嚙合松動，使配合處嚴(yán)重磨損；鏈板側(cè)磨；開口銷等止鎖零件剪斷、輪齒頂部將滾子頂碎等多由于鏈條質(zhì)量差，安裝使用不合理造成。鏈輪齒廓磨損或塑性變形會影響傳動的平穩(wěn)性和鏈條的壽命。一般鏈輪壽命為鏈條壽命的2倍以上，故應(yīng)按鏈條壽命和強度進(jìn)行設(shè)計。滾子鏈的額定功率曲線是鏈傳動選擇計算的基本依據(jù)。（三）鏈傳動設(shè)計注意事項1、通常最佳的中心距范圍是鏈條節(jié)距的3050倍，但鏈條在小鏈輪上的包角應(yīng)不小于。本設(shè)計中，鏈條的中心距是已知的。2、張緊時，松邊下垂度為中心距值的1%2%，有振動、沖擊或傾斜傳動時宜取小值。（四）確定設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸由于該提升裝置很有可能

38、會與扶蔗裝置、切頂裝置、轉(zhuǎn)向裝置，特別是切頂裝置發(fā)生干涉，所以在設(shè)計鏈傳動尺寸時，必須與同組成員商量，經(jīng)過配合調(diào)整后確定，所以含有比較高的實際配合性，有些尺寸也是根據(jù)同組人員相互的各機構(gòu)相互配合后確定的。1、側(cè)面尺寸（即收割機行進(jìn)方向的平面）由于提升裝置與水平面所成的角可調(diào)，調(diào)整范圍一般取為之間；主動鏈輪軸與底座之間的垂直距離也可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為之間。取角度為、高度為進(jìn)行設(shè)計，則鏈輪中心線在提升鏈中心線方向的投影長為：2、正面尺寸（即與收割機行進(jìn)方向垂直的平面）為了工作需要，更好地進(jìn)行夾持提升，兩個鏈條與兩鏈條間的中心線所成的角度有所偏差，偏差范圍為（不等于）之間。令中心鏈條與該平面水平方向的夾

39、角初取為進(jìn)行設(shè)計，則鏈中心長為；邊鏈與該方向的夾角初取為進(jìn)行設(shè)計，則鏈中心距長為由于兩鏈輪的中心距較長，要設(shè)置張緊鏈輪才能使整個裝置順利工作，而且張緊輪還可以調(diào)節(jié)鏈與水平面間的張角。根據(jù)工作狀況需要以及和扶蔗裝置、切頂裝置間的相互配合關(guān)系，故中心距就應(yīng)適當(dāng)取大一些。（五）鏈輪及鏈條的具體設(shè)計1、鏈輪的有關(guān)重要名詞術(shù)語（1） 鏈輪分度圓鏈輪上能被鏈條基本節(jié)距等分的圓，其直徑。分度圓是進(jìn)行各項理論計算用的基本圓。（2） 鏈輪分度圓節(jié)距在鏈輪分度圓上，對應(yīng)中心角為的弦長，簡稱鏈輪節(jié)距。鏈輪分度圓節(jié)距的大小，同鏈輪基本節(jié)距相等。（3） 鏈輪齒頂圓鏈輪上能直接測量到的最大圓，其直徑為。（4） 鏈輪齒根圓

40、鏈輪齒槽底部所在的圓，其直徑為。（5） 鏈輪齒廓線（即鏈輪齒形齒廓面同端面的交線）。（6） 鏈輪作用角鏈條同鏈輪齒廓線接觸點處的法線與鏈節(jié)中心線間的夾角，稱為鏈輪作用角。它的大小決定了輪齒傳遞有效工作拉力的能力。（7） 鏈輪齒形角鏈輪齒廓線的切線之間的夾角稱為齒形角。對直邊齒形鏈輪來說，當(dāng)齒溝中心不分離時，鏈輪作用角與鏈輪齒形半角數(shù)值相同。（8） 鏈輪齒廓工作段在正常工作過程中，鏈條與輪齒實現(xiàn)接觸的一段鏈輪齒廓線。（9） 齒溝圓弧中心角當(dāng)齒廓齒溝段為圓弧時，其所對的中心角為齒溝圓弧中心角，簡稱齒溝角，它的一半稱齒溝半角。2、鏈輪齒數(shù)的選定當(dāng)工作條件要求采用齒數(shù)很少的鏈輪時，則可設(shè)計具有小作用角

41、的非標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈輪；當(dāng)工作條件要求采用齒數(shù)很大的鏈輪時，則也可設(shè)計具有較高齒高的非標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈輪，以保持有較大的節(jié)距許用磨損伸長率。從嚙合和受力情況來考慮，滾子鏈傳動的最少齒數(shù)為9，但在具體選定時，還應(yīng)注意下列各點：（1） 考慮轉(zhuǎn)速高低的影響原則上轉(zhuǎn)速較高時，應(yīng)選用較大的以使傳動平穩(wěn)，因此，薦用最少齒數(shù)為：對于高轉(zhuǎn)速的鏈輪 Z1min=25,鏈輪齒應(yīng)淬硬對于中等轉(zhuǎn)速的鏈輪 Z1min=17（2） 當(dāng)傳動空間尺寸許可時，考慮使傳動有較長的使用壽命，推薦小鏈輪的齒數(shù)為Z1=25，小鏈輪齒數(shù)推薦選用奇數(shù)齒，它們和偶數(shù)的鏈節(jié)相嚙合可使磨損比較均勻。本設(shè)計中，根據(jù)整體布局空間和中心距的大小，選定主動鏈輪齒數(shù)

42、Z1=25考慮具體工作情況要求，本設(shè)計中取傳動比。i=3則從動鏈輪齒數(shù)Z2= Z1*3=753、分度圓直徑 根據(jù)整體配合情況和工作情況要求，初取主動鏈輪分度圓直徑為d=150mm。4、鏈輪（或鏈條）節(jié)距根據(jù)分度圓直徑公式（3-1）得鏈輪節(jié)距p = d *sin(180 / Z) = 18.75mm因為鏈輪分度圓節(jié)距與鏈條節(jié)距是相等的，而鏈條節(jié)距是鏈條的基本特性參數(shù)。滾子鏈的節(jié)距一般推薦按計算和小鏈輪轉(zhuǎn)速在額定功率曲線上選定適當(dāng)?shù)墓?jié)距。為使結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)，應(yīng)爭取選用節(jié)距較小的鏈條。速度高、功率大時，可選用小節(jié)距的多排鏈。選用多排鏈時，應(yīng)注意到它們對臟污和偏差是比較敏感的。所以根據(jù)參考4 圖3

43、3.2-5選取節(jié)距的TG190型（即12-A）型單排滾子鏈。其基本參數(shù)如下：節(jié)距：p=19.05mm 滾子直徑 d1min=11.91mm.內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬：b1min=12.57mm 銷軸直徑：d2max=5.96mm內(nèi)鏈板高：h2max=18.08mm 外鏈節(jié)外寬：b2=22.66mm聯(lián)結(jié)銷軸：L1=12.7mm ： L2=14.8mm過渡銷軸：L3=29.95mm 每米重量： q=1.6 kg/m最低破斷載荷：Q=3200 kg滾子鏈結(jié)構(gòu)如圖4-2所示：圖4-2 滾子鏈結(jié)構(gòu)圖5、根據(jù)鏈條的節(jié)距，分度圓直徑調(diào)整為d=151.99mm6、鏈輪軸孔最大直徑和齒側(cè)凸緣最大直徑參考6 表8-60得，鏈輪

44、軸孔最大直徑為 DKmax=88mm，齒側(cè)凸緣最大直徑或排間槽最大直徑 dh=130mm7、齒頂圓直徑8、齒根圓直徑d f =d- d r =151.99-11.91=140.08mm（ dr為配用鏈條滾子外徑）9、鏈輪端面齒型設(shè)計一個設(shè)計完善的鏈輪齒形主要應(yīng)滿足三個方面的要求，即嚙合要求、使用要求、工藝性與精度要求。為滿足這些要求，鏈輪齒形的設(shè)計必須遵循如下原則：保證鏈條順利地嚙入與嚙出；具有足夠的容納鏈條節(jié)距伸長的能力；具有合理的作用角；齒廓曲線與鏈傳動的工況相適應(yīng)；有利于嚙入和防止因鏈條跳動而掉鏈；加工工藝性好等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鏈輪的最大齒槽形狀和最小齒槽形狀，實際齒槽形狀在最大、最小范圍內(nèi)

45、可調(diào)，因而鏈輪齒廓曲線的相應(yīng)形狀可以有很大的靈活性，凡在兩個極限齒槽形狀之間的各種標(biāo)準(zhǔn)齒形均可采用。試驗和使用表明，齒槽形狀在一定范圍內(nèi)變動，在一般工況下對鏈傳動的性能不會有很大影響。這樣安排不僅為不同使用要求情況時，選擇齒形參數(shù)留有較大的余地，有為研究發(fā)展更為理想的新齒形創(chuàng)造了條件，各種標(biāo)準(zhǔn)齒形的鏈輪之間也可以進(jìn)行互換。本設(shè)計中的鏈輪端面齒形為國標(biāo)GB1244-76，所采用的凹形端面齒形，如下圖所示：aa為齒溝圓弧，abc是齒廓工作板（ab-圓弧，bc-直線），cd為齒頂圓弧。工作板各點的作用角沿齒高向上（由a 到b）逐漸減小， 值隨著齒數(shù)增多而增大，有利于齒數(shù)多的鏈輪在包角內(nèi)有更多的齒數(shù)傳

46、遞拉力。凹齒形的接觸應(yīng)力比直線齒形和凸齒形的均小，當(dāng)新鏈條在a點嚙合時，凹齒形嚙入就位時的沖擊較其他齒形大；隨著鏈條磨損節(jié)距增大，嚙合點到達(dá)b、c點時，就位沖擊將較其他齒形小。該齒形用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工，按3R GB1244-85規(guī)定創(chuàng)造。滾子鏈鏈輪端面齒形如圖4-3所示：圖4-3 滾子鏈鏈輪端面齒形10、鏈輪軸面齒型設(shè)計參考4 表33.2-12得，滾子鏈輪軸面齒型尺寸為節(jié)距：p=19.05mm ； 倒角寬度：g=2.4mm ；倒角深度：h=9.5mm ； 倒角圓弧半徑：r 4=20.3mm；圓角半徑：r5=0.5mm ； 齒寬： b=11.7mm排距：P t=22.78 mm滾子鏈鏈輪的軸面齒形如

47、圖4-4所示圖4-4 滾子鏈鏈輪軸面齒形11、鏈節(jié)數(shù)初定中心距 a0=40p根據(jù)中心距公式， 得鏈條節(jié)數(shù)6、馬達(dá)選用根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速和所要傳遞的功率選用馬達(dá)。由前面的計算知傳動功率，鏈輪轉(zhuǎn)速，并適當(dāng)考慮選用軸徑較小、重量較輕的馬達(dá)。參考6選用QJM型液壓馬達(dá)，此型號的馬達(dá)有如下特點：（1）該型號馬達(dá)的滾動體用一只鋼球代替了一般內(nèi)曲線液壓馬達(dá)所用的兩只以上滾輪和橫梁，因而結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，體積、重量顯著減小。（2）運動副慣量小，鋼球結(jié)實可靠，故該型馬達(dá)可以在較高轉(zhuǎn)速和沖擊載荷下連續(xù)工作。（3）摩擦副少，配油軸與轉(zhuǎn)子內(nèi)力平衡，球塞副通過自潤滑復(fù)合材料制成的球墊傳力，并具有靜壓平衡和良好的潤滑條件，采

48、用可自動補償磨損的軟性塑料活塞環(huán)密封高壓油，因而具有較高的機械和容積效率，能在很低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，啟動力矩較大。（4）因結(jié)構(gòu)具有的特點，該馬達(dá)所需回油背壓較低，一般需，轉(zhuǎn)速越高，背壓應(yīng)越大。（5）配油軸與定子鋼性連接，故該馬達(dá)進(jìn)出油管允許用鋼管連接。（6）該型馬達(dá)具有二級和三級變排量，因而具有較大的調(diào)速范圍。（7）結(jié)構(gòu)簡單，拆修方便，對清潔度無特殊要求，油的過濾精度可按配套油泵的要求選定。（8）除殼轉(zhuǎn)和帶支承型外，液壓馬達(dá)的出軸一般只允許承受轉(zhuǎn)矩，不能承受徑向和軸向外力。（9）帶“Se”和“SeZ”型液壓馬達(dá)，其啟動和制成可用人工控制也可自動控制，控制壓力較低，制成轉(zhuǎn)矩大，操作方便，可靠。根

49、據(jù)以上情況，本設(shè)計中選用型號為QJM0010.063Z的液壓馬達(dá)，其基本參數(shù)如下：排量：q= 0.064 L/rev ； 額定壓力；p1=10 mpa尖峰壓力：p2=16 mpa ； 轉(zhuǎn)速范圍：n=8 600 r/min額定輸出轉(zhuǎn)矩：T=95 Nm ； 軸徑：d=25 mm ；最大功率：Pmax=1.4 kw ； 鍵：bh=108（七）鏈傳動的張緊鏈條在使用過程中因磨損而逐漸伸長，結(jié)果使得松邊垂度增大，發(fā)生振跳、爬高和跳齒等現(xiàn)象。為了調(diào)節(jié)鏈條松邊的垂度，增加小鏈輪的嚙合包角，補償鏈條磨損產(chǎn)生的伸長，應(yīng)把鏈條適當(dāng)?shù)膹埦o。對于反復(fù)起動或逆轉(zhuǎn)以及載荷不穩(wěn)定、有沖擊、振動等使用場合，這更是十分必要的。

50、合理的張緊對提高鏈傳動的工作能力和延長使用壽命均有良好的效果。本裝置張緊輪采用彈簧自動張緊。（八）鏈傳動的潤滑鏈傳動的潤滑至關(guān)重要。合理的潤滑能大大減輕鏈條鉸鏈的磨損，延長使用壽命。如果給油充分，它能增強冷卻效果，降低傳動噪音，減緩嚙合沖擊，避免鉸鏈的早期膠合。對鏈條工作時鉸鏈潤滑狀態(tài)的實驗研究表明，潤滑充分的鏈傳動，其鉸鏈內(nèi)部在相對回轉(zhuǎn)瞬間可以形成流體動壓承載油膜，此油膜將銷軸和套桶隔開，形成間歇的液體潤滑狀態(tài)。這一性質(zhì)已成為現(xiàn)代鏈傳動額定功率曲線或額定功率表的制定基礎(chǔ)之一。反之，如果潤滑不良，鏈傳動的工作能力或使用壽命是會大受影響的。由此所述，潤滑對于鏈傳動是十分重要的。通常鏈傳動的潤滑方

51、式規(guī)定有四種：（1）用油刷或油壺人工定期潤滑；（2）滴油潤滑；（3）油浴潤滑或飛濺潤滑；（4）油泵壓力噴油潤滑。僅按鏈速來選用相應(yīng)的潤滑方式是欠妥的。研究表明，即使鏈速相同，節(jié)距大時更易發(fā)生膠合等毛病。當(dāng)采用一般潤滑油有困難時，例如在機器中使用滴油或油浴有問題時，或周圍環(huán)境惡劣、溫度很高、泥漿四濺時，則可采用潤滑脂或固體潤滑劑。根據(jù)本裝置的具體情況，本設(shè)計用刷子或油壺人工周期加油，加油處在鏈條松邊的內(nèi)外鏈節(jié)的側(cè)隙之間。每班（8h）加油一次。由于該裝置的周圍環(huán)境惡劣、故采用潤滑脂潤滑。（九）鏈條的靜強度計算鏈條的靜強度計算就是從鏈條的極限拉伸載荷（即破斷載荷）出發(fā)，選用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)來限定鏈條的

52、工作能力。這種方法比較簡單和方便，不過有時不免籠統(tǒng)和保守。規(guī)定不同的許用安全系數(shù)可以表示不同的含義：它可以是考慮靜強度的，也可以是條件性地考慮鉸鏈磨損或鏈條元件疲勞的。本設(shè)計要強調(diào)的則是鏈條的靜強度計算。如果不考慮動載荷，鏈條的緊邊拉力由三部分組成，即有效圓周力、離心力引起的拉力和懸垂拉力。鏈條靜強度的安全系數(shù)計算實質(zhì)，乃是鏈條緊邊拉力與鏈條極限拉伸載荷的比較，其計算式為式中 n 靜強度安全系數(shù)；Q 鏈條極限拉伸載荷，單位 N；KA工作情況系數(shù)；F t 有效圓周力，單位 N；F c 離心力引起的拉力，單位 N；F f 懸垂拉力，單位 N；n r 許用安全系數(shù)。對滾子鏈來說， 的取值應(yīng)考慮下列幾

53、點：（1）鏈條的屈服點接近于它的極限拉伸載荷；（2）在開始屈服前后，板孔與銷軸、套桶的聯(lián)結(jié)牢固度開始下降；（3）存在嚙入沖擊以及多邊形效應(yīng)和爬鏈、跳齒等所引起的動載荷；（4）存在尖峰載荷的可能性；（5）鏈輪的徑向跳動使鏈條周期性張緊；（6）多排時各排載荷分配的不均勻性等。所以許用安全系數(shù)一般為，平均取為6。如果按最大尖峰載荷來代替 進(jìn)行計算時，則許用安全系數(shù)。對于速度較低、從動系統(tǒng)慣性較小、或者不太重要的傳動、或者力的確定比較準(zhǔn)確時，可取較小值。鏈條的靜強度安全系數(shù)計算法常用于低速鏈，這是因為低速鏈的載荷一般較大，靜強度占有主要地位。通常把鏈速視為低速鏈。如果對這種低速鏈也按疲勞來考慮，用額定

54、功率曲線圖來選擇計算鏈條，則結(jié)果常常是不經(jīng)濟(jì)的。因為在額定功率曲線上的每條曲線，相應(yīng)的條件性安全系數(shù)，顯然比前述的靜強度安全系數(shù)為大。所以低速鏈用靜強度安全系數(shù)來選擇計算時常?？梢缘玫匠叽巛^小的鏈條，比較經(jīng)濟(jì)?？紤]疲勞或磨損的條件性安全系數(shù)計算法的應(yīng)用也很常見。特別應(yīng)指出的是，當(dāng)進(jìn)行有限壽命計算時，若所要求的使用壽命過短，使用功率過高，則鏈條的靜強度驗算是比不可少的。綜上所述，鏈條的靜強度、疲勞強度和耐磨性等計算要結(jié)合傳動的具體工作條件來選用，一種方法不能排斥其他方法，所以鏈傳動的工作能力應(yīng)按計算得出的最小值酌定。比如，對于潤滑和密封良好的鏈傳動，應(yīng)首先按疲勞來計算，然后按靜強度和磨損來驗算。

55、經(jīng)校核鏈條的靜強度滿足要求。（十）鏈傳動的維護(hù)一般在實際操作中達(dá)到以下幾個要求，就能充分發(fā)揮鏈傳動的使用性能：（1） 傳動的各個鏈輪應(yīng)當(dāng)保持良好的共面性，鏈條通道應(yīng)保持暢通；（2） 鏈條松邊垂度應(yīng)保持適當(dāng)；（3） 經(jīng)常保持良好的潤滑；（4） 鏈條鏈輪應(yīng)保持良好的工作狀態(tài)；前已述及，鏈輪不共面會發(fā)生側(cè)磨以及鎖止零件被剪掉、鉚頭松脫、鏈板腰部爬到齒頂上去等等現(xiàn)象。這主要是由于安裝不準(zhǔn)，或者由于鏈輪在軸上發(fā)生移動，或者由于軸承磨損而使軸與鏈輪發(fā)生擺動。有時在停車檢查時共面性很好，但一受載荷就發(fā)生側(cè)磨，這是因為軸與支承部分的剛度不足，應(yīng)設(shè)法加強。外鏈板和銷軸端部的可見性損傷，表明傳動系統(tǒng)的通道上發(fā)生了

56、某種阻礙、磕碰、摩擦或干涉。發(fā)生這種情況時，應(yīng)立即采取措施，消除磕碰摩擦的原因：有時是鏈條太松，有時是箱體變形。鏈傳動的正常磨損會使鏈條逐漸伸長，結(jié)果使松邊可能太松，垂度可能過大。在經(jīng)常性的檢修工作過程中，應(yīng)注意把它列為一個重要項目來檢查。如果發(fā)現(xiàn)太松，在中心距可調(diào)或有張緊裝置的情況下，就應(yīng)重新適當(dāng)張緊；如果中心距不可調(diào)，也沒有張緊裝置，則可減去一兩個鏈節(jié)來重新張緊。適當(dāng)張緊對于鏈輪來說也是防止或減緩齒輪過快磨損的一種方法，因為讓磨損了的鏈條繼續(xù)使用可能松邊劇烈跳動、爬高、跳齒，從而促使輪齒也很快損壞；當(dāng)然還可能發(fā)生磕碰鏈箱等現(xiàn)象。在保養(yǎng)維修過程中，及時剔除已損壞的鏈節(jié)和換上新鏈節(jié)，對大規(guī)格的

57、鏈條來說可延長壽命，在經(jīng)濟(jì)上也是合算的。不過換修工作只限于有數(shù)的幾節(jié)。如果換修次數(shù)太多，則表示整根鏈條的壽命已經(jīng)到頭，不如把整根鏈條換掉，免得停車時間過長，影響生產(chǎn)。當(dāng)然，有時為了維修機器運轉(zhuǎn)，必須對鏈條多次修理；但是應(yīng)當(dāng)盡可能早的時間內(nèi)更換鏈條，而且應(yīng)當(dāng)更換整根鏈條而不是更換其中的一部分。5 轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計轉(zhuǎn)向裝置是甘蔗收割機的一個很重要的工作部件，它能夠保證綠甘蔗的高效去頂。每一個轉(zhuǎn)向裝置可以在甘蔗去頂后，在收割機運行的方向上，將甘蔗頂部直接脫離收割機。如果沒有轉(zhuǎn)向裝置驅(qū)使甘蔗通過切頂裝置的話，部分甘蔗就可能會被卡住，并且拖出切頂裝置。在甘蔗切頂后，轉(zhuǎn)向裝置以兩倍的速度迅速改變甘蔗的運行方

58、向，使得甘蔗切頂后沒有直線移動的距離，便于后續(xù)工作的順利進(jìn)行。5.1 轉(zhuǎn)向裝置的組成和工作原理5.1.1轉(zhuǎn)向裝置的組成轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，包括兩個引導(dǎo)環(huán)，一個撥動輪和一個動力裝置即馬達(dá)。引導(dǎo)環(huán)在撥動輪的上下各固定一個，起到導(dǎo)向的作用，并且推動甘蔗桿在收割機前進(jìn)的方向倒下。撥動輪撥動甘蔗桿繞著引導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)180 度。整個轉(zhuǎn)向裝置通過兩塊托板固定在提升裝置的支撐板上，引導(dǎo)環(huán)則固定在機架上。轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)如圖所示(圖5-1)。甘蔗轉(zhuǎn)向，通過引導(dǎo)環(huán)來引導(dǎo)甘蔗穿過切頂裝置并將切過頂?shù)母收崂@過提升主鏈的主動鏈輪鏈輪，旋轉(zhuǎn)180度，以2倍收割機的運行速度朝著收割機的運動方向推動切頂后的甘蔗向中心移動，使甘

59、蔗切頂后沒有直線移動的距離。每一個轉(zhuǎn)向裝置可以在甘蔗去頂后，在收割機運行的方向上沿著自由而不受約束的路徑將甘蔗頂部直接脫離收割機。從而不會使甘蔗被卡住，甚至被拖出切頂裝置。在甘蔗切頂后，轉(zhuǎn)向裝置以兩倍的速度迅速改變甘蔗的運行方向，以致于甘蔗切頂后沒有直線移動的距離，同時也確保了切頂后的甘蔗向收割機前進(jìn)的方向上倒。從甘蔗的收割路徑來看，甘蔗進(jìn)入收割機后，首先，中心驅(qū)動鏈旋轉(zhuǎn)并帶動甘蔗到一個支撐位置進(jìn)行切頂操作，然后轉(zhuǎn)向和切根，最后進(jìn)入剝?nèi)~裝置的入口。轉(zhuǎn)向裝置迫使甘蔗的頂部通過切頂裝置，在甘蔗轉(zhuǎn)向根切的同時扔掉已切的甘蔗頂部。已經(jīng)去根、去頂?shù)母收岜惠斔偷絼內(nèi)~裝置的入口。并且不會和輸入收割機的未去頂

60、和未根切的甘蔗發(fā)生干涉，這樣甘蔗在進(jìn)入切頂裝置到根切結(jié)束的整個過程中，撥動輪非常成功地配合了收割裝置的工作。撥動輪位于切頂裝置的下方，支撐著甘蔗，并使甘蔗平穩(wěn)地通過切頂裝置。撥動輪的線速度與輸送甘蔗到切頂裝置的速度相等。因此撥動輪接收到鏈條傳送的甘蔗而不至于損傷甘蔗。實際上，在收割機前進(jìn)的過程中，驅(qū)動鏈以相對地面的同一速度移動。因此，由于鏈的速度相對地面與收割機的速度相等，甘蔗的上部沿著驅(qū)動鏈的中心線保持原位，其實撥動輪的一個功能是讓切掉的頂部以相對于收割機兩倍速度離開收割機，另一個功能是讓甘蔗以適當(dāng)速度進(jìn)入收割機。5.2 轉(zhuǎn)向裝置的重要零件設(shè)計過程5.2.1動力裝置的選擇在該裝置中，動力裝置

61、用來帶動撥動輪以兩倍鏈速旋轉(zhuǎn)，由前計算知，鏈輪的轉(zhuǎn)速為，所以該動力裝置也可以選用本設(shè)計中選用型號為QJM0010.063Z的液壓馬達(dá)，其基本參數(shù)如下：排量：q= 0.064 L/rev ； 額定壓力；p1=10 mpa尖峰壓力：p2=16 mpa ； 轉(zhuǎn)速范圍：n=8 600 r/min額定輸出轉(zhuǎn)矩：T=95 Nm ； 軸徑：d=25 mm最大功率：Pmax=1.4 kw ； 鍵：bh=1085.2.2撥動輪的設(shè)計撥動輪的設(shè)計沒有什么現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)，都是根據(jù)工作要求和裝配的需要進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計過程也主要是涉及到撥動輪葉片是否會和其他機構(gòu)發(fā)生干涉，是否能夠順利實現(xiàn)撥動甘蔗桿的功能要求，所以不能設(shè)計得過

62、長，也不能設(shè)計得過短。根據(jù)提升裝置的整體布局，在安裝撥動輪處的地方，從撥動輪輪心開始沿著機器運行方向的空間距離為；從撥動輪輪心開始與機器運行方向上到邊鏈底版的空間距離為。為了使撥動輪葉片不與其發(fā)生干涉，并且能夠順利實現(xiàn)撥動甘蔗桿的功能要求，設(shè)定撥動輪葉片的長度為。并采用三葉片式結(jié)構(gòu)，就能順利的實現(xiàn)功能了。撥動輪的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示：排刷式剝?nèi)~元件的優(yōu)化設(shè)計方法排刷式剝?nèi)~元件是離心式小型甘蔗收獲機械的關(guān)鍵部件，剝?nèi)~過程中，剝?nèi)~元件受到周期性動載荷的作用，在循環(huán)大變形的工況下工作，其根部受到周期性大應(yīng)變作用，極易產(chǎn)生疲勞破損。一直以來，剝?nèi)~元件的研究沒有太大的進(jìn)展，這也是適用于丘陵地帶的整桿式小型

63、甘蔗聯(lián)合收割機至今沒有研制成功的主要制約因素之一。國內(nèi)外研究及統(tǒng)計資料表明，影響剝?nèi)~效果及剝?nèi)~元件壽命的主要因素有剝?nèi)~滾筒的旋轉(zhuǎn)速度、剝?nèi)~元件的材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)及裝夾方式。由于這些因素互相制約，從理論上進(jìn)行分析設(shè)計具有較大的難度，若用物理試驗的方法也費時、費力。本文采用數(shù)值模擬正交試驗的方法對此進(jìn)行了分析研究，試驗結(jié)果證明這是一種高效的優(yōu)化設(shè)計方法。1 數(shù)值模擬正交試驗的設(shè)計11 正交試驗表頭的設(shè)計排刷式剝?nèi)~元件是通過離心式的工作方式使蔗葉剝離的，即是通過高速旋轉(zhuǎn)的剝?nèi)~元件對蔗莖推擠、摩擦、打擊，使蔗葉脫離。圖1所示為裝夾排數(shù)為兩排的剝?nèi)~元件工作時的力學(xué)模型簡圖。圖中，L為剝?nèi)~元件長度，y為元件

64、裝夾的前角，x為交錯深度。還有一個參數(shù) 裝夾螺旋角沒有在圖中表示，裝夾螺旋角是指剝?nèi)~滾筒上剝?nèi)~元件的排列不是沿滾筒母線一字排開，而是與葉滾筒的母線成一個beita角度。這些參數(shù)以及剝?nèi)~滾筒的轉(zhuǎn)速、剝?nèi)~元件的材料都是影響剝?nèi)~元件打擊力和應(yīng)力的重要因素。很明顯，這是一個多因素多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計問題，為此采用有限元數(shù)值模擬正交試驗的方法對其進(jìn)行分析研究。根據(jù)有關(guān)研究資料和前期試驗結(jié)果 ，剝?nèi)~元件是在非線性大變形狀態(tài)下工作，其根部受到周期性大應(yīng)力作用，因此選用工作時元件根部受到的最大應(yīng)力為一個評價指標(biāo)；剝?nèi)~元件打擊甘蔗的打擊力F可以分解為切向力F 軸向力F法向力F ，由于對蔗葉分離起主要作用的力是F ，所以取F一 作為另一評價指標(biāo)。對于評價的因素和水平的選取，可以從剝?nèi)~元件的材料、剝?nèi)~滾筒的轉(zhuǎn)速、剝?nèi)~元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和裝夾方式等幾個方面考慮。經(jīng)分析，選用剝?nèi)~元件的長度、元件的裝夾方式(交錯深度、螺旋角