整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的改進(jìn)及試驗(yàn)

整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的改進(jìn)及試驗(yàn)

0原料蔗雜率高,影響甘蔗機(jī)械化收獲糖工業(yè)是中國西南部、廣東省西部、云南省南部和海南省的主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。其主要原料甘蔗的種植面積中國位居世界第3位,僅次于巴西、印度等國。目前,國外產(chǎn)糖大國如澳大利亞、美國、巴西等甘蔗生產(chǎn)基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè),即從甘蔗種植到收獲都是機(jī)械化管理。國內(nèi)糖廠和蔗農(nóng)采用整桿式聯(lián)合收獲機(jī)收獲時(shí),原料蔗夾雜物(含雜率)過高,嚴(yán)重制約了中國甘蔗收獲機(jī)械化的推廣應(yīng)用。同時(shí),阻礙中國蔗糖業(yè)在國際上的競爭力。受中國甘蔗種植地區(qū)地形、種植模式、糖廠制糖工藝等因素的影響,中國甘蔗機(jī)械化收獲在一段時(shí)間內(nèi)還將以整稈式為主。在一些蔗區(qū)的示范或試驗(yàn)結(jié)果表明,整稈式甘蔗聯(lián)合收割機(jī)無法達(dá)到較高剝凈率,收獲的原料蔗夾雜物多,含雜率高達(dá)7%~10%,國內(nèi)制糖業(yè)對(duì)機(jī)械化收獲后的原料蔗含雜率有嚴(yán)格的要求,含雜率不得超過5.0%,對(duì)人工砍蔗的原料甘蔗含雜率一般不得超過1.0%。由于這些本身不含蔗糖的夾雜物在制糖過程吸收部分蔗糖隨廢液和廢物排出,造成蔗糖損失,降低出糖率;同時(shí)還以原料蔗價(jià)格支付夾雜物部分的蔗款及運(yùn)輸費(fèi)用,增加了原料成本。因此,制糖企業(yè)難以接受夾雜物過多的原料蔗,這就給甘蔗收獲機(jī)械化推廣應(yīng)用帶來了很大的障礙,原料蔗夾雜物含量過高成為制約甘蔗機(jī)械化收獲的主要原因之一。減少機(jī)械化收獲原料蔗夾雜物含量,提高原料蔗質(zhì)量,成為實(shí)現(xiàn)甘蔗收獲機(jī)械化的關(guān)鍵。整稈式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)含雜率高的原因如下:在整桿式甘蔗聯(lián)合收獲中,各工序結(jié)構(gòu)沒有很好地解決自身工序中的含雜率,導(dǎo)致工序含雜率的疊加,最終使收獲后的原料蔗含雜率過高;中國蔗區(qū)的自然因素與種植模式。一方面,中國甘蔗種植地區(qū)以丘陵、山地為主,生長環(huán)境惡劣,基礎(chǔ)設(shè)施條件差,影響了甘蔗的生長,帶來甘蔗生長矮小,倒伏現(xiàn)象嚴(yán)重。采用機(jī)械化收獲時(shí)的切割、剝?nèi)~等工序很難做到低含雜率;另一方面,受現(xiàn)行農(nóng)村土地管理制度的制約,以廣西為例,廣西戶均甘蔗種植面積0.4hm2,甘蔗生產(chǎn)中普遍采用90~100cm行距種植,溝寬20cm左右雙行條植模式,這種行距種植后的甘蔗根系不發(fā)達(dá),后期容易倒伏,不適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)要求,這就給機(jī)械化收獲帶來不利,勢(shì)必會(huì)增加收獲時(shí)的含雜率。整桿式聯(lián)合收獲機(jī)要求甘蔗行距為110~140cm,這樣行距種植的甘蔗不僅利于蔗地通風(fēng)透光,降低蔗地濕度,防止氣生根產(chǎn)生,而且也利于中耕培土等機(jī)械化田間管理,防止后期甘蔗倒伏,提高收獲機(jī)械化作業(yè)的工作質(zhì)量和效率。本文從整稈式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)工序出發(fā),對(duì)整桿式甘蔗收獲過程中的除梢、切割、輸送、剝?nèi)~、斷尾等裝置進(jìn)行改進(jìn),并在改進(jìn)的機(jī)型上增加蔗葉分離裝置。本文中整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的改進(jìn)及試驗(yàn),對(duì)整桿式甘蔗聯(lián)合收獲技術(shù)的推廣具有重要意義。1整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的改進(jìn)及完善在中國甘蔗種植模式和種植地區(qū)已定的情況下,根據(jù)甘蔗品種(系)的實(shí)際情況。本文對(duì)浙江三佳生產(chǎn)的SJ-1600型整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)工作時(shí)存在含雜率高的問題上進(jìn)行局部改進(jìn)和優(yōu)化,并增加蔗葉分離裝置。通過對(duì)收獲過程中各工序裝置的改進(jìn)和優(yōu)化,使其在收獲作業(yè)中減少原料蔗夾雜物,提高原料蔗質(zhì)量,滿足糖廠對(duì)機(jī)械化收獲時(shí)原料蔗的進(jìn)廠要求。1.1割茬、割盤,能實(shí)現(xiàn)甘蔗的回收方式切割裝置直接影響收獲機(jī)的總損失率、宿根破頭率、含雜率等主要性能指標(biāo)和工作可靠性。采用雙圓盤切割機(jī)構(gòu)可降低甘蔗機(jī)械化收獲時(shí)的甘蔗破頭率、割茬損失率。雙圓盤刀將甘蔗切斷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、支撐托起作用下及旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的帶動(dòng)下將蔗稈傳送到通道內(nèi),不會(huì)出現(xiàn)因甘蔗倒伏被隨后轉(zhuǎn)動(dòng)而來的刀片再切一刀乃至多刀的現(xiàn)象,減少破頭率。同時(shí)保證割茬不出現(xiàn)撕裂宿根的現(xiàn)象,從而保證了宿根來年發(fā)芽。切割后的蔗根整齊,攜帶泥土少,從而減少含雜率,增加甘蔗加工時(shí)的出糖率。如圖1所示為雙圓盤切割裝置。為保護(hù)好宿根以免其破壞影響來年的發(fā)芽,聯(lián)合收獲機(jī)收獲作業(yè)時(shí)對(duì)甘蔗的割茬和切割高度有相應(yīng)的要求。蔗農(nóng)對(duì)切割高度的要求通常以北回歸線為界,以北地區(qū)的宿根要低于地壟表面1~2cm,這可以防止霜凍凍壞宿根,保證宿根來年的發(fā)芽;以南地區(qū)的宿根高于地壟表面1~2cm,這樣便于機(jī)械化收獲。宿根切割過高,縮短了蔗莖長度,降低了甘蔗的出糖率;過低導(dǎo)致割刀與泥土接觸,加速割刀鈍化且致使泥土附著于蔗莖上,增加了甘蔗的含雜率,不利于機(jī)械化收獲的推廣。通過試驗(yàn)得到,收獲時(shí)割臺(tái)提升油缸帶動(dòng)割臺(tái)總成的高度,當(dāng)割臺(tái)總成中的割刀與蔗壟面成12°時(shí),割臺(tái)損失和割茬損失最低。此時(shí)既能保證甘蔗順利地進(jìn)入剝?nèi)~通道又能確保宿根的高度和發(fā)芽率,同時(shí)減少泥土帶入通道內(nèi)。如圖2所示。1.2改進(jìn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)整稈式甘蔗聯(lián)合收割機(jī)的核心技術(shù)是剝?nèi)~,合理的剝?nèi)~元件是解決甘蔗剝凈率的關(guān)鍵。國內(nèi)由于甘蔗種植情況與日本相似,幾年前引進(jìn)吸收日本的甘蔗剝?nèi)~技術(shù),研制出了國產(chǎn)樣機(jī),但仍得不到中國制糖企業(yè)的接受和認(rèn)可,蔗農(nóng)也就無法應(yīng)用。整桿式收獲機(jī)通道內(nèi)的剝?nèi)~元件須能正常、持久地工作,且有剝?nèi)~徹底,不傷蔗莖的特性。原有結(jié)構(gòu)通道內(nèi)上面安裝剝?nèi)~輪,下面安裝輸送輪。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)為通道上、下面都安裝剝?nèi)~輪,在剝?nèi)~輪圓周上等角度排列6組剝?nèi)~元件,每個(gè)剝?nèi)~輪上固定柔性的剝?nèi)~元件,如圖3所示。通道內(nèi)上面3個(gè)剝?nèi)~輪中的剝?nèi)~元件與下面3個(gè)剝?nèi)~輪中的剝?nèi)~元件形成嚙合,其嚙合示意圖如圖4所示?？车购蟮母收嵩谶M(jìn)入通道內(nèi)的兩剝?nèi)~輪之間時(shí),兩剝?nèi)~輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)上下剝?nèi)~元件對(duì)甘蔗進(jìn)行剝?nèi)~。此時(shí)上下剝?nèi)~輪固定的剝?nèi)~元件相互嚙合,嚙合長度要等于或略大于甘蔗直徑,這可保證嚙合時(shí)甘蔗剝?nèi)~徹底。甘蔗直徑均值為26.88mm,此時(shí)剝?nèi)~元件的嚙合長度正好為甘蔗直徑。剝?nèi)~輪上固定的剝?nèi)~元件要求嚙合剝?nèi)~時(shí)不傷甘蔗且剝?nèi)~徹底、耐用,在甘蔗榨季內(nèi)如需更換,應(yīng)方便快捷。剝?nèi)~元件采用內(nèi)嵌有彈性鋼絲的橡膠制成的整體式結(jié)構(gòu),充分利用橡膠的耐磨性既保證剝?nèi)~時(shí)的柔韌性,又確保凸起部分不宜折斷。1.3聯(lián)合除梢、剝?nèi)~甘蔗中的蔗梢部分含糖量低,榨糖后作為蔗渣排出時(shí)帶走部分糖分,同時(shí)增加了甘蔗收購與加工成本。切梢裝置與通道末端裝有的鋸齒結(jié)構(gòu)的斷梢輪一起聯(lián)合除梢,使甘蔗生長點(diǎn)以下15cm(蔗梢)徹底與蔗莖分離。甘蔗在生長過程中會(huì)出現(xiàn)生長高度不一致的現(xiàn)象,作業(yè)時(shí)安裝于收獲機(jī)前部的切梢裝置先切除甘蔗的蔗梢,此時(shí)蔗梢部分并沒有完全去除。切梢后的甘蔗進(jìn)入通道內(nèi)進(jìn)行剝?nèi)~。通道的尾部裝有鋸齒狀的斷梢輪,剝?nèi)~后的甘蔗在經(jīng)通道內(nèi)輸出輪輸出時(shí),甘蔗中蔗梢以下到第一個(gè)蔗節(jié)的部分經(jīng)過斷尾輪后將去除徹底。這樣經(jīng)過2道工序處理后的蔗梢部分將被切除,滿足糖廠對(duì)原料蔗斷稍的要求。1.4增設(shè)蔗葉分離裝置通道內(nèi)出來的甘蔗經(jīng)剝?nèi)~、斷尾后蔗莖和蔗葉雖已分離,但有時(shí)還會(huì)附著在一起,下雨天時(shí)這種現(xiàn)象更加明顯。通過增加安裝在通道出口處的蔗葉分離裝置,將排出來的蔗莖與蔗葉通過風(fēng)力的作用分開,進(jìn)一步降低原料蔗含雜率,達(dá)到進(jìn)廠開榨要求。蔗葉分離裝置采用軸流式風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速要求達(dá)到1400r/min以上,功率要求在55kW左右。吹落后的蔗葉均勻鋪放在收割后的甘蔗地內(nèi),既做到蔗葉還田又可以保溫宿根,蔗莖收集后送往糖廠進(jìn)行榨糖。2試驗(yàn)和結(jié)果分析2.1丹下來測試和結(jié)果分析2.1.1試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備為驗(yàn)證改進(jìn)后機(jī)型的各項(xiàng)性能指標(biāo),滿足糖廠對(duì)原料蔗的進(jìn)廠要求。試驗(yàn)選用改進(jìn)前后2種機(jī)型進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)方法主要參照J(rèn)B/T6275-2007《甘蔗收獲機(jī)械試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。改進(jìn)前機(jī)型于2010年8月31日在廣西自治區(qū)南寧市九曲灣農(nóng)場內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。天氣為下雨過后,甘蔗葉帶水。測試依托廣西壯族自治區(qū)農(nóng)機(jī)鑒定站進(jìn)行。改進(jìn)后機(jī)型于2010年11月26日在廣西自治區(qū)來賓市武宣縣黔江農(nóng)場蔗區(qū)內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn),天氣為下雨過后,甘蔗葉帶水。自治區(qū)農(nóng)機(jī)鑒定站對(duì)該機(jī)性能進(jìn)行了鑒定檢測。2.1.2推動(dòng)甘蔗的切割、剝凈率和含雜率當(dāng)收獲機(jī)輸送輪轉(zhuǎn)速為280r/min,剝?nèi)~輪轉(zhuǎn)速為750r/min時(shí),進(jìn)行試驗(yàn)。改進(jìn)前后試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1改進(jìn)后機(jī)型切割臺(tái)高度合格率100%,宿根破頭率3.7%;改進(jìn)前切割高度合格率93.7%,宿根破頭率23.6%。改進(jìn)后宿根破頭率降低了將近20%,雙圓盤切割機(jī)構(gòu)用于甘蔗的切割是完全可行的。改進(jìn)后割臺(tái)損失率1.5%,割茬損失率0,蔗梢損失率0.5%,總損失率為2%;改進(jìn)前割臺(tái)損失率4.34%,割茬損失率0.61%,蔗梢損失率0.94%,總損失率為5.94%。確定的切割裝置和割刀角度適應(yīng)機(jī)械化收獲,滿足蔗農(nóng)對(duì)機(jī)械化收獲時(shí)的實(shí)際生產(chǎn)要求。改進(jìn)后未剝凈率5.2%,比改進(jìn)前降低了49%。較理想值4%略有偏低,主要是原因是收獲時(shí)為雨后,此時(shí)蔗葉相對(duì)韌性較大,通道內(nèi)剝?nèi)~元件表面帶水,給通道內(nèi)甘蔗剝?nèi)~帶來一定的困難。改進(jìn)后樣機(jī)的含雜率4.0%。由于雨后土地松軟,部分甘蔗扎根不老且剝下的蔗葉隨雨水依附在蔗莖上,致使甘蔗未剝凈率有所偏高,最終導(dǎo)致蔗莖含雜率偏高。但也符合糖廠對(duì)機(jī)械化收獲甘蔗的接受要求。2.2葉片提取元件的最佳效果測試2.2.1葉片分離元件測試SJ-1600改進(jìn)機(jī)型于2010年11月26日在廣西自治區(qū)來賓市武宣縣黔江農(nóng)場進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)甘蔗品種新臺(tái)糖22號(hào)田間試驗(yàn)得出。2.2.2割臺(tái)內(nèi)的輸送輪轉(zhuǎn)速對(duì)甘蔗剝凈率的影響當(dāng)收獲機(jī)輸送輪轉(zhuǎn)速為280r/min,剝?nèi)~輪轉(zhuǎn)速為750r/min時(shí),通道內(nèi)的甘蔗剝凈率最好。其它情況下的轉(zhuǎn)速剝?nèi)~效果都不理想,如表2所示。在通道內(nèi)剝?nèi)~元件效果最佳的情況下,甘蔗剝凈率還取決于割臺(tái)內(nèi)的輸送輪轉(zhuǎn)速與通道內(nèi)的剝?nèi)~輪轉(zhuǎn)速的相對(duì)值。割臺(tái)內(nèi)的輸送轉(zhuǎn)速既要保證通道內(nèi)的甘蔗不因轉(zhuǎn)速過慢而出現(xiàn)堵塞;又要保證甘蔗在通道內(nèi)不因轉(zhuǎn)速過快而使剝?nèi)~不徹底。由于不同品種(系)的甘蔗物理特性不同,蔗葉與蔗莖分離所需求的輸入轉(zhuǎn)速和剝?nèi)~轉(zhuǎn)速的也不同,可通過調(diào)節(jié)液壓支路分流閥流量進(jìn)而調(diào)節(jié)輸入輪馬達(dá)轉(zhuǎn)速和剝?nèi)~輪馬達(dá)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)最佳剝凈率效果。3提高含雜率的裝置1)對(duì)整稈式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的割臺(tái)裝置進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后甘蔗切割高度合格率為100%,宿根破頭率降低了19.7%,割臺(tái)損失率降低了2.84%。收獲