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工农业论文

我国生产剥叶机或剥叶装置的剥叶原理

我国生产的剥叶机或剥叶装置的剥叶原理一般采用离心冲击摩擦。主要型号包括云马汉生HS260秸秆甘蔗收割机、广西来宾农业机械化技术推广站开发的6BZ-华南农业大学研制的1型和4ZBQ-9型等。

1.离心冲击摩擦剥叶机原理

离心冲击摩擦剥叶机主要由输入辊、第一级剥叶辊、第二级剥叶辊和输出辊组成。工作时,剥叶辊高速旋转,安装在剥叶辊上的剥叶元件对甘蔗进行打击、挤压和摩擦,使蔗叶脱落。早期研究发现,剥叶过程由三个阶段组成:接触压缩阶段、弯曲变形阶段和脱叶阶段。我国糖厂对甘蔗收获质量有严格的要求。根据GB/T10498-根据89个标准,甘蔗扣杂物的范围(包括叶梢、须根、尖头、泥沙等)不得超过0.8%。这就要求剥叶机尽量降低未剥净率,提高蔗茎合格率。影响剥叶机剥叶效果的因素主要包括剥叶元件的夹紧方式、剥叶辊的转速、上下剥叶元件的交错深度和剥叶元件的排数。近年来,国内一些高校和科研机构进行了大量的实验研究,主要通过数学统计分析、数学建模和计算机优化,探讨了影响因素与剥叶效果的关系,取得了一定的成果。

2.剥叶元件的材料和夹紧方法对剥叶质量的影响

叶片元件是甘蔗剥叶机的核心部件,其对甘蔗茎的打击直接影响剥叶效果,其根部的应力也决定了剥叶元件的工作寿命。在保证剥叶元件对蔗茎有足够的打击力的前提下,应尽量减少剥叶元件根部的应力,延长其工作寿命。首先,对剥叶元件的材料有一定的要求,目前常用的材料有钢丝绳或胶指。初步研究表明,钢丝绳剥叶元件韧性差,对甘蔗损伤大,易产生疲劳断裂。胶指材料柔软,甘蔗损伤程度低,但元件易磨损。两种材料都难以解决剥叶效果与剥叶元件工作寿命之间的矛盾,而聚合物材料具有优异的强度、韧性和耐磨性。疲劳试验证明,在相同工况下,高分子材料剥叶元件的疲劳寿命比钢丝绳剥叶元件高出近40%,比胶指材料剥叶元件高出近30%。因此,选用高分子材料作为剥叶元件是合适的。2001年,广西大学苏文桂等人通过实验对比分析优化,采用以下方案:剥叶元件与剥叶辊之间的夹紧螺旋角为30°,每组12排剥叶元件。该方案证明,非直线剥叶元件的排列可以提高甘蔗剥叶机的剥叶效果。剥叶元件前角除了夹紧螺旋角外,还会对剥叶效果产生影响。2003年,广西大学蒙艳梅等人采用数值模拟正交试验方法得出结论:在其他条件下(即剥叶元件长125mm,夹紧螺旋角20°,夹紧排数为3,交错深度为4mm),前角是对应力影响最大的因素。负前角能有效降低剥叶元件的根部应力,但剥叶效果较差;当前角处于正值时,根部应力过大,元件容易断裂。综合考虑,前角0°[7]。

3.剥叶辊转速和交错深度对剥叶效果的影响

剥叶辊转速直接影响剥叶效果、剥叶效率和剥叶元件的使用寿命。根据经验,剥叶机工作时,当剥叶元件相对于蔗茎达到15m/s左右的线速时,可以达到更好的剥叶效果。这就要求剥叶辊达到一定的转速。根据剥叶辊的直径和长度,选择不同的转速范围。实验研究表明,剥叶机的工作速度对剥叶元件的根应力和打击力影响不大,但速度增加后,打击甘蔗的次数增加,有利于甘蔗叶片的分离;当速度过高时,也会损坏甘蔗,缩短剥叶元件的使用寿命。2009年,广西大学杨健教授等人以弯直蔗为研究对象,对交错深度、剥叶辊转速、输入辊距离、输出辊转速等四个因素进行室内模拟剥叶试验,研究了各种因素和交互作用对剥叶质量的影响规律和机制,优化了影响因素。直蔗含杂率和折断率分别为0~0.78%和0~8.弯蔗含杂率和折断率分别为043%~0.5和0~18%。大量实验研究表明,交错深度对剥叶效果和剥叶元件寿命有显著影响。在不同的型号和试验条件下,最佳的交错深度是不同的。交错深度过大,虽然有利于蔗叶的分离,但容易损坏甘蔗,消耗不必要的功率;交错深度太小,容易导致叶片剥落不干净。试验表明,由于多次喂养和尾部剥落,剥落机经常堵塞、卡住、含杂率和折断率高。针对防堵问题,广西大学李立新等人采用螺旋传动原理设计了小型甘蔗收获机物流防堵机构,并利用动态仿真软件取得了良好的效果。同时,华南农业大学牟向伟等人设计了弹性齿辊甘蔗叶片剥离装置,通过试验优化了主要参数,更好地解决了杂质含量和折断率高的问题。在连续多次喂食的情况下,杂质含量、折断率和断尾率分别达到2.38%,25.93%和75.59%。此外,由于甘蔗生长高度不同,存在倒伏现象,甘蔗收获机前端断尾机构存在切割误差,不仅不能完全有效切除尾梢,有时增加甘蔗收获机切割损失;在剥落过程中,由于剥落部件的打击和尾尖本身的脆性,也可以实现一定的断尾功能。针对甘蔗尾梢蔗叶包裹紧密,不利于剥叶过程中甘蔗断尾的问题,广西大学麻芳兰等人设计了三角形剥叶断尾机构,有利于剥叶过程中耙叶、剥叶、断尾功能的实现,并在试验平台上进行了正交试验研究,得到了较好的参数组合,含杂率为0.21%,断尾率达到100%。


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