两种甘蔗切割器对甘蔗破头率影响的力学分析-【新闻】

甘蔗是我国重要的经济作物之一。但我国甘蔗生产技术比较落后，生产效率低，生产成本高，采用机械化生产是降低甘蔗生产成本的关键所在，机械化收获技术是制约甘蔗生产全程机械化的一个瓶颈2.目前，甘蔗收获机存在割茬不齐、破头率高和切割损失大的缺陷，严重影响其性能和推广应用0.甘蔗机械化收获中主要完成的任务是切割，它对甘蔗损失和宿根质量有直接的关系，影响到甘蔗第2年的发芽及生长情况n刀=d/AA'C'=n+m，仍然由n和m确定，与单圆盘切割器也是相同的。

3单圆盘切割器切割甘蔗的受力分析甘蔗茎秆受到刀片切割时，受力如所示。将作用在刀刃楔面上的力N沿x方向（刀片运动方向）和y方向（垂直x向下）分解，并把x方向的力合并入61，62，得到作用在刀片上的切割力为心1，心2?下刀面和上刀面上受到的摩擦力。

考虑到随着切削厚度a、切削深度b变化的规律基本一致，且从开始切入至切到甘蔗茎秆半径时摩擦力较小，将4项合并到一起来研究，式子可简化为3.1前进速度和圆盘转速对单圆盘破头率的影响在不同试验条件下，破头率随着前进速度的增大而增大。其原因是：机车前进速度大，刀片切割甘蔗时，前推甘蔗速度大，使得甘蔗破裂，破头率增加；与之相反，破头率随刀盘转速的增大而减小，其原因是：由于刀盘转速高时，刀片线速度大，刀片切割甘蔗速度大，甘蔗易被切断，破头率减小。综合结果为：破头率随速比k（机车前进速度与圆盘转速的比值）的减小而减小。

3.2刀片刃角和刀盘倾角对单圆盘破头率的影响单圆盘切割器的破头率先随刃角的增大而减小，之后又随刃角的增大而增大。其原因可从切割瞬间刀刃楔面的受力情况进行分析，刀刃楔面受到甘蔗对它的水平阻力F可分解为沿刀刃法向的挤压力N和刀刃切向的摩擦阻力T，如所示。

小，但在两者综合作用下甘蔗也易破头。研究结果表明，取刃角为15左右时破头率最小6-7. 3.3刀片切割角大小对单圆盘破头率的影响当刀片切割角较小或较大时，破头率小，其原因是切割角小时，切割力大，切割速度大，有利于克服切割瞬间甘蔗纤维的阻力，减小破头率；而切割角大时，切割力小，切割速度小，也有利于减小破头率。切割角为36~39时，破头率最大，应尽量避免切割角在这一范围。

4双圆盘切割器切割甘蔗的受力分析双圆盘切割甘蔗主要有刀片横向正切、刀片斜向下切和刀片斜向上切3种方式。其中，刀片横向正切所受到的切割阻力最大。根据刀片切割甘蔗方向的不同，其受力分析如所示。

当横向正切切割甘蔗时，甘蔗主要是由切割力F的作用切断，由于甘蔗是各向异性材料，横向正切受力最大，甘蔗容易出现破裂；当斜向下切或斜向上切甘蔗时，由于刀片运动平面与水平面成一定的夹角（即圆盘倾角），甘蔗受到的切割力F可分解为与刀刃线方向平行的力Ft和与刀刃线方向垂直的力代，力Ft对切割各向异性材料有利，且使得刀片切入甘蔗的实际楔角小于刀片横向正切时的楔角08，提高甘蔗切割的质量。4.1前进速度和圆盘转速对破头率的影响通过刀片顶点上的一点P在某一瞬时的运动速度来进行分析，如所示。点P在水平方向上有一前进速度Vm，在切向方向有一旋转线速度VR（VR =R.），合速度为V，合速度与线速度间的夹角为乙VrPV.当前进速度增大到V、线速度减小到Vr'、合速度为V'时，则夹角相应为乙Vr'P'V'.从可看出，乙Vr'P'V'>VrPV，V'的方向偏向水平方向，使得刀片在线速度方向上的切割力减小，水平方向上V/的增大，也削弱了线速度方向上的切割力，同时使刀刃顶部作用于甘蔗的水平推力增大，有推断甘蔗的趋势，不利于甘蔗的切断，易使甘蔗破裂，破头率增大。

因此，可推断破头率随前进速度的增大、圆盘转速的减小有增大的趋势。研究表明，双圆盘切割器的破头率与速比呈开口向下的抛物线关系，在速度比约为31时，破头率达到最大值，而后随着速比的继续增加，破头率又降低。

近90.时，横向切割力Ft达到最大，正向切割力Fn趋于0，此时刀片呈现完全滑切状态，切割阻力最小，有利于刀片切断甘蔗，但Ft达到最大值时，对甘蔗产生的附加扭矩增大，也易使甘蔗破裂，破头率增大。因此，得出甘蔗的破头率随切割角的增大而增大，切割角取较小为宜，一般取10.~25°。

5结论通过对单圆盘、双圆盘两种甘蔗切割器刀片的运动分析，得出刀片上同一点的运动情况是相同的，且它们的不漏割条件相同。不同之处在于：双圆盘有两个刀盘参与切割，可使得在一个刀盘上出现漏割的甘蔗被另一个刀盘上的刀片所切割，一般不会发生甘蔗漏割的现象，体现了双圆盘不漏割的优越性，但漏割的甘蔗破头率会增加。单圆盘只与运动参数有关，而双圆盘与刀片间隔角yS和刀盘倾角有关。

通过对两种圆盘切割器的动力学分析，可得出它们的共同点为速比小、刀片切割角小和刀盘倾角较小时破头率小，但双圆盘具有更大的优越性。不同点为：单圆盘的破头率与刃角呈抛物线关系，先随刀片刃角的增大而减小，后又随刃角的增大而增大；双圆盘的破头率与刃角呈线性关系，在刀片刃角小时获得较小的破头率，单圆盘在刀片切割角较大时破头率也小。因此，刀片刃角较大和刀片切割角大时选单圆盘较好。

在实际的甘蔗收割中，存在田间土壤地形、切割器的材料等因素对切割器的影响，在实际应用中应综合考虑多影响的因素。目前，对切割甘蔗的受力分析还停留在定性分析的阶段，还有待于用定量和数据分析的方法来研究对甘蔗破头率的影响。

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