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《中国农业机械化科学研究院》 2016年
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甘蔗收割机切割参数分析与切割刀耐磨强化的试验研究

郭金兵  
【摘要】:我国是甘蔗种植大国,但是,机械化作业率一直很低,提高甘蔗机收获作业率是甘蔗种植业的发展趋势,也是农机研究人员、用户以及农机企业共同关注的问题。在甘蔗收获过程中,切割参数以及切割效率、可靠性和刀片的耐磨性等是甘蔗收获机械的重要指标,直接影响收获效率、能耗、关键易磨损件的使用寿命和切割质量,是甘蔗收获机械需要加以深入研究的重要课题,然而,目前这方面的研究却很不充分,特别是关于切割系统的综合性研究和评价鲜见报道,而这些系统因素相互关联、相互影响,需要系统地加以研究,为此,开展了对切割系统综合研究和评价,试图找出影响切割效率、功耗、甘蔗切割效果、刀片寿命等的关键因素,为切割系统的优化和刀片寿命及切割质量的提高提供参考。首先,为了对切割参数进行系统的分析,研究切割速度、滑切角、斜切角和削切角等切割参数对作业能耗的影响,设计和制作了可高速切割且能同时无级调节切割速度、斜切角、削切角和滑切角四因素的切割刀试验平台,并在此切割刀试验平台上,通过改变切割速度、滑切角、斜切角、削切角等,进行包含甘蔗直径的五因素四水平的正交试验,分析了五因素对切割力最大值(表征切割冲击力)和切割冲量(表征切割能耗)的影响。研究表明,五因素对切割力最大值的影响顺序为滑切角甘蔗段直径削切角斜切角切割速度:对切割冲量的影响顺序为切割速度甘蔗段直径斜切角滑切角削切角。甘蔗作为宿根作物,其切割断面的质量(平整度及劈裂程度)决定了来年的发株率和产量,因此,在收获时要时刻关注切割参数对甘蔗断面质量的影响。试验发现,贴根切割且因素组合是:滑切角8。、削切角10。、斜切角8。及切割速度10m/s时,可保证切割质量并使得切割力最大值和切割冲量最小。此分析结果可以为甘蔗收获机割台装置的设计与调整及收获工艺的制定提供参考。切割速度及切割角度等参数不仅与切割机构的设计有关,切割刀在工作过程中的磨损也会导致切割速度、滑切角、削切角及斜切角等参数的改变,提高切割刀的耐磨性可以使得切割速度、切割角等参数的变化速度减小,长期保持在最佳水平,进而减小收割作业能耗和切割冲击力,也可节省钢铁资源。为了考查不同材料和制作工艺刀片的性能,制备了5种刀片:渗硼刀片、WC超音速火焰喷涂刀片、渗(碳)钨刀片、耐磨合金激光熔覆刀片、整体淬火刀片等。首先对上述刀片的耐磨层进行了湿砂橡胶轮磨损试验,考查各自的耐磨性,在此基础上,为了进一步考查这几种材质刀片在蔗田砂砾土壤中的适应性,根据前面五因素四水平正交试验的分析结果,将刀片设计成钝角为98。、刃口角为18。的梯形刀,并结合实验室试验对田间试验的结果进行了综合评价。实验室试验和田间试验表明:渗硼和渗钨刀片表现出良好的耐磨性能和对田间试验的适应性,基体硬度为46HRC的65Mn渗硼切根刀在田间试验时表现出较好的强韧性。最后,利用湿砂冲蚀磨料磨损试验机,对刀片进行了自磨锐功能的检验和探讨。此分析结果可以为甘蔗收获机割台装置的设计与调整以及收获工艺的制定、刀具的耐磨强化等提供参考。
【学位授予单位】:中国农业机械化科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S225.53

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