推倒喂入式甘蔗收割機中間輸送均勻性試驗研究

常浩濤，梁宇達，黃 崢，黃 淼，楊丹彤

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點實驗室，廣州 510642）

推倒喂入式甘蔗收割機中間輸送均勻性試驗研究

常浩濤，梁宇達，黃 崢，黃 淼，楊丹彤※

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點實驗室，廣州 510642）

對于推倒喂入式甘蔗聯(lián)合收割機來講，喂入的甘蔗在這種收割機的中間輸送通道內(nèi)，是否能均勻鋪開，對后續(xù)的剝?nèi)~質(zhì)量有重要的影響。本文基于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)新研制的4GZL-132整稈式甘蔗收割機對甘蔗物流均勻鋪開進行實驗研究。通過試驗獲得影響甘蔗中間輸送均勻鋪開的因素的主次關(guān)系，依次為：輸送輥筒轉(zhuǎn)速A、喂入量B、上下輥筒間隙C，并找出各因素影響甘蔗鋪開效果的變化規(guī)律。

甘蔗聯(lián)合收割機 推倒喂入式 中間輸送 均勻性

0 前言

對推倒式甘蔗聯(lián)合收割機中甘蔗物流的分析研究，有利于提高甘蔗的通過性能，對后續(xù)剝?nèi)~裝置的剝?nèi)~質(zhì)量和剝?nèi)~效率有很大的影響。傅隆正等給出整稈式甘蔗聯(lián)合收割機物流通道的總體設(shè)計方法，給出了物流通道的主要設(shè)計參數(shù)，結(jié)合機械系統(tǒng)虛擬樣機，分析軟件Admas對整稈式聯(lián)合收割機甘蔗輸送過程進行仿真分析，并進行試驗驗證[1]；劉慶庭等認(rèn)為整稈式甘蔗聯(lián)合收割機將剝?nèi)~組件放進甘蔗收割機流程內(nèi)，勢必降低收割機的生產(chǎn)率[2-6]。本文是基于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的4GZL-132整稈式甘蔗收割機對推倒喂入式甘蔗聯(lián)合收割機中間輸送通道中的甘蔗均勻平鋪進行試驗研究。甘蔗在中間輸送通道內(nèi)的平鋪是指甘蔗經(jīng)過輸送輥筒的作用在通道內(nèi)均勻鋪開。均勻鋪開包括了甘蔗輸送縱向均勻性和橫向均勻性。

1 甘蔗物流均勻性分析

1.1 甘蔗物流縱向均勻性分析

多根甘蔗在螺旋輸送輥筒的作用下向后輸送。為簡化受力分析，僅以上下層疊的3根甘蔗為研究對象，并對中間層甘蔗b為進行受力分析。受力分析如圖1。

圖1 以甘蔗b為對象的受力分析

甘蔗b受到上層甘蔗的摩擦力fab，上層輥筒的壓力Fab，甘蔗c的支持力Fcb，以及甘蔗c對b的摩擦力fcb假設(shè)其方向為沿通道向上。以沿通道向下為x軸，以垂直于甘蔗向上為y軸。所以，有甘蔗b在x方向上的受力Fx和在y方向上的受力Fy。

其中，又有

式中μ蔗-庶為甘蔗與甘蔗間的摩擦系數(shù)；Ga和Gb分別為甘蔗a和甘蔗b的質(zhì)量；α角度如圖1所示。

因為輥筒與甘蔗之間的摩擦系數(shù)遠大于甘蔗與甘蔗之間的摩擦系數(shù)，甘蔗與甘蔗之間發(fā)生相互運動，產(chǎn)生滑動摩擦力，所以中間的甘蔗速度變慢。當(dāng)甘蔗層數(shù)多的時候由于甘蔗層的受力情況不同，多層的甘蔗會逐漸的趨于縱向物流均勻，這時通過甘蔗剝?nèi)~裝置的甘蔗流量基本趨于均勻。

1.2 甘蔗物流橫向均勻性分析

分析甘蔗在普通無膠指輥筒作用下通道橫向截面內(nèi)的受力分析，如圖2。

圖2 多層甘蔗橫向截面受力分析

甘蔗a，b，c在通道內(nèi)疊堆，以上層甘蔗c為研究對象，以豎直方向為y軸，以其垂線為x軸建立平面坐標(biāo)系對甘蔗c進行受力分析，所以，有甘蔗c在x方向上的受力Fx和在y方向上的受力Fy。

式中Ff上c和F上c分別為上輸送輥筒在x方向和y方向上對甘蔗c的作用力；Fac和fac分別為甘蔗a對甘蔗c的作用力、摩擦力和角度如圖2所示。

中心力偶矩（r蔗為甘蔗半徑）：

以上分析表明，層疊輸送的甘蔗之間有相互作用的擠壓力與摩擦力，最外層的甘蔗沒有受到向內(nèi)的約束，在多層甘蔗輸送時，輸送輥筒對甘蔗有側(cè)向的作用力，使甘蔗在側(cè)向作用力的作用下向兩側(cè)運動，所以甘蔗在橫向逐漸趨于均勻。

2 試驗設(shè)備與材料

試驗在國家甘蔗產(chǎn)業(yè)體系遂溪綜合試驗站進行。試驗樣機是推倒喂入式4GZL-132整稈式甘蔗聯(lián)合收割機。試驗用油路安裝分流閥用于調(diào)節(jié)螺旋輥筒的轉(zhuǎn)速。試驗設(shè)備有：轉(zhuǎn)速測試儀、電子稱、攝影機等。為了便于進行試驗視頻的分析，甘蔗經(jīng)過簡單的去蔗葉處理，甘蔗型號為臺糖89-1626。

3 試驗數(shù)據(jù)處理與指標(biāo)分析

本試驗的主要目的是對螺旋輸送輥筒的鋪開效果進行評定。而對于甘蔗在通道內(nèi)鋪開效果，業(yè)內(nèi)并沒有具體的指標(biāo)，為了真實地評價甘蔗鋪開效果的好壞，需要設(shè)定一個試驗指標(biāo)。現(xiàn)參考玉米以及大豆等的精量播種統(tǒng)計方法，來推導(dǎo)甘蔗物流在中間輸送通道的均勻鋪開效果。

2007年11月底，樓繼偉第一次以中投董事長身份出訪，將中投介紹給國際社會，拜會主要發(fā)達國家，汪建熙和中投私募部總監(jiān)胡冰也都在陪同出訪的隨行人員中。就在準(zhǔn)備從英國去法國之時，汪建熙和胡冰的行程被改變，樓繼偉指示兩人，立即飛往美國去做投資項目的盡調(diào)和談判。

由于在試驗過程中發(fā)現(xiàn)甘蔗在喂入時可能會碰到割臺、通道壁等，并非是同時經(jīng)過螺旋輸送輥筒，無法直接獲得甘蔗的層疊根數(shù)。因此，從輸送通道正上方觀察，經(jīng)過螺旋輸送輥筒后正上方甘蔗投影的根數(shù)比之前的甘蔗投影根數(shù)增加，說明在經(jīng)過螺旋輸送輥筒之前有層疊的甘蔗，在經(jīng)過螺旋輸送輥筒之后層疊甘蔗被鋪開，通過用變異系數(shù)公式推導(dǎo)螺旋輸送輥筒后的甘蔗投影根數(shù)與經(jīng)過螺旋輸送輥筒之前的甘蔗投影根數(shù)差異，即

式中w1是衡量螺旋輸送輥筒對層疊的甘蔗鋪開作用的一個指標(biāo)；n前為通過螺旋輸送輥筒之前的甘蔗投影根數(shù)；n后為通過螺旋輸送輥筒之后的甘蔗投影

根數(shù)；n總為甘蔗的喂入根數(shù)。

w1的值越大說明前后甘蔗投影根數(shù)差異越大，對層疊甘蔗的鋪開作用越明顯。

對甘蔗物流中間輸送的均勻性進行考察，要得出甘蔗通過螺旋輸送輥筒后甘蔗間隙的差異系數(shù)，用于評價通過螺旋輸送輥筒后甘蔗物流的均勻性。用w2來表示甘蔗之間的間隙值y的差異系數(shù)。

w2的值越小，甘蔗之間的間隙值y差異越小，甘蔗的鋪開均勻性越好。利用“或”條件合并方法即

最終，將兩個差異系數(shù)的合集定義為：甘蔗在通道內(nèi)的鋪開率J，作為甘蔗鋪開試驗的評價指標(biāo)：

因?qū)嶋H試驗中無法在試驗裝置上直接測量，且考慮到危險因素，圖3所示為測量所拍攝視頻剪圖（其離散程度不變），可以作為測量方法。

圖3 測量輸送輥筒后甘蔗之間的間隙

4 正交試驗結(jié)果分析

正交試驗因素水平取喂入量A為10根、14根、18根，輥筒轉(zhuǎn)速水平B為100 r/min，140 r/min和180 r/min，輥筒間隙C為15 mm，25 mm和35 mm。

對正交試驗進行直觀分析，采用重復(fù)的試驗的平均值進行極差R計算，結(jié)果如表1所示，并根據(jù)表1畫出鋪開率的極差圖4。

表1 極差R值表

圖4 鋪開率J極差值分析

由極差圖可知，對鋪開率J影響的三個因素中，輥筒轉(zhuǎn)速B的極差相比于其他兩個因素的極差值相差較大，喂入量A與輥筒間隙C對鋪開率J的極差值較小，因此對甘蔗鋪開率影響的因素主次關(guān)系：B＞A＞C。為了直觀的了解各因素在正交試驗中對試驗指標(biāo)的影響趨勢，可通過因素影響趨勢圖5來分析。

圖5 各因素對鋪開率J的影響趨勢圖

圖5表明，鋪開率J隨喂入量A的增加呈先增加后降低的變化。隨螺旋輸送輥筒B的增大而降低。隨輥筒間隙C的增大而先減小而后增大。

表2 鋪開率J的方差分析

利用SPSS軟件對正交試驗數(shù)據(jù)進行鋪開率J的方差分析，如表2。

對鋪開率J的方差分析表2表明，在95%的置信區(qū)間因素螺旋輸送輥筒速度B對甘蔗的鋪開率J影響p值小于0.05，螺旋輸送輥筒速度B對甘蔗鋪開率J的影響顯著。而因素喂入量A、上下輥筒間隙C、交互作用A×B，A×C，B×C對甘蔗的鋪開率J均不顯著。

5 結(jié)論

綜合對甘蔗鋪開率J的正交試驗分析，得出獲得最佳鋪開率的組合為A2B1C1，考慮到甘蔗的通過性輥筒間隙因素對鋪開率J影響不顯著，選取C2水平為最佳，因此選取A2B1C2為最佳參數(shù)組合即喂入量A為14根，螺旋輸送輥筒轉(zhuǎn)速B為100 r/min，輥筒間隙C為25 mm效果最好，此時的鋪開率J為82.4%。

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公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目“甘蔗全程機械化生產(chǎn)技術(shù)與裝備開發(fā)（201003009）”；“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題（2011BAD20B05）；國家國際科技合作項目：甘蔗生產(chǎn)全程機械化關(guān)鍵技術(shù)裝備試驗研究（2011DFB70350）；國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-20-4-1）資助。

常浩濤（1988-），男，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向為農(nóng)業(yè)機械化工程。

※通訊作者：楊丹彤（1970-），男，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，主要從事農(nóng)業(yè)機械設(shè)計與推廣。