摘 要：為提升工業(yè)大麻(纖維)收獲質(zhì)量，利用收獲裝置試驗(yàn)臺(tái)展開作業(yè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，分析作業(yè)參數(shù)對(duì)工業(yè)大麻收獲質(zhì)量的影響規(guī)律。以漏切率和推倒率為主要性能指標(biāo)，輸送帶輸送速度V帶、割刀的往返次數(shù)n、收獲機(jī)機(jī)架與垂直方向的傾角α為試驗(yàn)因素，探究各因素對(duì)指標(biāo)的影響規(guī)律，確定各試驗(yàn)因素較優(yōu)水平區(qū)間。為優(yōu)化該機(jī)械收獲裝置參數(shù)提供了較好的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：工業(yè)大麻；聯(lián)合收獲機(jī)；收獲裝置；作業(yè)參數(shù)；參數(shù)優(yōu)化
引言
目前，對(duì)于工業(yè)大麻(纖維)收獲機(jī)研究大多是從整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能方面進(jìn)行研究，而對(duì)收獲裝置的研究很少，尤其是對(duì)收獲裝置作業(yè)參數(shù)優(yōu)化的研究。綜合參考國內(nèi)農(nóng)作物收獲機(jī)械和其他高莖稈類農(nóng)作物機(jī)械化收獲技術(shù)，為工業(yè)大麻(纖維)收獲技術(shù)提供一定參考。薛忠等[1]從回轉(zhuǎn)式高莖稈作物切割裝置的研究現(xiàn)狀出發(fā)，提出了回轉(zhuǎn)式切割器未來應(yīng)用的建設(shè)性意見。劉兆朋等[2]通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，建立了結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)因素對(duì)切割功耗、破茬率和纖維殘留率的數(shù)學(xué)理論模型，分析了各因素與切割響應(yīng)的交互作用，得到了試驗(yàn)最佳組合參數(shù)。李仲愷等[3]對(duì)圓盤切割裝置的理論計(jì)算進(jìn)行分析，提出了避免漏割和多刀重復(fù)切割的參數(shù)匹配關(guān)系表達(dá)式。綜上所述，基于自主研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)做試驗(yàn)分析，研究不同影響因子對(duì)裝置工作性能的影響，有助于裝置參數(shù)的優(yōu)化研究。
優(yōu)化工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)收獲裝置作業(yè)參數(shù)是提升工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)可靠性和適應(yīng)性的必要問題。因此，本文以收獲裝置的作業(yè)參數(shù)為因素，探究了輸送帶輸送速度v帶、割刀的往返次數(shù)n、收獲機(jī)機(jī)架與垂直方向的傾角α對(duì)工業(yè)大麻(纖維)收獲質(zhì)量的影響規(guī)律，找出符合工業(yè)大麻(纖維)收獲農(nóng)藝要求的參數(shù)組合。利用自制工業(yè)大麻(纖維)收獲裝置試驗(yàn)臺(tái)，以推倒率和漏切率為試驗(yàn)指標(biāo)，先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行田間試驗(yàn)[4,5]，得出符合工業(yè)大麻(纖維)收獲農(nóng)藝要求的最優(yōu)參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)收獲裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1 試驗(yàn)裝備與材料
1.1 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)
工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)收獲裝置試驗(yàn)臺(tái)由撥禾星輪、切割器、輸送裝置和機(jī)架等部件組成。收獲裝置是研究漏切率和推倒率的關(guān)鍵部件，主要由裝有刀片的刀桿、護(hù)刃器、壓刃器等組成[6,7,8]。動(dòng)力裝置位于收獲裝置正后方，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將動(dòng)力提供給收獲裝置，利用調(diào)速電機(jī)，調(diào)整割刀的往返次數(shù)。喂入裝置位于切割裝置正前方，包括物料夾持盤(1m×1m)和喂入輸送帶，輸送帶兩側(cè)設(shè)有物料擋板，防止物料喂入時(shí)發(fā)生傾斜。
1.2 工作原理
工作時(shí)，工業(yè)大麻(纖維)按照種植密度均勻夾持在物料夾持盤上，由輸送裝置將物料夾持盤平穩(wěn)可靠地喂入到收獲裝置，保證切割質(zhì)量[9,10,11]。切割后的工業(yè)大麻(纖維)由輸送裝置鋪放到收獲裝置的一側(cè)。為便于調(diào)整喂入速度，配置單獨(dú)的動(dòng)力輸入裝置。
1.3 試驗(yàn)材料與方法
本試驗(yàn)選取青岡縣中和村處于收獲期的整株工業(yè)大麻(纖維)為試驗(yàn)樣品。試驗(yàn)開始前，機(jī)器在空載情況下，調(diào)整好物料輸送帶的輸送速度；試驗(yàn)開始時(shí)，先調(diào)整好收獲裝置的往復(fù)速度，運(yùn)行平穩(wěn)后，開啟物料輸送帶，使其均勻地輸送給收獲裝置。每個(gè)物料夾持盤為一組，測(cè)試三組。試驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)出每盤推倒、漏割的工業(yè)大麻植株數(shù)量。試驗(yàn)參數(shù)測(cè)定如下
1)推倒率
式中n—收獲的工業(yè)大麻(纖維)植株總數(shù)量，株；
nt—推倒的工業(yè)大麻(纖維)植株數(shù)量，株；
St—推倒率，%。
2)漏切率
式中n—收獲的工業(yè)大麻(纖維)植株總數(shù)量，株；
nL—漏切的工業(yè)大麻(纖維)植株數(shù)量，株；
SL—漏切率，%。
2 單因素試驗(yàn)
為了探究輸送帶輸送速度v帶、割刀的往返次數(shù)n、收獲機(jī)機(jī)架與垂直方向的傾角α對(duì)工業(yè)大麻(纖維)收獲質(zhì)量的影響規(guī)律，文本先進(jìn)行單因素試驗(yàn)[12]。
根據(jù)工業(yè)大麻(纖維)農(nóng)藝要求，工業(yè)大麻(纖維)收獲機(jī)作業(yè)前進(jìn)速度8～10km/h，根據(jù)理論分析與計(jì)算，割刀往返次數(shù)n范圍100～1600次/min輸送帶輸送速度V帶范圍3～10m/s，收獲機(jī)機(jī)架與垂直方向的傾角α影響了工業(yè)大麻(纖維)喂入狀態(tài)和流暢性，從而影響收獲質(zhì)量，結(jié)合實(shí)際的作業(yè)參數(shù)，本文試驗(yàn)時(shí)選用以下作業(yè)參數(shù)組合：輸送帶輸送速度V帶為5m/s，傾角α為10°，每組試驗(yàn)選用固定參數(shù)組合，探究工業(yè)大麻(纖維)單試驗(yàn)因素水平線趨勢(shì)。
2.1 割刀往返次數(shù)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響
割刀往返速度決定工業(yè)大麻(纖維)的切割效果，切割速度過慢，割不斷麻稈；切割速度過快，不利于麻稈進(jìn)入切割器。為了確定切割器的往返速度，利用調(diào)速電機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，調(diào)整割刀的往返次數(shù)，從100次/min開始，每次增加100次/min，直到1600次/min，分別記錄各點(diǎn)麻稈的推倒率和漏切率。
分析圖1中麻稈推倒率曲線和漏切率曲線，當(dāng)割刀往返次數(shù)較低時(shí)，麻稈沒有及時(shí)被割斷就被前進(jìn)的機(jī)器推倒；隨著割刀往返次數(shù)的增加，漏切率和推倒率都隨之降低，在割刀往返次數(shù)在700～900次/min時(shí)，漏切率和推倒率最低，此時(shí)切割效果最好，麻稈順利被切割；當(dāng)割刀往返次數(shù)繼續(xù)增加，推倒率急劇增加。因此，割刀往復(fù)速度初步選取在700～900次/min。
圖1 割刀往返次數(shù)對(duì)推倒率、漏切率的影響
2.2 輸送帶輸送速度對(duì)麻鋪質(zhì)量的影響
根據(jù)先前的設(shè)定，在工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收割機(jī)前進(jìn)速度8～10km/h時(shí)，初步選定割刀往復(fù)取800次/min，輸送帶速度影響放鋪質(zhì)量。當(dāng)輸送帶速度過慢時(shí)，容易造成麻稈擁堵；輸送速度過快時(shí)，麻鋪根差大，麻稈參差不齊。為此，對(duì)收獲部件進(jìn)行田間試驗(yàn)，從圖2綜合麻鋪線性根差曲線和擁堵次數(shù)曲線可以看出，當(dāng)輸送速度在5～6m/s范圍內(nèi)，放鋪效果最好；當(dāng)輸送速度繼續(xù)加大，雖然不出現(xiàn)擁堵狀況，但是麻鋪線性根差加大，對(duì)后續(xù)的捆麻作業(yè)產(chǎn)生影響。
2.3 收獲機(jī)機(jī)架與垂直方向的傾角α對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響
工業(yè)大麻(纖維)收獲作業(yè)時(shí)，工業(yè)大麻(纖維)收獲機(jī)機(jī)架需要與垂直方向上保持一定的夾角α，不同的α角對(duì)收獲作業(yè)效果有不同的影響，α角過小，麻稈進(jìn)入情況不好；α角過大，收獲機(jī)直接將麻稈推倒，無法進(jìn)行收獲作業(yè)。
圖2 輸送帶輸送速度對(duì)機(jī)器擁堵次數(shù)和麻鋪線性根差的影響
從圖3可以看出，推倒和漏切的情況主要分布在8°～12°以外的區(qū)間，這說明割臺(tái)傾角α在10°時(shí)收獲效果比較好，8°和12°次之。
圖3 割臺(tái)傾角α對(duì)收獲效果的影響
3 結(jié)論
本研究通過理論分析和試驗(yàn)工作，成功優(yōu)化了工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)收獲裝置參數(shù)，以提高工業(yè)大麻(纖維)的收獲作業(yè)效率和質(zhì)量。
1)工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)收獲裝置作業(yè)參數(shù)最優(yōu)范圍：輸送帶輸送速度5～6m/s；割刀往復(fù)速度700～900次/min；割臺(tái)傾角α在8°～12°。
2)收獲裝置作業(yè)效果最優(yōu)的參數(shù)組合為輸送帶輸送速度5.5m/s、割刀往復(fù)速度800 次/min、割臺(tái)傾角α為10°。
本文通過臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)獲得了理論上的最優(yōu)參數(shù)組合，提升了優(yōu)化效率，實(shí)現(xiàn)v帶、n、α目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1] 薛忠，宋德慶，郭向明，等.圓盤式基稈切割器研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014,36(5):239-243.
[2] 李仲愷，謝方平，劉科，等.油菜收獲圓盤式切割器的設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,40(1):83-88.
[3] 劉兆明.圓盤式蓖麻切割器的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.
[4] 任露泉.試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化[M].北京：科學(xué)出版社，2009.
[5] 陳達(dá).寒地工業(yè)大麻莖稈力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D].大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2021.
[6] 向偉，馬蘭，劉佳杰，等.工業(yè)大麻生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀與展望[J].中國麻業(yè)科學(xué)，2021,43(6):320-332.
[7] 張媛媛，公衍峰，徐宏揚(yáng)，等.工業(yè)大麻(纖維)收獲機(jī)用多層分麻裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021(11):86-87+90.
[8] 劉偉光，王志遠(yuǎn)，張媛媛.工業(yè)大麻(纖維)收獲機(jī)防纏扶禾裝置設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021(10):93-94+97.
[9] 公衍峰，張媛媛，王孝波，等.工業(yè)大麻(纖維)收獲機(jī)切割部件設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021(9):96-97+100.
[10] 付乾坤，付君，陳志，等.秸稈撿拾打捆機(jī)振動(dòng)去土作業(yè)參數(shù)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018,34(8):26-33.
[11] 牟雪雷，王春海，潘超然，等.工業(yè)大麻收獲技術(shù)及機(jī)具研究[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2022(3):10-12.
[12] 黃繼承，沈成，紀(jì)愛敏，等.工業(yè)大麻收割機(jī)切割-輸送關(guān)鍵部件作業(yè)參數(shù)優(yōu)化[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2021,51(2):772-780.
文章摘自：曹海峰,公衍峰.工業(yè)大麻(纖維)聯(lián)合收獲機(jī)收獲裝置參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2024(04):21-23.DOI:10.14031/j.cnki.njwx.2024.04.005.
