弹性齿滚筒式甘蔗剥叶装置

为了解决整秆式甘蔗收获机剥叶过程由于多根喂入和带尾部剥叶造成含杂率和折断率高的问题,设计了弹性齿滚筒式甘蔗剥叶装置,阐述了喂入、输出滚筒和剥叶滚筒的结构和剥叶原理,确定了主要部件的结构参数。通过四因素三水平正交试验研究剥叶元件弹性齿角度、剥叶滚筒中心距、剥叶滚筒转速和喂入、输出滚筒转速等4个因素对含杂率、茎秆折断率和断尾率的影响和最优参数组合,在此基础上进行综合剥叶试验。结果表明,最优参数组合为:剥叶元件弹性齿角度90°、剥叶滚筒中心距310 mm、剥叶滚筒转速700 r/min和喂入、输出滚筒转速150 r/min。甘蔗单根连续喂入319.19 kg,含杂率为1.56%、茎秆折断率为20.45%、断尾率为65.97%;3～5根连续喂入274.52 kg,相应的剥叶指标依次为2.38%、25.93%和75.59%。

甘蔗叶鞘在弹性剥叶元件作用下破坏高速摄影分析

为了研究整秆式甘蔗联合收获机剥叶过程甘蔗叶鞘在弹性剥叶元件作用下的破坏机理,研制了甘蔗剥叶试验台,利用高速摄像机拍摄了蔗叶的破坏过程,并对图像进行分析。结果表明,甘蔗叶鞘在弹性剥叶元件作用下的主要破坏形式有叶鞘脱落、叶鞘撕裂和叶鞘与茎秆分离。通过建立弹性剥叶元件作用于叶鞘的简化力学模型,结合叶鞘的力学特性分析了蔗叶在弹性剥叶元件作用下的破坏机理。弹性剥叶元件对叶鞘施加的力是破坏叶鞘的主要作用力。叶鞘不同的破坏形式与叶鞘的生长性状和力学特性有关,含水率低于20%干叶鞘的主要破坏形式为叶鞘脱落,含水率为20%～50%的湿叶鞘的主要破坏形式为叶鞘撕裂,含水率大于50%的青叶鞘的主要破坏形式为叶鞘与茎秆分离。

甘蔗叶鞘破坏与剥离方式试验与分析

在分析甘蔗叶鞘的结构、生长性状和强度特性的基础上,进行了叶鞘个体的破坏试验和整体包裹茎秆叶鞘的摩擦破坏试验,得出了叶鞘个体破坏的基本强度值和破坏形式,提出了符合叶鞘生长性状和强度特性的剥离方式.叶鞘个体最容易实现的破坏形式为在横向拉伸力作用下的薄壁组织撕裂,最大横向抗拉强度(σ2max)为0.90 MPa.撕裂后的叶鞘与茎秆在轴向上的最大连接强度(σtmax)为0.78 MPa.在剥离叶鞘的过程中应首先对叶鞘进行横向拉伸作用造成叶鞘撕裂,破坏叶鞘对茎秆的包裹性能,再进行轴向刮擦作用将叶鞘从茎秆上撕扯脱落.叶鞘剥离应该同时满足2个基本条件:1)在垂直于叶鞘纤维方向的应力(σ2)不小于σ2max;2)轴向应力(σ1)不小于σtmax.