不等螺距螺旋扶蔗器的设计董振，蒙艳玫，李永敏(广西大学机械工程学院，南宁530004)摘要:如何有效地解决甘蔗收割过程中的蔗秆扶起问题，是促进甘蔗收割机械化发展的关键问题之一。为此，分析了甘蔗倒伏的具体情况，提出了一种新型不等距螺旋扶蔗器的设计方法，建立了其物理模型，并给出了不等距螺旋线的数学方程。通过计算机仿真验证了上述设计的合理性和可行性，为甘蔗联合收割机的扶蔗机构的设计提供了一种新颖与合理的思路。关键词:扶蔗器;螺旋;不等螺距;计算机仿真中图分类号:S225．5+3文献标识码:A文章编号:1003－188X(2010)12－0080－050引言甘蔗是我国南方的主要经济作物，气候原因经常导致甘蔗大面积倒伏。随着甘蔗收获机械化的不断发展，如何有效地解决甘蔗收割过程中的蔗秆扶起问题，是促进甘蔗收割机械化发展的关键问题之一。针对传统螺旋扶着器在扶蔗末期甘蔗容易从扶蔗器脱落的问题，设了计一种新型螺旋扶蔗器，为更好地解决甘蔗倒伏问题提供了技术支持。1甘蔗倒伏姿态分析甘蔗的倒伏状态一般依据收割机前进的方向V可以分为顺倒伏、逆倒伏和侧倒伏［1］。顺倒伏即甘蔗倒伏方向与收割机前进方向相同;逆倒伏方向与收割机前进方向相反;侧倒伏方向垂直于收割机前进方向。根据田间观察，严格符合上述定义的倒伏情况并不多见。以甘蔗种植的垄线中心为基准，将甘蔗倒伏按照蔗秆在地面的投影与垄线中心的夹角α(后文称倒向角)分类。当0°≤α≤45°时，为顺倒伏;当45＜α≤135°时，为侧倒伏;当135°＜α≤180°时，为逆倒伏。甘蔗倒伏姿态示意图如图1所示。对于沿垄线对称的情况，按上述标准分类。除了对甘蔗的倒伏方向分析之外，还要对甘蔗的倒伏程度进行分析，以蔗秆与地面的夹角β(后文称倒伏角)为基准。轻微倒伏时，60°≤β;中度倒伏时，20°收稿日期:2010－03－02基金项目:广西自然科学基金项目(桂科自0778006－13)作者简介:董振(1981－)，男，安徽泗县人，硕士研究生，(E－mail)cybhdz508@163．com。通讯作者:蒙艳玫(1963－)，女，南宁人，教授，硕士生导师，(E－mail)gxu_mengyun@163．com。＜β＜60°;严重倒伏时，0°≤β＜20°，如图1所示。1．蔗秆2．蔗秆在地面投影3．垄线图1甘蔗倒伏姿态示意图Fig．1Thepostureoflodgingsugarcane2螺旋扶蔗器的工作原理螺旋扶蔗器的主体部分由转筒及附着在转筒表面的螺旋叶片组成，如图2所示。图2等距螺旋扶蔗器Fig．2Equidistantspiralsugarcaneproppingdevice当扶蔗器随着收割机前进的时候，倒伏的甘蔗与旋转的扶蔗器接触后，甘蔗就被螺旋上升的螺旋叶片逐渐扶起。扶蔗器的转筒与地面之间的夹角一般为·08·2010年12月农机化研究第12期60°左右［2］。螺旋叶片与转筒轴心有一个夹角θ(后文称螺旋升角)，利于倒伏的甘蔗对扶蔗器的附着和甘蔗的扶起。3等距螺旋扶蔗器的不足根据前述的等距螺旋扶蔗器的工作原理，在甘蔗被扶起的前期，由于甘蔗倒伏角与螺旋叶片升角接近，蔗秆与螺旋叶片之间的接触比较紧密，扶起效果较好，如图3所示。随着甘蔗被扶起的高度增加，甘蔗的倒伏角β不断增加，然而螺旋叶片升角不变，导致甘蔗扶起的后期蔗秆与螺旋叶片之间的接触变为点接触状态。同时，传统螺旋扶蔗器的螺旋叶片与转筒间呈垂直焊接的状态，由于甘蔗自身坚硬、光滑的特点，蔗秆对扶蔗器的附着能力随之下降，蔗秆从扶蔗器上滑脱的可能性大大增加，如图4所示。因此，有必要对甘蔗扶起的后期姿态进行进一步研究，解决甘蔗滑脱的问题。图3甘蔗扶起的前期状态示意图Fig．3Thestateofearlystageofproppedsugarcane图4甘蔗扶起的后期状态示意图Fig．4Thestateoflatterstageofproppedsugarcane4新型螺旋扶蔗器的设计根据对甘蔗扶起过程的分析，很容易得出甘蔗倒伏角随扶起过程而不断增加的结论。只要能实现在甘蔗扶起的过程中蔗秆与螺旋叶片保持较好的接触状态，蔗秆就不容易从扶蔗器滑脱。为了达到这种效果，在设计时使螺旋叶片自下而上不断增大螺旋升角，尽量使整个扶起过程中倒伏角与螺旋升角保持近似。另外，为了防止甘蔗从扶蔗器滑脱，一般以减小滚筒与地面之间的夹角来达到上述效果。但这种做法会使得甘蔗在扶起动作结束后倒伏角仍然很...
