甘蔗收割机.doc

第一章概述

§1-1甘蔗收割机研究背景

农业的根本出入在于机械化，实现农业机械化不但是为了有效的解决“三农”问题，减轻农民的负担，加速建设我国社会主义现代化农业，缓和加入WTO之后我国蔗糖业所受到的严重冲击，而且对于推进生产力的发展，加快世界工业化进程，都有着十分重要的意义。当今世界机床业已经有了很大的发展，无论是CNC系列还是加工中心，世界上的装备业已经具备了相当的水平。工业机械的飞速发展，小麦收割机、水稻收割机等谷物联合收割机的更新换代，大大的推进了当今世界工业化的进程，这也同样使得甘蔗联合收割机的发明研究成为十分的必要与迫切。

一、农业机械概况

（一）农业机械的类型

农业机械分固定作业和田间作业两大类。固定作业的农业机械在作业过程中位置固定不动，其工作部件由内燃机、电动机或由拖拉机的动力输出装置驱动，如各种农产品加工机械等。田间作业的农业机械有自走式及由拖拉机牵引、悬挂、半悬挂等几种类型。它们各自的特点如下：

自走式：本身具有发动机、行走装置、操向装置等。可独立进行田间作业，机动灵活，视野良好，设计时不受拖拉机结构、性能等的限制。但结构较复杂，成本较高。

牵引式：由拖拉机牵引作业，在工作或运输时其重量均由本身具有的轮子承受。机组的稳定性好，对不平地面的适应性强。但机动性较差，金属消耗量大。

悬挂式：悬挂在拖拉机的悬挂装置上，在运输时全部重量由拖拉机承受。结构紧凑，重量轻，机动性好。但大型、宽幅机具的稳定性和对地表适应性较差，机具重量受拖拉机悬挂装置提升能力的限制。

半悬挂式：悬挂在拖拉机的悬挂装置上，但本身还具有转子。在运输时承受机组的部分重量，可减轻悬挂装置所需的提升力。其优缺点介于牵引式和悬挂式之间。

有些田间作业如播种、施肥、施农药等，还可由装有各种工作部件的农用飞机来完成。

（二）对农业机械的一般要求

农业机械以土壤、作物、牲畜以及水、肥、农药等各种物料为工作对象。由于这些工作对象在类型、品种和特性上的多样性，对各类农业机械的要求也有很大的差异。这些要求还由于不同地区、不同农作物对各项作业要求的不同（含禽畜饲养方式的不同）而存在不同程度的差异。因此，农业机械应能适应各种不同的条件和不同的农作制，满足各项农业技术要求。

农业机械的设计还必须考虑到在使用新的农业机械以后，能够通过提高劳动生产率，抢赶农时季节，改进作业质量等途径作到增产增收，提高农产品的商品率。同时还要尽可能减轻操作人员的劳动强度，改善劳动条件，保证操作安全。在经济合理的前提下考虑使用农业机械能够综合利用，一机多用。

与一般机械产品相比，农业机械具有工作条件恶劣多变，使用分散，保管条件差，工作部件易磨损等特点。因此要求农业机械作到坚固耐用，安全可靠，使用维修方便。在满足农业技术要求的前提下，尽可能提高产品和零部件的标准化、系列化和通用化程度。

二、甘蔗生长状况

甘蔗是热带和亚热带地区的一种多年生宿根作物。一年收获一次，是制糖工业的主要原料之一。世界甘蔗主产国有巴西、印度、古巴和中国等。1994年中国甘蔗种植面积达90.67万公顷．总产量为5402万吨，占世界甘蔗总产量的5％．居世界第四位。我国的甘蔗生产主要集中在广东、广西、福建、海南、云南等省区。我国是世界甘蔗生产大国，2002年种植面积为146万公顷。尤其在广西，作为发展蔗糖业自然条件最优越的地区，蔗糖业发展很快，已形成了广西经济的支柱产业，糖产量已占全国产量的一半以上。蔗糖业是广西农民最重要的经济收入来源，也是许多地方财政收入的重要来源。蔗糖业的发展直接影响到广西1600多万蔗农的生计和社会的稳定。

我国已加入WTO,正面对原糖进口配额和关税变化对蔗糖业的冲击，市场竞争十分激烈。就广西总体来说，目前蔗糖生产成本过高、糖价在国际市场没有任何优势。针对这个严峻局面，为了把广西蔗糖业做大做强，按照“糖厂是建设的主体，农民是种植的主体，政府是服务的主体”的分工，各级政府部门制定了许多扶持发展蔗糖业的有利政策，引导企业以资产重组成纽带，以大型骨干企业为龙头，发展工贸一体化的大型联合糖业集团，对蔗糖产业进行了优化结构和合理布局，重点支持甘蔗地区的发展壮大。制糖企业深化管理手段，提高制糖技术水平，开展甘蔗产品的综合利用。蔗农广泛采用良种良法，实施科学耕作管理技术等。通过上述措施，广西的蔗糖业取得一定成绩，但是占蔗糖生产成本的70以上的原料蔗生产技术仍然落后。因此，提高甘蔗生产技术水平，是亟待解决的问题，这个问题的关键是推广良种和采用先进的耕作管理技术。实现先进的耕作管理技术的一个重要方面——就是实现甘蔗生产全程机械化，而成熟的甘蔗收获机械技术一直未得到解决，成为制约甘蔗生产全程机械化的瓶颈。

当然，这主要是由于我国各省区的土壤条件和生态环境存在着差异．生产出来的甘蔗不论从外观还是从产量上都不相同。例如广东的地形、地貌复杂多样．多数土壤属砖红性壤土，土质粘重胆力较大，而且风害严重．平均每年有8级以上的台风1.5次。因此生产出来的甘蔗植株都比较矮小．直径较细，且倒伏弯曲较严重，亩产也较低。云南省则土质比较松软，表上较厚，又无台风影响，因此甘蔗植株粗壮高大．亩产较高。由于各省区的甘蔗质量和形状都不同，这就给我国甘蔗收获机械的研制和推广带来了一定的难度。

§1-2甘蔗收获机械的现状分析

传统的甘蔗收割方法都是都是基于人的繁重劳动来完成的。主要有两种形式。一种是最原始的收割方式，用刀割断甘蔗，然后再手工剥掉叶子，这种效率极低，劳动强度极大；首先，点燃甘蔗以烧掉其叶子，然后手工的切顶以及把甘蔗打桩，最后机械地把成堆的甘蔗装上车辆，这一种方法对收割绿色叶子的甘蔗就很困难，而且燃烧必然会造成对甘蔗的损坏和对环境的污染。而且当甘蔗地里手工收割的甘蔗烧掉叶子之后，此时的甘蔗收割产量大约仅仅是用手工完成剥叶后剩下甘蔗的三分之一。而且人工收割甘蔗，一个工作日（农村按10－12个小时）最强的劳动力最多也只能收到700公斤。由于受到收割季节的限制，收割工作劳动强度大、生产效率低，农民大都需要雇请外来劳动力才能完成。随着消费观念的转变，富裕起来的农民迫切需要改变这种工作方式。因此，大多数应用手工收割绿甘蔗的成本是很不经济的。对比能够有效的利用甘蔗收割方法改善的地区，劳动力收割甘蔗的方法显得困难和不合理。

目前在国际上拥有甘蔗联合收割机的国家，有巴西、澳大利亚、美国、古巴等产糖大国。

一、我国甘蔗收割机械技术现状

我国从60年代开始研制甘蔗收割机和甘蔗剥叶机，由于多方面的原因，进展缓慢，直至70年代中期才有大规模的研究活动，目前，除了耕整地外大多数仍依赖人畜作业，劳动费用在生产成本中占了最大的比重。

总体而言，我国甘蔗收割机机型可以分为以下两类：

1、切段式甘蔗收割机
该类机型是仿照国外大型甘蔗联合收割机改进而成。通过改造中马力轮式拖拉机的轮系，抬高拖拉机的离地间隙，以适应甘蔗垄作和原料蔗输送。割台悬挂于拖拉机尾部，以拖拉机后退方向为收割前进方向，可一次性完成：切梢、扶倒、切割、喂入、切段、输送、清选、装载等工序。该类机型代表是上面介绍的广西农机研究所研制的4GZ—140型自走切段式甘蔗收割机。由于切段原料蔗不受糖厂欢迎，该类机型没有得到推广应用。

2、整杆式甘蔗收割机
整杆式甘蔗收割机的收获方式为整杆全青采式，有两种主要型式：一种为收割与剥叶联合式，另一种为收割与剥叶分段式。
联合式整杆甘蔗收割机可一次性完成：切梢、扶倒、切割、输送、清选、剥叶等工序。这类代表机型有广西农机研究所研制的以中马力轮式拖拉机作底盘的KALTOR—80型甘蔗联合收割机。
分段式整杆收割机可一次性完成扶倒、切割输送、铺放（或打捆）等工序。配上剥叶机和运输车，就可实现甘蔗收获分段式机械化作业。这类机型有自走底盘式、侧挂大中马力轮式拖拉机式和利用手扶拖拉机底盘式等型式，代表机型有广东农机所研制的4GZ—35型侧挂式甘蔗收割机、华南农大研制的侧挂式甘蔗收割机和自走底盘式甘蔗收割机、仙游县农机厂研制的配套手拖的4GZ—12型甘蔗收割机（与日本产NB—11K型相似）、南宁市百乐机电公司研制的配套耕整机的甘蔗收割机等。
与分段式收割机配套的剥叶机，均为人工喂入、集堆，可一次性完成切梢、剥叶等工序。主要代表机型有广西大学的4ZB—6A型、广西农机所的4ZB—12型、南宁市百乐机电公司的BL02A型等。
以上机型，有的已停产；有的经试验表明，技术路线是正确的，适应性、可靠性有待提高，正在开发试验改进中。由于技术上的因素，目前均没有大量推广使用。

另外，日前我国已研制出的甘蔗收获机主要有如下几种：

由广东农机所研制，半悬挂于拖拉机的右侧，外端支承在一个侧轮上的4Gz—35型侧挂式甘蔗整杆收获机。该机配套动力为丰收—35或红卫—40等中型轮式拖拉机。属剥叶式整杆收获机型，能一次完成扶蔗、切割、喂送、剥叶、分离清理、集堆装车等工序。且随机附有切削器．可根据动力负荷情况及生产单位的需要装配使用。但该机适应性较差，只能适应于行距1.2—1.4m，蔗茎弯曲倒伏不大严重、田间杂草较少的旱地大蔗田等条件下工作。且因附加的轮子使转弯调头不够灵活方便。

由福建农学院与仙游县农机厂研制的4Gz—12小型甘蔗收割机。该机是一种新型的立式割台整杆铺放式收割机，配用东风—12型手扶拖拉机的动力和底盘，采用轻型金属履带行走装置。由于专用底盘为全悬挂式，故操作灵活，转弯半径小，且配备了拔指链式扶倒器，可收获倒伏不太严重的甘蔗。对交叉倒伏严重的甘蔗该机仍然不能收获。

由云南农垦国营陇川农场研制的陇农一号甘蔗收获机。该机属剥叶式整杆收获机型，半悬挂于拖拉机右侧。可一次完成打顶、切割、剥叶、清净、集堆等工序。配套动力为铁牛-55带慢速档轮式拖拉机。该机生产率6—8t/h，甘蔗破头率及折断率均低于5，夹杂率＜1.5，各项性能指标均达到甘蔗收获机械暂行标准。但该机生产率偏低，同时亦不能收获严重倒伏的甘蔗。

由湛江农机所研制4GZ-100型甘蔗收获机。该机亦属剥叶式整杆收获机型，可与国内外多种轮式拖拉机配套作业，该机亦可一次完成切梢、扶倒、切割、剥叶、清理、集堆等工序。生产率为12t/h以上，损失率＜0.5，破头率＜12，剥叶干净。但该机在蔗株纵横交错且倒伏较严重的情况下工作时．存在漏割现象，损失率为3.2。

二、国外甘蔗收割机械技术现状

目前，在国际上大规模种植甘蔗的国家有古巴，巴西，澳大利亚，美国等产糖大国，这些国家一些大庄园已经开始涉及到甘蔗收割机来减轻自己的劳动。国外现在采用的甘蔗收割方法也主要有以下两种：一是包括切割甘蔗顶叶子部分的切顶装置和切割甘蔗在地面根部的根切装置的收割机，但是目前这种收割机由于缺少对切顶高度和切根的深度的控制，在收割过高或过矮的甘蔗都不理想，既有可能造成切割不彻底，更有可能造成收割的浪费，使得此类收割机缺少智能化，显得很呆板，很容易造成浪费和剥叶不干净。二是先用火烧掉甘蔗的叶子，再用机械收割装置传入带有切割装置的切割器里，切成200mm-250mm的短条，不得不指出的是这种收割机在切成短条时，使短于200mm的甘蔗无法回收，而且不难看出，使用火烧掉甘蔗杆上的叶子，对于绿色甘蔗的收割是很不凑效的，此外这种方法祛除叶子也不干净，很容易损坏甘蔗杆，而且不良的燃烧还会造成环境污染。

从甘蔗收获机械的角度来看，国外甘蔗收获机械主要有两种型式：一种为切段式甘蔗联合收割机，一种为整杆式甘蔗收割机。
1、切段式甘蔗收割机

世界上发达的产糖国家，由于土地资源十分丰富，甘蔗连片种植面积大，田园平整，便于机械化作业。同时，糖厂制糖工艺接受切段式原料蔗，加上他们高度重视发展机械化生产，因此，甘蔗收获机械化水平高，大型切段式甘蔗联合收割机得到了广泛应用，如巴西已有80的甘蔗生产实现了机械化收割，古巴也达到了72。目前，在巴西、澳大利亚、古巴等产糖发达国家，大型切段式甘蔗联合收割机是甘蔗收获机械技术发展的主要方向。这些大型甘蔗联合收割机具有功率大、作业效率高、功能齐全、自动化程度高、含杂率低等特点，是全程机械化生产中成熟、稳定的收获机具。能够在作业时一次性完成：扶倒、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序。加上与收割机作业配套使用的运输车、加油车、维修车等，就实现了甘蔗收获环节的全程机械化。大型甘蔗联合收割机的代表厂商和机型有：英国SERRANA公司、巴西SAHTAL公司、澳大利亚TOFT系列等。这些机型的24小时生产率达到了400～900吨。小型甘蔗联合收割机代表机型有日本久保田公司生产的UT—70K型、松元机工株式会社生产的MCH—15型等。这些机型功率较小，每小时生产率为3吨。

2、整杆式甘蔗收割机

这类收割机只实现甘蔗的割倒、铺放等工序，再利用配套的剥叶机进行切梢、剥叶，人工集堆后，机械装载，再用运输车运到糖厂。因此，也称为分段式甘蔗收获机械。这种机型适于丘陵地区小田块蔗田作业，目前在日本、菲律宾、印度尼西亚等国应用。该类机型较小，采收方式为整杆青采式。其结构特点是：以手扶拖拉机底盘为动力和行走装置，安装有地面仿型装置，割台可调程度高等。代表机型有日本文明农机株式会社生产的NB—11型、久保田公司生产的NB—11K型等，剥叶机有久保田公司生产的BMC—250型剥叶机等。该类机型在日本经过近三十年的改进与发展，技术上较成熟和完善。总的来说，该类机型在世界主产糖国应用范围不是很广泛。

三、甘蔗收割技术存在的问题

我国目前现有的甘蔗收获机基本上是整杆式联合收获机，它们虽然能一次完成切梢、砍头、剥叶、清理、集堆等工序工作效率高，但机器庞大，结构复杂，所需配套动力大，机动性差，转弯不灵活，在小地块蔗田里并不能发挥作用，且不能收获严重倒伏的甘蔗。也就是说适合生产实际应用的成熟、稳定机型基本上还没有。现有机型主要存在以下问题。

（一）切段式联合收割机存在的问题
1、采收的切段蔗不符合糖厂要求。由于甘蔗切段后，必须在16小时内开榨，否则甘蔗会产生变化，造成糖分下降，影响出糖率，而目前糖厂的生产模式不能保证在此时间内开榨。
2、整机结构对收获适应性差。首先，由于采用轮式拖拉机作底盘，需要对拖拉机的改动量过大。其次，机型大，转弯半径也大，目前蔗区预留空地不能满足作业要求。还有，蔗田起伏不平，割台可调性差，造成割茬不齐、破头率高；切梢装置调整不便，对生长高度不齐的甘蔗难以控制到合理的切梢长度；整机各部件的可靠性还有待提高等。

（二）整杆式甘蔗收割机存在的问题

联合式收割机采收的原料蔗虽然符合糖厂的要求，但是据多次田间试验表明：割台可调性差，造成割茬不齐，破头率高，影响了宿根蔗的发芽生长；剥净率低，含杂率高，损失率仍过大；输送装置还不完善等。但就今后的发展方向，整杆青采联合式收割机仍是最适合目前制糖工艺的较理想的收获机械。而分段式整杆甘蔗收割机采用轮式拖拉机作底盘和自走式底盘的收割机，整机外形尺寸大，转弯半径过大。割台的可调度差，没有仿型机构，不能随地形任意调整调台，影响了切割质量，主要反映在割茬不齐，破头率高。采用大马力拖拉机的机型，收割幅宽为单行（垄），生产率与功率配套性差，经济性不明显。采用中拖侧挂的机型，整机质量分布不均衡，需加挂配重，影响收获速度和对蔗地会产生一定的破坏性。生产率低，劳动强度仍大由于该类机型作业一次性完成工序少，虽有剥叶机配套作业，但仍需较多的辅助工人。喂入、收集、打捆、堆放等无法机械作业，使得劳动强度仍偏高。剥叶机性能仍未成熟剥叶元件的使用寿命偏低，增加了使用成本和维护工作量；整机结构对剥净率的提高仍有待改进；剥叶元件仍存在使甘蔗破损的现象，影响甘蔗质量。
§1-3甘蔗收获机械的发展对策及前景
从以上的分析可知，现在所采用的甘蔗收割方式还比较落后，甘蔗收割机械技术也还存在很大的问题，现在的甘蔗收割机不能同时很好的实现各个程序合理搭配，适应操作，适时控制。而且社会的各个方面因素都对收割技术的发展产生影响。所以甘蔗收获机械的发展对策是我们要好好的考虑的一个问题。但综观世界经济发展趋势，甘蔗收获技术的发展前景是很可观的。

一、大力发展甘蔗收获技术的对策

任何一个项目的顺利完成，一般都要有政府的支持、上级领导部门的关心帮助，科研部门的研究开发，企事业单位的经费支持和过程操作，实验，服务等这几个环节，甘蔗收割机的研究开发与应用也是一样的道理。

（一）加大政策扶持力度

世界发达的产糖国，甘蔗生产机械化发展得到了政策上的极大支持。而我国虽然有不少科研机构、企业、个人开展了收获机械的研发，但是投入仍然不足。首先甘蔗收获机械的研发，是整个蔗糖产业化中重要组成的一环。其次，研发的难度很大，需要大量的人力、物力投入。因此，各级政府部门应对甘蔗收获机械研发予以足够的重视，出台更多的优惠政策，加大财政投入，鼓励甘蔗收获机械的研发和推广使用。

（二）加强科研单位企业与科研单位的合作

制糖企业是建设的主体，是产业化的龙头，不单要在蔗糖的生产与销售上努力，也要在甘蔗机械化生产方面下工夫，因为低成本的原料蔗更能降低制糖成本。同时，制糖企业参与收获机械的研发，更能令企业产业向多元化方向发展。虽然开发甘蔗收获机械难度大，但是市场十分广阔，一旦突破技术的瓶颈，将会获得丰硕回报。因此，研发的科研机构、企业、个人应抓住有利时机，增进合作交流，加大开发的力度，以期能够研制开发出能够适应生产实际需要而又能取得高回报的收割机。

（三）加强农机与农艺的结合

以前，我国开发的甘蔗收获机械产品无法推广使用，主要受甘蔗生产的耕作制度和农艺的制约。同样，所引进的国外大型甘蔗联合收割机经生产试验表明，也受到了我国甘蔗生产方式的制约。由于农艺和机械化是相互配合和促进的，因此，必须改变我区目前的甘蔗生产方式。从农艺的角度对甘蔗生产机械化提出具体要求，如行距、株距及允许变化范围等，开发设计满足甘蔗农艺要求的生产机械。目前，澳大利亚等国甘蔗种植行距达1.5m而我国仍为0.9~1.1m，不利于机械化作业。甘蔗种植农艺也应改革试验。按照机械化作业的要求，搞好蔗田整治和改造，尽量做到集中连片，统一种植规格，以适应机械化作业的要求。

（四）引进国外先进技术，进一步扩大试验力度

不管是切段式机械收获技术，还是整杆式机械收获技术，在国外都已比较成熟。为了加快研究开发进程，有条件的地方，可以考虑通过引进试验，消化吸收后，结合中国特色，进行国产化研制，争取早日推广应用。现在国内已有部门引进了日本产配手拖的整杆式甘蔗收割机，正在进行研发，这是一条行之有效的好途径。而且我国甘蔗生产机械从耕整地到蔗头破碎还田都研制了不少机具，能满足生产要求，但也存在不少问题，如机具工作可靠性、适应性差，结构庞大，配套动力不合理，不利于推广和应用。应进一步扩大试验，突出解决机具的工作可靠性和提高作业质量。做好示范，以点带面促使机具迅速推广和应用。

总之，甘蔗为一年种多年生长的作物，在有条件的甘蔗产区，利用糖厂的龙头作用和各级部门的扶持政策，投入大量的蔗田建设基金，对蔗区实行统一规划，进行田园化建设、灌溉设施建设，推广优良品种，实行科学化的耕作管理，建立一套较现代化的甘蔗生产模式。在生产全程机械化方面，探索在制糖企业、农机服务机构、农机专业户等方面，学习外国先进的甘蔗机械化生产实践经验，建立一套完善的机械化管理体系，为甘蔗生产全过程提供全面的指导与服务，我国的甘蔗收割机械技术必将会得到长足的改进。

二、甘蔗收获机械的发展前景

目前，国内收获机械技术研究方向主要还是切段式和整杆式两种。
切段式收获机械技术是世界发达产糖国收获机械化的主导方向，是被证明为较先进、成熟的一种模式，也将是今后我国甘蔗收获机械化发展的主要方式。虽然这个方式现在受到制糖技术的制约，但是不能因此而否定该方式，因为目前我国制糖技术仍然落后于世界先进水平。随着糖业世界市场竞争，我国制糖企业将加速技术进步，通过引进国外先进制糖技术，结合我国实际，提高制糖技术水平。那时将会为切段式收获机械技术提供一个巨大的市场空间。因此，切段式收获机械技术的研究开发不能停步，有关研发机构应联合制糖企业，着手分析国情与国际水平的差距，找出影响技术进步的关键所在，研究采用切段式收获机械技术与制糖技术的最优化结合方式，突破技术制约的瓶颈，重点提高切段式甘蔗联合收割机的适应性、可靠性，解决其所存在的问题，赶上国际技术的先进水平。
整杆式甘蔗收割机的研制开发是目前国内研发的主流。对于整杆式甘蔗联合收割机，应朝专业化、智能化、自动化的方向发展，多采用新技术、新工艺、新材料，以提高整机技术性能和制造质量的水平，达到实际生产应用的适应性、可靠性。其关键部件的研究，如割台，应有根据地形变化的仿型机构，提高其可调程度；影响切割质量的各种参数，应在大量的田间试验、模拟试验上进行优化选用。输送装置应解决输送平顺、不堵塞、不伤蔗以及与剥叶机喂入衔接等问题，剥叶装置应研究剥叶机构的合理性，剥叶元件的使用寿命和伤蔗程度，提高甘蔗的剥净率。提高切梢部件的灵活性，以适应甘蔗高度的变化。扶倒装置应增强扶倒作用。同时，由于生产专业化，可以研制自走底盘式收割机，不一定需通过改装轮式拖拉机；配套功率及生产效率可根据国情设计，并不一定都采用大功率发动机。增加蔗叶切碎还田、原料收集与装载等机构，实现收获环节高度自动化。
对于分段式整杆甘蔗收获机械，由于完成的工序少，在技术上较易突破，应加紧克服配套底盘与收割机构之间的矛盾，解决现有机型所存的技术问题，提高其适应性、可靠性。研究割台的性能改进方案，减少割茬不齐、破头率高等现象。对铺放方式应重点研究，铺放方式和质量的好坏，直接影响机器连续作业和辅助工人数量多少。由于分段收获，生产率比不上联合式，因此，应研究整机的操作灵活性、维护便利性、制造成本等，以求经济性优越。对与之配套的剥叶机，同样着重考虑剥叶元件的性能。全盘考虑收割机、剥叶机（最好加上蔗叶切碎还田装置）、打捆机、装载机等组成的收获机械系统的相互配合问题，提高劳动生产率，降低劳动强度。另外，由于甘蔗为多年生作物，在研究中，特别要注意机械化作业对蔗田的破坏性的影响以及生态环境的影响。

当然，随着生产力的进一步提高，装备业的进一步发展，全球一体化和世界工业化的进一步推进，未来的甘蔗联合收割机必然向着智能化，自动化、敏捷化，高效化、小型化、简单化、环保化方向发展。也就是说，甘蔗收割机收割的过程中，通过对实地甘蔗田里的甘蔗进行实时判断切顶的高度，并且对倒伏的甘蔗进行扶植，以便正常收割，同时应该有一个扶持装置分隔未被收割的甘蔗防止与正在收割的甘蔗发生干涉，而且有一个提升装置，将已经收割的甘蔗提升到切顶装置进行切顶，此后由一个转向装置，进行根切。为了提高收割机的速度和效率，将整个收割系统做成相同的两排，因此切顶，切根后的甘蔗要均分方能进入到剥叶装置中进行剥叶，通过剥叶装置剥去绝大多数叶子，而且又不会对甘蔗杆造成损伤，必须在剥叶的整个系统中装有弹性加载轮子，值得一提的是凡是通过切断装置中的甘蔗杆，无论长短都能有效地回收到机箱内。当然也应该注意剥叶装置的设计，一定要保证叶子顺利地脱离收割装置，因此在剥叶装置中，传送带的上下方都得有加速空气流动的装置，这样就不至于让已经剥掉的甘蔗叶子滞留在机架上，阻碍剥叶工作的正常进行。而如果由气流把叶子带到田间，经过覆盖后，腐烂，变成肥料，再重复利用。这种收割机充分体现了智能化，自动化、敏捷化，高效化、小型化、简单化、环保化等特点，也是所有有志于在农业机械方面作贡献的研究人员在甘蔗收割机方向的研究目标。

第二章双排甘蔗收割机总体方案

本次设计的是一种集智能化，自动化、敏捷化，高效化、小型化、简单化、环保化为一体的较先进的双排甘蔗收割机。整个装置的动力源采用一个400马力的发动机，机器运行速度为0.2m/s。它能够同时收割甘蔗地里的两排甘蔗。甘蔗地的行距为700mm，对株距不做要求。

§2-1甘蔗收割机的组成及性能

一、甘蔗收割机的整体组成概述

整个收割机由扶蔗装置、提升装置、切顶装置、转向装置、根切装置、剥叶装置、切断装置、支撑装置、动力控制系统、鼓风系统、行走部（包括底盘，支撑架、轮子等）、司机室等部分组成。

1、扶蔗装置：是一种螺旋装置。收割机的左右各一个螺旋，中间还分配有一个短的螺旋装置。两边的螺旋用以扶持还没收割的邻近甘蔗，防止其干扰正在收割的两排甘蔗；中间的短螺旋装置则将两排正在收割的甘蔗分开。

2、提升装置：由两排可旋转的链条组成，每一个链条都在各自的两个链轮和张紧装置间围绕成环形，而且链条采用变形链节，链上有齿，用来抓住甘蔗杆。这两个链条间的横向距离是有限制的以利于扶持提升正在收割的两排倒伏的甘蔗杆（不倒当然更好）。链的速度与收割机在甘蔗地里前进的速度是相等的（V=V0）。

3、切顶装置：切顶装置下端装上犁刀，此犁刀既可以在垄沟前进运动，又可以初步扶起到下的甘蔗。螺旋的旋转用动力来驱动，可以选择液压马达。切顶装置还有带齿顶的滚筒，滚筒用来击打已经切掉的甘蔗顶部，不让其垂直下落影响切顶以及提升工作的正常进行。切顶装置的旋转也用液压马达来实现，旋转的速度与收割机的行进的速度有一定的关系。在甘蔗提升到一定高度时，切顶刀将顶部切掉，切顶装置可以随高度调整；

4、转向装置：有两段引导环和一个拨轮，通过此拨轮拨动甘蔗转向，通过引导环来引导甘蔗穿过切顶装置并将切过顶的甘蔗绕过提升主链上面的链轮，旋转180度，朝着收割机的运动方向推动切顶后的甘蔗向中心移动。

5、根切装置：含根切刀和相关零件，还有许多向上甩的肋片，用来横向的把根切过的甘蔗的根部甩开。该装置能够在甘蔗转过的同时，切掉甘蔗根部。同时带有向上甩的肋片将根抛向一个带有螺旋齿的鼓，使根向甘蔗剥叶入口移动，同时甘蔗顶部向前倒在一根横柱上。

6、剥叶装置：在旋转的轮上固定叶片，用来剥掉甘蔗杆上的叶子。带螺旋的鼓将甘蔗均分，使其一根根地向剥叶入口移动，剥叶装置的入口放置两个旋转方向相反的轮，用以把甘蔗杆喂入剥叶装置。一旦到入口就将起拉如剥叶装置，开始剥叶。

7、切断装置：它安放在剥叶装置和传递用的传送带之间，用来把剥叶后的甘蔗切断进入运载车。

8、支撑装置：用以支撑螺旋扶蔗装置和提升装置，主要以机构为主。它邻近并安装在收割机的前端，用来支撑根切过的甘蔗并防止甘蔗的顶部掉到地面上。

9、动力控制系统：整个系统采用动力驱动，运动主要以液压驱动为主。

10、鼓风系统：一种鼓风机用于把旋转的叶片从甘蔗杆上剥离下来叶子的吹走，并让其回到地里再利用。

11、传送装置：传送带把剥叶后的甘蔗杆传送到装载车内的装置。

12、行走部：包括底盘，支撑架、轮子等。

二、甘蔗收割机各部件的工作流程

现在我们所设计的双排甘蔗收割机能够同时很好的实现各个部件的运动协调，适应操作，适时控制。

1、收割机在收割到甘蔗后，在机器的正前方有三个螺旋扶蔗装置，左右各一的长螺旋扶蔗装置是用来把临近的甘蔗与正在收割的甘蔗分开，防止不同收割状态的甘蔗发生干涉，保证收割过程顺畅，而中间的短螺旋装置的作用是把；两排正在收割的甘蔗分开，为接下来的收割工作打下基础。甘蔗进入收割机扶蔗装置就标志着收割过程正式开始，只有它无障碍的的工作，才能保证后续工作的顺利进行。

2、经过扶蔗装置扶持后，相临排的还未收割的甘蔗与正在收割的甘蔗行分开了，相互之间不会发生干涉。但甘蔗杆仍然还在原地，并且没有完整的保持直立或者是保持相互平行，仍然处于倒伏，半倒伏状态。此时就需要一个提升装置把甘蔗杆提升到合适的位置。该装置由两排可旋转的链条组成，每一个链条都在各自的两个链轮和张紧装置间围绕成环形，链条采用变形链节，链上有齿，用来抓住甘蔗杆。这两个链条间的横向距离是有限制的以利于扶持提升正在收割的两排倒伏的甘蔗杆（不倒当然更好）。在链轮的带动下，把甘蔗提升到适当位置，根据驾驶室的操作者的判断来决定切顶的高度。链条的切向速度与收割机相对地面的速度大小相等，保证动作紧凑。

3、在驾驶室的操作者发现甘蔗杆提升到一定的高度后，在马达的带动下一直处于旋转状态的切顶刀把甘蔗的顶端部分切掉。切顶装置还有带齿顶的滚筒，滚筒用来击打已经切掉的甘蔗顶部，不让其垂直下落影响切顶以及提升工作的正常进行。在甘蔗提升到一定高度时，切顶刀将顶部切掉，而切掉的顶部经过鼓风机的风力作用，回到田间，被掩埋，腐烂后可作为肥料再次利用，这样就不会有手工收割的弊病，集体处理甘蔗叶子，又费一道工序，而且极有可能变成浪费而不利用这些叶子。更重要的一点就是切顶装置可以随高度调整。

4、在切顶装置的下方，有一个带有两个引导环和一个拨轮的转向装置，通过此拨轮拨动甘蔗转向，通过引导环来引导甘蔗穿过切顶装置并将切过顶的甘蔗绕过提升主链上面的链轮，旋转180度，以2倍收割机的运行速度向中心移动朝着收割机的运动方向推动切顶后的甘蔗向中心移动。

5、在甘蔗转过的同时，进行根切操作，根部将自由地落入泥土中，而就在同一时间，设在根切装置的一个抛射装置把甘蔗抛射到一个带有螺旋齿的鼓轮，使根部向剥叶装置的入口移动，同时甘蔗顶部向前倒在一根横柱上，这样就保证了剥叶时，根部先入的原则，有利于剥叶工作的有效进行。

6、带螺旋的鼓轮把抛射来的甘蔗进行一一均分，使其一根根地进入剥叶装置的入口，一旦进入，在弹性加载轮和传送带的作用下，将甘蔗杆带到主传送带上，而入口是一个前大后小的渐缩性入口。主传送带在马达的带动下顺时针旋转，而位于甘蔗上方的剥叶轮逆时针旋转，对根部先入的甘蔗进行剥叶，而且和传送带共同产生的摩擦力推动了甘蔗前进。当然如果有必要当甘蔗杆上的叶子大部分清除后进行切断操作，使其为一定的长度，便于后续加工。7、最后，经过传送装置的传送带把剥过叶的甘蔗杆传送到装载车内。这样整个甘蔗的收割过程就完成了。
2甘蔗收割机的实现原理

一、甘蔗收割机的实现原理图

图2-1实现原理图一

1-收割机；2-小轮；3-底座；4-大轮；5-上喂轮；6-根切装置；7-抛射装置；8-下喂轮；9-支撑装置；10-提升装置；11-犁刀；12-前支撑；13-螺旋装置；14-司机室；15-侧架；16-中间的螺旋装置；17-边链

18-中心提升链；19-链齿；20-中心；21-顶部装置；22-碎鼓；23-钉齿；24-升降机构；25-导轨；26-收割机中心线；27-顶部屏蔽；28-卷轴；9-转向装置；30-护栏输出端；31-上链轮；32-底链轮；33-保护装置；

34-回转轮；35-涡卷；36-螺旋；37-鼓轮；38-传送带；39-剥叶装置

图2-2实现原理图二

二、甘蔗收割机的实现原理

根据图2-1、图2-2所示的甘蔗收割机整体结构极其配合运作关系，我们就有了一个整体的立体印象。图2-1显示了双排甘蔗收割机1的结构方案。该收割机可以收割倒伏的和半倒伏的热带甘蔗，对绿甘蔗更为见效。收割机1能够将甘蔗放到适当的位置以更高效的进行切顶和根切。通过双排甘蔗收割机的横放方位，进来的甘蔗被扶蔗装置拨开并均匀地分布后通过收割机入口，然后以比收割机的前进速度更快的速度线性地与行距平行通过收割机，以利于更高效地剥叶。

收割机1包括一个普通柴油机，用于驱动传动轮系使前面的大轮4和后面的小轮2转动。底座3用于支撑发动机和司机室14。司机室里有许多常规操纵控制机构，包括用于调整收割机速度和后面将要谈到的各种各样的传送装置速度的机构。在下面的叙述中，所涉及到的所有相同零件均用同样的基准数来标注，某些零件将用少量简图的形式简洁明了地表示。

参看图2-1和图2-2，甘蔗杆受收割机提升装置10的控制，可以在进行切顶时保持同一高度。总之，绿甘蔗地里包含有直立的、半倒伏的和倒伏的甚至倒下了的甘蔗杆。提升装置10的其中一项功能就是用来扶持半倒伏和倒伏的甘蔗杆以使所有甘蔗杆在切顶时均处于同一直立状态。在这里，有一个很重要的地方必须强调，那就是切顶时并不需要所有的甘蔗杆都直立，关键是所有的甘蔗杆都要几近平行。因此，如果甘蔗地里的所有甘蔗杆都与收割机前进的方向倾斜成70度角的话，那么，就要对收割机的提升装置10进行调整，使半倒伏和倒伏的甘蔗杆在进行切顶时同样也与收割机前进的方向倾斜成70度的角。

当收割机进入一块甘蔗地进行收割时，收割机上最前端左右各一的螺旋扶蔗装置13将扶持还没收割的邻近甘蔗并将其与正在收割的甘蔗行分开。最初的两排甘蔗被收割后，收割机在随后进行的每次收割时，其中一边（通常是左边）螺旋装置是不活动的，而另一边（通常是右边）的螺旋装置仍然扶持还没收割的邻近甘蔗并将其与正在收割的甘蔗行分开。

每个螺旋扶蔗装置13都包含有一个与地面成45度到55度角之间的卷轴（参看图2-1）。轴上两边各有一个滚动椎，以右边的滚动椎为例，它恰好位于正在收割的甘蔗行与收割机右边那一甘蔗行间的沟面上。犁刀11辅助分离邻行的未收割甘蔗行和正在收割的甘蔗行。支撑装置9和提升装置10（参看图1），用于适时改变螺旋装置13和底座3之间的角度（等同于与地面之间的角度）。当收割机在田间行走时，侧架15使分离了的甘蔗杆不干涉收割机的收割进程。中间的螺旋装置16同样带有犁刀，用于分开（至少是部分分开）两排正在收割的甘蔗，并辅助地将甘蔗喂入两边的扶持提升链。

为了使所有的甘蔗杆在同一个高度下被切割，每排甘蔗都被向相反方向旋转的主提升链18和边链17扶持提升。当收割机在甘蔗地运行时，链齿19夹持和提升已经与提升链转向中心20成半倒伏或倒伏的甘蔗。这样每行甘蔗都被提升和分离了，因此，当用顶部装置21切顶的时候，所有的甘蔗杆都大体平行。如图2-1和图2-2所示，每个切顶装置都包含一个前倾的碎鼓22，该碎鼓上有许多轴向的布满四周的钉齿23，用来击打甘蔗叶和甘蔗梢，该动作与切顶同时发生。顶部高度可以由调整液压油驱动顶部提升机构24使切顶装置沿导轨25上下运动。朝相反方向旋转的碎鼓22将甘蔗梢和甘蔗叶从收割机中心线26向外推出。左右各一的顶部屏蔽27将切碎了的甘蔗梢和甘蔗叶掷于垄沟中便于车轮2和4辗过。

最初的两排甘蔗被收割完后，右边的螺旋装置13将右行的正在收割的甘蔗和邻近的尚未收割的甘蔗行分离开。如图2-1所示，当收割机在田间行走时，卷轴28与地面之间所成的角度是可调的，且通常在45度到55度之间。中心提升链18和边链17将甘蔗杆从各自行提升起来并集中在一起，使所有甘蔗杆与提升链转向中心20排成一线，而提升链转向中心20与收割行的轴向中心平行，实际上并排于收割行各自的纵向中心。如图2-2所示，右边螺旋13向上和右排甘蔗行成一定角度，在收割机运行的过程中，用于正在收割的甘蔗和未收割甘蔗之间的分离。在甘蔗达到螺旋13顶端前，这个距离比甘蔗的叶子的平均长度还要长，以至于未收割行甘蔗的叶子不会与邻近的甘蔗发生干涉，取而代之是被中间的分离螺旋和主链条分开。收割机可以自由地在田间收割而不会损坏邻近收割机的尚未收割的甘蔗。如上所示，左右两边的螺旋同时保证了收割机的正常工作。

为了保证绿甘蔗的高效去顶，转向装置29用来保证每一根甘蔗绕过切顶装置21。每一转向装置29都是安装在机体上的。在驾驶室的操作者可以根据甘蔗的高度，适当确定切顶装置的高度。每一个转向装置可以在甘蔗去顶后，在收割机运行的方向上，将甘蔗顶部直接脱离收割机。如果没有转向装置29驱使甘蔗通过切顶装置21，部分甘蔗就可能会被卡住，并且拖出切顶装置。在甘蔗切顶后，转向装置以两倍的速度迅速改变甘蔗的运行方向，以致于甘蔗切顶后没有直线移动的距离。

转向装置29包括一个拨动轮和和两个引导环，两个引导环迅速改变甘蔗的传输方向180°，把甘蔗的顶部移到收割机的中心，在收割机前进的方向上绕过收割机旋转中心链链轮180°，从而确保了切顶后的甘蔗向收割机前进的方向上倒。这项操作确保了甘蔗顶部有自由而不受约束的路径，通过此路径，绕过上链轮31，移出切顶的甘蔗