光刃刀片切割甘蔗茎秆破坏过程高速摄像分析

在自制的单圆盘根切器试验台上,利用高速摄像机拍摄了甘蔗茎秆在光刃刀片切割时的破坏过程。分别对一刀切割和两刀切割模式下,发生根茬"无破损"、"蔗皮破损"、"劈裂破损"和"爆裂破损"的破坏过程进行了研究,分析了切割速度和切割方式对各种破坏模式的影响。结果表明:切割过程中甘蔗茎秆的破坏主要表现为在切割过程后期造成的蔗皮、蔗芯撕裂或劈裂;两刀切割时,甘蔗茎秆在被第1刀切割过程中发生扭转变形,甘蔗上段蔗皮、蔗芯撕裂严重,而根茬部分的破损较一刀切割时轻微;在本文试验条件下,采用光刃刀片切割时,刀片线速度应大于22m/s,以满足收割机对根茬切割质量的要求。     

4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机研制

针对现有切段式甘蔗联合收割机输送通道易堵塞、含杂率与损失率高等问题,该研究设计了一种切段刀辊中置式两级通道甘蔗联合收割机。该机采用短路径整秆输送通道和刮板筛网式蔗段输送通道,采用中置+后置风机组成的双风机除杂系统,实现甘蔗根切、喂入、输送、切段、风选除杂和卸料等联合作业。通过计算确定了整秆输送通道安装角度与宽度、喂入与输送辊筒直径、切段刀辊外圆直径、蔗段输送通道刮板高度、风机位置等关键结构参数,以及喂入与输送辊筒转速、切段刀辊转速、除杂风机转速等关键作业参数,并研制了4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机样机。样机田间试验结果表明：在作业速度2 km/h、风机转速1 100 r/min时,含杂率为4.42%、总损失率为3.08%、蔗段合格率为92.10%、切割高度合格率为96.20%、宿根破头率为9.60%,整机作业性能指标满足切段式甘蔗联合收割机技术标准要求。     

作物多尺度力学初探

作物力学性能广泛应用于作物抗倒伏性、机器-作物-土壤互作系统和作物栽培等领域的研究,为培育抗倒伏品种、提高机器作业质量和改进栽培措施提供理论支持。作物的力学性能与其形态结构、解剖学特征、化合物组分等有密切关系。该研究在梳理作物力学性能研究的基础上,将作物多尺度力学概括为以作物为研究对象,分别以细胞壁层、细胞壁、细胞、组织和器官为基本元件,依次建立细胞壁、细胞、组织、器官和植株的几何结构与力学模型,并解析其力学性能的科学。进一步对细胞壁结构力学、细胞结构力学、组织结构力学、器官结构力学和植株结构力学的研究内容进行了归纳总结。该研究明确提出作物多尺度力学的概念、系统归纳其研究内容和方法,有利于促进作物多尺度力学理论的形成、数据库的建立和分析软件的开发。     

基于AMESim的甘蔗中耕机菱形自走底盘同步性研究

甘蔗中耕是甘蔗生产的重要环节,针对甘蔗中耕作业人工耗费量大、机械化水平低的问题,设计开发了菱形四轮龙门架式高地隙甘蔗中耕机。该机采用全液压驱动,液压行走系统是该机的重要组成部分,驱动轮的同步性能会直接影响整机的稳定性。分析了甘蔗中耕机的结构特点和工作原理,针对中耕机驱动轮的同步性进行仿真分析,建立了分流集流阀和行走液压系统的AMESim模型,并通过样机试验验证了仿真模型的正确性。仿真试验和样机试验结果表明:单纯的分流集流阀同步方案驱动轮的同步误差高达10%以上,严重影响中耕机的直线行走性能。最后,提出了提高中耕机同步性的解决方案,为后续的改进工作提供理论依据。     

湛江农垦甘蔗机械化收获实践与分析

湛江农垦是我国最早开展甘蔗机械化收获大田作业的单位。本文回顾了自2011/2012年榨季以来,该单位使用的甘蔗收割机机型、机组配套、作业成本和作业效果等机械化作业实践情况,并做了简要分析,得出结论:机械化收获是我国甘蔗产业亟需推广应用的技术;行距是影响甘蔗收割机作业效率和作业质量的关键农艺参数;针对目前农场1.2 m的种植行距,我国需要有适合1.2 m行距的甘蔗收割机;糖厂、农机服务公司和蔗农之间现有机制阻碍了甘蔗收获机械化的发展,需要有一个合适的协调管理机制。     

气力输送中蔗叶滑移率的研究

颗粒在运动流场内的滑移率是判断颗粒气力输送稳定性的重要依据,对输送气流速度的选取有很好的借鉴作用。分析蔗叶在流场内的滑移率,对切段式甘蔗联合收割机除杂系统工作参数的设计与优化有很好的指导作用。为此,通过高速摄像对垂直管流中运行的蔗叶滑移率进行了测量,结果表明:蔗叶在流场内的最终稳定速度与理论计算不符,实际滑移率与蔗叶在流场中的迎风面积密切相关,气流速度的变化对实际滑移率并不产生明显影响。     

甘蔗尾茎力学特性试验

为获取甘蔗尾部茎秆的力学特性参数,利用精密型微控电子万能试验机对蔗尾生长点以下1~3节茎秆的拉伸、压缩力学性能进行试验。结果表明:蔗尾节位对抗拉、抗压强度的影响极其显著,抗拉、抗压强度由中部向尾部顶端生长点方向显著减小;蔗尾生长点以下1~3节抗拉强度平均值分别为1.44、2.87、4.72MPa,拉伸弹性模量平均值分别为22.02、27.60、37.09MPa。各节茎秆直径与抗拉强度呈二次函数负相关关系,随着直径的增大,抗拉强度减小。抗压强度平均值分别为4.04、5.22、6.66MPa;压缩弹性模量平均值分别为23.93、25.37、2 4.1 2 MPa;各节茎秆直径与最大压缩载荷之间呈幂函数正相关关系,随着直径的增大,最大压缩载荷增大。试验结果为甘蔗收获断尾机械的设计及建立数学模型进行动力学仿真提供了理论依据。     

光刃刀片切割甘蔗茎秆时根茬破坏力学分析

甘蔗根茬破损会影响到宿根质量,通过建立甘蔗茎秆切割过程中的力学模型,对根茬的破坏进行了力学分析.结果表明：甘蔗茎秆受一刀切割时,根茬破坏的模式有劈裂和弯曲断裂;受两刀或多刀切割时根茬破坏模式有因扭转而产生的纵向裂纹,因弯曲而产生的劈裂和弯曲断裂.推导了根茬在切割过程中受到的剪应力、弯曲应力计算公式,给出了破坏准则.     

甘蔗茎秆在扭转、压缩、拉伸荷载下的破坏试验

甘蔗茎秆物理力学特性是建立甘蔗茎秆材料模型和茎秆在各种荷载下本构关系的基础。该文以“桂林—1号”甘蔗的茎秆为试验材料,采用自制的夹具,在扭转试验机上进行扭转试验,在材料力学万能试验机上进行拉伸、压缩试验。试验结果表明：在扭转荷载下,甘蔗茎秆的破坏形式为产生轴向裂纹;在压缩荷载下的破坏形式为屈曲,并产生轴向裂纹;在拉伸荷载作用下,蔗皮、蔗芯的破坏形式为断裂。对试验用 “桂林－1号”甘蔗茎秆的基部,切变模量的平均值为10.82 MPa,最大剪切应力的平均值为0.45 MPa;基部第一、二、三节的抗压强度平均值分别为14.47 MPa、9.93 MPa和8.24 MPa。基部蔗皮轴向、径向拉伸强度平均值分别为47.02 MPa和2.57 MPa,蔗芯轴向、径向拉伸强度平均值分别为6.71 MPa和1.34 MPa。     

弹性齿滚筒式甘蔗剥叶装置

为了解决整秆式甘蔗收获机剥叶过程由于多根喂入和带尾部剥叶造成含杂率和折断率高的问题,设计了弹性齿滚筒式甘蔗剥叶装置,阐述了喂入、输出滚筒和剥叶滚筒的结构和剥叶原理,确定了主要部件的结构参数。通过四因素三水平正交试验研究剥叶元件弹性齿角度、剥叶滚筒中心距、剥叶滚筒转速和喂入、输出滚筒转速等4个因素对含杂率、茎秆折断率和断尾率的影响和最优参数组合,在此基础上进行综合剥叶试验。结果表明,最优参数组合为：剥叶元件弹性齿角度90°、剥叶滚筒中心距310 mm、剥叶滚筒转速700 r/min和喂入、输出滚筒转速150 r/min。甘蔗单根连续喂入319.19 kg,含杂率为1.56%、茎秆折断率为20.45%、断尾率为65.97%;3~5根连续喂入274.52 kg,相应的剥叶指标依次为2.38%、25.93%和75.59%。