常浩涛，梁宇达，黄 峥，黄 淼，杨丹彤

（华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州 510642）

推倒喂入式甘蔗收割机中间输送均匀性试验研究

常浩涛，梁宇达，黄 峥，黄 淼，杨丹彤※

（华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州 510642）

对于推倒喂入式甘蔗联合收割机来讲，喂入的甘蔗在这种收割机的中间输送通道内，是否能均匀铺开，对后续的剥叶质量有重要的影响。本文基于华南农业大学新研制的4GZL-132整秆式甘蔗收割机对甘蔗物流均匀铺开进行实验研究。通过试验获得影响甘蔗中间输送均匀铺开的因素的主次关系，依次为：输送辊筒转速A、喂入量B、上下辊筒间隙C，并找出各因素影响甘蔗铺开效果的变化规律。

甘蔗联合收割机 推倒喂入式 中间输送 均匀性

0 前言

对推倒式甘蔗联合收割机中甘蔗物流的分析研究，有利于提高甘蔗的通过性能，对后续剥叶装置的剥叶质量和剥叶效率有很大的影响。傅隆正等给出整秆式甘蔗联合收割机物流通道的总体设计方法，给出了物流通道的主要设计参数，结合机械系统虚拟样机，分析软件Admas对整秆式联合收割机甘蔗输送过程进行仿真分析，并进行试验验证[1]；刘庆庭等认为整秆式甘蔗联合收割机将剥叶组件放进甘蔗收割机流程内，势必降低收割机的生产率[2-6]。本文是基于华南农业大学研制的4GZL-132整秆式甘蔗收割机对推倒喂入式甘蔗联合收割机中间输送通道中的甘蔗均匀平铺进行试验研究。甘蔗在中间输送通道内的平铺是指甘蔗经过输送辊筒的作用在通道内均匀铺开。均匀铺开包括了甘蔗输送纵向均匀性和横向均匀性。

1 甘蔗物流均匀性分析

1.1 甘蔗物流纵向均匀性分析

多根甘蔗在螺旋输送辊筒的作用下向后输送。为简化受力分析，仅以上下层叠的3根甘蔗为研究对象，并对中间层甘蔗b为进行受力分析。受力分析如图1。

图1 以甘蔗b为对象的受力分析

甘蔗b受到上层甘蔗的摩擦力fab，上层辊筒的压力Fab，甘蔗c的支持力Fcb，以及甘蔗c对b的摩擦力fcb假设其方向为沿通道向上。以沿通道向下为x轴，以垂直于甘蔗向上为y轴。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-庶为甘蔗与甘蔗间的摩擦系数；Ga和Gb分别为甘蔗a和甘蔗b的质量；α角度如图1所示。

因为辊筒与甘蔗之间的摩擦系数远大于甘蔗与甘蔗之间的摩擦系数，甘蔗与甘蔗之间发生相互运动，产生滑动摩擦力，所以中间的甘蔗速度变慢。当甘蔗层数多的时候由于甘蔗层的受力情况不同，多层的甘蔗会逐渐的趋于纵向物流均匀，这时通过甘蔗剥叶装置的甘蔗流量基本趋于均匀。

1.2 甘蔗物流横向均匀性分析

分析甘蔗在普通无胶指辊筒作用下通道横向截面内的受力分析，如图2。

图2 多层甘蔗横向截面受力分析

甘蔗a，b，c在通道内叠堆，以上层甘蔗c为研究对象，以竖直方向为y轴，以其垂线为x轴建立平面坐标系对甘蔗c进行受力分析，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分别为上输送辊筒在x方向和y方向上对甘蔗c的作用力；Fac和fac分别为甘蔗a对甘蔗c的作用力、摩擦力和角度如图2所示。

中心力偶矩（r蔗为甘蔗半径）：

以上分析表明，层叠输送的甘蔗之间有相互作用的挤压力与摩擦力，最外层的甘蔗没有受到向内的约束，在多层甘蔗输送时，输送辊筒对甘蔗有侧向的作用力，使甘蔗在侧向作用力的作用下向两侧运动，所以甘蔗在横向逐渐趋于均匀。

2 试验设备与材料

试验在国家甘蔗产业体系遂溪综合试验站进行。试验样机是推倒喂入式4GZL-132整秆式甘蔗联合收割机。试验用油路安装分流阀用于调节螺旋辊筒的转速。试验设备有：转速测试仪、电子称、摄影机等。为了便于进行试验视频的分析，甘蔗经过简单的去蔗叶处理，甘蔗型号为台糖89-1626。

3 试验数据处理与指标分析

本试验的主要目的是对螺旋输送辊筒的铺开效果进行评定。而对于甘蔗在通道内铺开效果，业内并没有具体的指标，为了真实地评价甘蔗铺开效果的好坏，需要设定一个试验指标。现参考玉米以及大豆等的精量播种统计方法，来推导甘蔗物流在中间输送通道的均匀铺开效果。

2007年11月底，楼继伟第一次以中投董事长身份出访，将中投介绍给国际社会，拜会主要发达国家，汪建熙和中投私募部总监胡冰也都在陪同出访的随行人员中。就在准备从英国去法国之时，汪建熙和胡冰的行程被改变，楼继伟指示两人，立即飞往美国去做投资项目的尽调和谈判。

由于在试验过程中发现甘蔗在喂入时可能会碰到割台、通道壁等，并非是同时经过螺旋输送辊筒，无法直接获得甘蔗的层叠根数。因此，从输送通道正上方观察，经过螺旋输送辊筒后正上方甘蔗投影的根数比之前的甘蔗投影根数增加，说明在经过螺旋输送辊筒之前有层叠的甘蔗，在经过螺旋输送辊筒之后层叠甘蔗被铺开，通过用变异系数公式推导螺旋输送辊筒后的甘蔗投影根数与经过螺旋输送辊筒之前的甘蔗投影根数差异，即

式中w1是衡量螺旋输送辊筒对层叠的甘蔗铺开作用的一个指标；n前为通过螺旋输送辊筒之前的甘蔗投影根数；n后为通过螺旋输送辊筒之后的甘蔗投影

根数；n总为甘蔗的喂入根数。

w1的值越大说明前后甘蔗投影根数差异越大，对层叠甘蔗的铺开作用越明显。

对甘蔗物流中间输送的均匀性进行考察，要得出甘蔗通过螺旋输送辊筒后甘蔗间隙的差异系数，用于评价通过螺旋输送辊筒后甘蔗物流的均匀性。用w2来表示甘蔗之间的间隙值y的差异系数。

w2的值越小，甘蔗之间的间隙值y差异越小，甘蔗的铺开均匀性越好。利用“或”条件合并方法即

最终，将两个差异系数的合集定义为：甘蔗在通道内的铺开率J，作为甘蔗铺开试验的评价指标：

因实际试验中无法在试验装置上直接测量，且考虑到危险因素，图3所示为测量所拍摄视频剪图（其离散程度不变），可以作为测量方法。

图3 测量输送辊筒后甘蔗之间的间隙

4 正交试验结果分析

正交试验因素水平取喂入量A为10根、14根、18根，辊筒转速水平B为100 r/min，140 r/min和180 r/min，辊筒间隙C为15 mm，25 mm和35 mm。

对正交试验进行直观分析，采用重复的试验的平均值进行极差R计算，结果如表1所示，并根据表1画出铺开率的极差图4。

表1 极差R值表

图4 铺开率J极差值分析

由极差图可知，对铺开率J影响的三个因素中，辊筒转速B的极差相比于其他两个因素的极差值相差较大，喂入量A与辊筒间隙C对铺开率J的极差值较小，因此对甘蔗铺开率影响的因素主次关系：B＞A＞C。为了直观的了解各因素在正交试验中对试验指标的影响趋势，可通过因素影响趋势图5来分析。

图5 各因素对铺开率J的影响趋势图

图5表明，铺开率J随喂入量A的增加呈先增加后降低的变化。随螺旋输送辊筒B的增大而降低。随辊筒间隙C的增大而先减小而后增大。

表2 铺开率J的方差分析

利用SPSS软件对正交试验数据进行铺开率J的方差分析，如表2。

对铺开率J的方差分析表2表明，在95%的置信区间因素螺旋输送辊筒速度B对甘蔗的铺开率J影响p值小于0.05，螺旋输送辊筒速度B对甘蔗铺开率J的影响显著。而因素喂入量A、上下辊筒间隙C、交互作用A×B，A×C，B×C对甘蔗的铺开率J均不显著。

5 结论

综合对甘蔗铺开率J的正交试验分析，得出获得最佳铺开率的组合为A2B1C1，考虑到甘蔗的通过性辊筒间隙因素对铺开率J影响不显著，选取C2水平为最佳，因此选取A2B1C2为最佳参数组合即喂入量A为14根，螺旋输送辊筒转速B为100 r/min，辊筒间隙C为25 mm效果最好，此时的铺开率J为82.4%。

[1]傅隆正，蒙艳玫，董振，等.整秆式甘蔗联合收割机整机物流设计与仿真[J].农机化研究，2012（2）：19-23.

[2]罗菊川，区颖刚，刘庆庭，等.整秆式甘蔗联合收获机断蔗尾机构[J].农业机械学报，2013（4）：89-94.

[3]牟向伟，区颖刚，王美美，等.甘蔗叶鞘破坏与剥离方式试验与分析[J].华南农业大学学报，2013（4）：584-588.

[4]解福祥，区颖刚，刘庆庭，等.甘蔗收割机物流虚拟试验[J].农业机械学报，2010（S1）：90-94.

[5]刘庆庭，莫建霖，区颖刚，等.我国整秆与切段2种甘蔗收获方式发展历程与前景分析[J].甘蔗糖业，2013（6）：45-55.

[6]冯加模.HN 4GDL-91甘蔗收获机喂入输送装置的设计与试验[D].广州：华南农业大学，2013.

公益性行业（农业）科研专项经费项目“甘蔗全程机械化生产技术与装备开发（201003009）”；“十二五”农村领域国家科技计划课题（2011BAD20B05）；国家国际科技合作项目：甘蔗生产全程机械化关键技术装备试验研究（2011DFB70350）；国家甘蔗产业技术体系（CARS-20-4-1）资助。

常浩涛（1988-），男，华南农业大学硕士研究生，研究方向为农业机械化工程。

※通讯作者：杨丹彤（1970-），男，华南农业大学副教授，主要从事农业机械设计与推广。