整杆式甘蔗联合收获机的改进及试验

整杆式甘蔗联合收获机的改进及试验

0原料蔗杂率高,影响甘蔗机械化收获糖工业是中国西南部、广东省西部、云南省南部和海南省的主要经济产业。其主要原料甘蔗的种植面积中国位居世界第3位,仅次于巴西、印度等国。目前,国外产糖大国如澳大利亚、美国、巴西等甘蔗生产基本上实现了机械化作业,即从甘蔗种植到收获都是机械化管理。国内糖厂和蔗农采用整杆式联合收获机收获时,原料蔗夹杂物(含杂率)过高,严重制约了中国甘蔗收获机械化的推广应用。同时,阻碍中国蔗糖业在国际上的竞争力。受中国甘蔗种植地区地形、种植模式、糖厂制糖工艺等因素的影响,中国甘蔗机械化收获在一段时间内还将以整秆式为主。在一些蔗区的示范或试验结果表明,整秆式甘蔗联合收割机无法达到较高剥净率,收获的原料蔗夹杂物多,含杂率高达7%~10%,国内制糖业对机械化收获后的原料蔗含杂率有严格的要求,含杂率不得超过5.0%,对人工砍蔗的原料甘蔗含杂率一般不得超过1.0%。由于这些本身不含蔗糖的夹杂物在制糖过程吸收部分蔗糖随废液和废物排出,造成蔗糖损失,降低出糖率;同时还以原料蔗价格支付夹杂物部分的蔗款及运输费用,增加了原料成本。因此,制糖企业难以接受夹杂物过多的原料蔗,这就给甘蔗收获机械化推广应用带来了很大的障碍,原料蔗夹杂物含量过高成为制约甘蔗机械化收获的主要原因之一。减少机械化收获原料蔗夹杂物含量,提高原料蔗质量,成为实现甘蔗收获机械化的关键。整秆式甘蔗联合收获机含杂率高的原因如下:在整杆式甘蔗联合收获中,各工序结构没有很好地解决自身工序中的含杂率,导致工序含杂率的叠加,最终使收获后的原料蔗含杂率过高;中国蔗区的自然因素与种植模式。一方面,中国甘蔗种植地区以丘陵、山地为主,生长环境恶劣,基础设施条件差,影响了甘蔗的生长,带来甘蔗生长矮小,倒伏现象严重。采用机械化收获时的切割、剥叶等工序很难做到低含杂率;另一方面,受现行农村土地管理制度的制约,以广西为例,广西户均甘蔗种植面积0.4hm2,甘蔗生产中普遍采用90~100cm行距种植,沟宽20cm左右双行条植模式,这种行距种植后的甘蔗根系不发达,后期容易倒伏,不适应机械化作业要求,这就给机械化收获带来不利,势必会增加收获时的含杂率。整杆式联合收获机要求甘蔗行距为110~140cm,这样行距种植的甘蔗不仅利于蔗地通风透光,降低蔗地湿度,防止气生根产生,而且也利于中耕培土等机械化田间管理,防止后期甘蔗倒伏,提高收获机械化作业的工作质量和效率。本文从整秆式甘蔗联合收获机的作业工序出发,对整杆式甘蔗收获过程中的除梢、切割、输送、剥叶、断尾等装置进行改进,并在改进的机型上增加蔗叶分离装置。本文中整杆式甘蔗联合收获机的改进及试验,对整杆式甘蔗联合收获技术的推广具有重要意义。1整杆式甘蔗联合收获机的改进及完善在中国甘蔗种植模式和种植地区已定的情况下,根据甘蔗品种(系)的实际情况。本文对浙江三佳生产的SJ-1600型整杆式甘蔗联合收获机工作时存在含杂率高的问题上进行局部改进和优化,并增加蔗叶分离装置。通过对收获过程中各工序装置的改进和优化,使其在收获作业中减少原料蔗夹杂物,提高原料蔗质量,满足糖厂对机械化收获时原料蔗的进厂要求。1.1割茬、割盘,能实现甘蔗的回收方式切割装置直接影响收获机的总损失率、宿根破头率、含杂率等主要性能指标和工作可靠性。采用双圆盘切割机构可降低甘蔗机械化收获时的甘蔗破头率、割茬损失率。双圆盘刀将甘蔗切断后使其倒伏在扶接板上,切倒后的甘蔗在扇形板和扶接板的扶接、支撑托起作用下及旋转动力的带动下将蔗秆传送到通道内,不会出现因甘蔗倒伏被随后转动而来的刀片再切一刀乃至多刀的现象,减少破头率。同时保证割茬不出现撕裂宿根的现象,从而保证了宿根来年发芽。切割后的蔗根整齐,携带泥土少,从而减少含杂率,增加甘蔗加工时的出糖率。如图1所示为双圆盘切割装置。为保护好宿根以免其破坏影响来年的发芽,联合收获机收获作业时对甘蔗的割茬和切割高度有相应的要求。蔗农对切割高度的要求通常以北回归线为界,以北地区的宿根要低于地垄表面1~2cm,这可以防止霜冻冻坏宿根,保证宿根来年的发芽;以南地区的宿根高于地垄表面1~2cm,这样便于机械化收获。宿根切割过高,缩短了蔗茎长度,降低了甘蔗的出糖率;过低导致割刀与泥土接触,加速割刀钝化且致使泥土附着于蔗茎上,增加了甘蔗的含杂率,不利于机械化收获的推广。通过试验得到,收获时割台提升油缸带动割台总成的高度,当割台总成中的割刀与蔗垄面成12°时,割台损失和割茬损失最低。此时既能保证甘蔗顺利地进入剥叶通道又能确保宿根的高度和发芽率,同时减少泥土带入通道内。如图2所示。1.2改进的结构特点整秆式甘蔗联合收割机的核心技术是剥叶,合理的剥叶元件是解决甘蔗剥净率的关键。国内由于甘蔗种植情况与日本相似,几年前引进吸收日本的甘蔗剥叶技术,研制出了国产样机,但仍得不到中国制糖企业的接受和认可,蔗农也就无法应用。整杆式收获机通道内的剥叶元件须能正常、持久地工作,且有剥叶彻底,不伤蔗茎的特性。原有结构通道内上面安装剥叶轮,下面安装输送轮。改进后的结构为通道上、下面都安装剥叶轮,在剥叶轮圆周上等角度排列6组剥叶元件,每个剥叶轮上固定柔性的剥叶元件,如图3所示。通道内上面3个剥叶轮中的剥叶元件与下面3个剥叶轮中的剥叶元件形成啮合,其啮合示意图如图4所示。砍倒后的甘蔗在进入通道内的两剥叶轮之间时,两剥叶轮转动带动上下剥叶元件对甘蔗进行剥叶。此时上下剥叶轮固定的剥叶元件相互啮合,啮合长度要等于或略大于甘蔗直径,这可保证啮合时甘蔗剥叶彻底。甘蔗直径均值为26.88mm,此时剥叶元件的啮合长度正好为甘蔗直径。剥叶轮上固定的剥叶元件要求啮合剥叶时不伤甘蔗且剥叶彻底、耐用,在甘蔗榨季内如需更换,应方便快捷。剥叶元件采用内嵌有弹性钢丝的橡胶制成的整体式结构,充分利用橡胶的耐磨性既保证剥叶时的柔韧性,又确保凸起部分不宜折断。1.3联合除梢、剥叶甘蔗中的蔗梢部分含糖量低,榨糖后作为蔗渣排出时带走部分糖分,同时增加了甘蔗收购与加工成本。切梢装置与通道末端装有的锯齿结构的断梢轮一起联合除梢,使甘蔗生长点以下15cm(蔗梢)彻底与蔗茎分离。甘蔗在生长过程中会出现生长高度不一致的现象,作业时安装于收获机前部的切梢装置先切除甘蔗的蔗梢,此时蔗梢部分并没有完全去除。切梢后的甘蔗进入通道内进行剥叶。通道的尾部装有锯齿状的断梢轮,剥叶后的甘蔗在经通道内输出轮输出时,甘蔗中蔗梢以下到第一个蔗节的部分经过断尾轮后将去除彻底。这样经过2道工序处理后的蔗梢部分将被切除,满足糖厂对原料蔗断稍的要求。1.4增设蔗叶分离装置通道内出来的甘蔗经剥叶、断尾后蔗茎和蔗叶虽已分离,但有时还会附着在一起,下雨天时这种现象更加明显。通过增加安装在通道出口处的蔗叶分离装置,将排出来的蔗茎与蔗叶通过风力的作用分开,进一步降低原料蔗含杂率,达到进厂开榨要求。蔗叶分离装置采用轴流式风机,风机转速要求达到1400r/min以上,功率要求在55kW左右。吹落后的蔗叶均匀铺放在收割后的甘蔗地内,既做到蔗叶还田又可以保温宿根,蔗茎收集后送往糖厂进行榨糖。2试验和结果分析2.1丹下来测试和结果分析2.1.1试验方法和试验设备为验证改进后机型的各项性能指标,满足糖厂对原料蔗的进厂要求。试验选用改进前后2种机型进行对比试验。试验方法主要参照JB/T6275-2007《甘蔗收获机械试验方法》标准规定进行。改进前机型于2010年8月31日在广西自治区南宁市九曲湾农场内进行试验。天气为下雨过后,甘蔗叶带水。测试依托广西壮族自治区农机鉴定站进行。改进后机型于2010年11月26日在广西自治区来宾市武宣县黔江农场蔗区内进行了试验,天气为下雨过后,甘蔗叶带水。自治区农机鉴定站对该机性能进行了鉴定检测。2.1.2推动甘蔗的切割、剥净率和含杂率当收获机输送轮转速为280r/min,剥叶轮转速为750r/min时,进行试验。改进前后试验结果数据如表1改进后机型切割台高度合格率100%,宿根破头率3.7%;改进前切割高度合格率93.7%,宿根破头率23.6%。改进后宿根破头率降低了将近20%,双圆盘切割机构用于甘蔗的切割是完全可行的。改进后割台损失率1.5%,割茬损失率0,蔗梢损失率0.5%,总损失率为2%;改进前割台损失率4.34%,割茬损失率0.61%,蔗梢损失率0.94%,总损失率为5.94%。确定的切割装置和割刀角度适应机械化收获,满足蔗农对机械化收获时的实际生产要求。改进后未剥净率5.2%,比改进前降低了49%。较理想值4%略有偏低,主要是原因是收获时为雨后,此时蔗叶相对韧性较大,通道内剥叶元件表面带水,给通道内甘蔗剥叶带来一定的困难。改进后样机的含杂率4.0%。由于雨后土地松软,部分甘蔗扎根不老且剥下的蔗叶随雨水依附在蔗茎上,致使甘蔗未剥净率有所偏高,最终导致蔗茎含杂率偏高。但也符合糖厂对机械化收获甘蔗的接受要求。2.2叶片提取元件的最佳效果测试2.2.1叶片分离元件测试SJ-1600改进机型于2010年11月26日在广西自治区来宾市武宣县黔江农场进行试验。对甘蔗品种新台糖22号田间试验得出。2.2.2割台内的输送轮转速对甘蔗剥净率的影响当收获机输送轮转速为280r/min,剥叶轮转速为750r/min时,通道内的甘蔗剥净率最好。其它情况下的转速剥叶效果都不理想,如表2所示。在通道内剥叶元件效果最佳的情况下,甘蔗剥净率还取决于割台内的输送轮转速与通道内的剥叶轮转速的相对值。割台内的输送转速既要保证通道内的甘蔗不因转速过慢而出现堵塞;又要保证甘蔗在通道内不因转速过快而使剥叶不彻底。由于不同品种(系)的甘蔗物理特性不同,蔗叶与蔗茎分离所需求的输入转速和剥叶转速的也不同,可通过调节液压支路分流阀流量进而调节输入轮马达转速和剥叶轮马达转速,实现最佳剥净率效果。3提高含杂率的装置1)对整秆式甘蔗联合收获机的割台装置进行改进,改进后甘蔗切割高度合格率为100%,宿根破头率降低了19.7%,割台损失率降低了2.84%。收获