引言
苧麻是我國唯一可以壟斷的天然纖維紡織資源，產(chǎn)量占全世界的90%以上[1]。當(dāng)前國內(nèi)外市場對苧麻原料的需求正在迅速增大， 這正是發(fā)展具有民族特色的苧麻產(chǎn)業(yè)的良好時(shí)機(jī)。苧麻收獲是整個(gè)苧麻產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 用工量約占整個(gè)苧麻生產(chǎn)過程(整地、種、管、收) 的60%以上， 是一項(xiàng)費(fèi)工費(fèi)時(shí)的繁重作業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和勞務(wù)工價(jià)格提高， 苧麻收獲作業(yè)的花費(fèi)不斷上升， 苧麻收獲機(jī)械研究開發(fā)已成為我國苧麻生產(chǎn)迫切需要解決的問題。因此盡快地研制出工作效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、纖維損傷小的苧麻聯(lián)合收割機(jī)是麻農(nóng)的迫切希望， 它對于大幅度降低苧麻種植成本、實(shí)現(xiàn)苧麻機(jī)械化種植、促進(jìn)苧麻工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展具有重要的意義[2]。目前苧麻收獲機(jī)械研究開發(fā)的重點(diǎn)大多在剝制機(jī)械， 我國剝麻機(jī)械的研制正朝著高效、機(jī)械化和自動化程度高的方向發(fā)展[3]。而對于苧麻聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)還處在探索階段， 總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)單位開展了的一系列研究[4]，發(fā)現(xiàn)切割和輸送是苧麻聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸問題。本文通過對割刀的改進(jìn)， 結(jié)合三層齒帶式輸送器， 實(shí)現(xiàn)了對苧麻聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)化， 提高收割機(jī)切割和輸送效率。
1 雙動刀切割器設(shè)計(jì)
1.1 雙動刀切割器在苧麻聯(lián)合收割機(jī)中的優(yōu)點(diǎn)目前， 苧麻聯(lián)合收割機(jī)主要使用單動刀往復(fù)式切割器和圓盤刀切割器。單動刀切割器結(jié)構(gòu)是切割器梁上安裝有一定數(shù)量的護(hù)刃器， 每個(gè)護(hù)刃器上都有定刀片， 定刀片上部有護(hù)舌， 動刀桿與動刀片位于護(hù)舌下部， 當(dāng)動刀片在定刀片上作往復(fù)運(yùn)動時(shí)， 利用定刀片和護(hù)舌作橫向支承割斷作物， 單動刀往復(fù)式切割器的特點(diǎn)是只需驅(qū)動一組動刀片作往復(fù)運(yùn)動即可。圓盤刀式切割器也是研究較多的一類切割裝置， 屬于回轉(zhuǎn)式
切割類型， 可以通過調(diào)節(jié)圓盤傾角、刀片傾角和圓盤轉(zhuǎn)速等因素來提高切割性能。
單動刀往復(fù)式切割器和圓盤刀切割器能夠完成苧麻的切割， 但還存在一些不足之處。單動刀往復(fù)式切割器在苧麻切割方面表現(xiàn)不足主要表現(xiàn)： 一是由于動刀片運(yùn)動， 定刀片固定， 導(dǎo)致麻桿切割后根部隨動刀片運(yùn)動方向的慣性較大， 不利于麻桿的橫向夾持輸送。二是由于麻地特殊地貌和安裝精度限制， 易使動刀片運(yùn)動軌跡改變導(dǎo)致動刀片與定刀片碰撞， 使刀片折斷。圓盤刀切割器與單動刀切割器相比， 雖然在切割后麻桿根部的慣性有所降低， 但易導(dǎo)致麻纖維纏住圓盤刀的轉(zhuǎn)動軸， 不便清理并增加動力消耗， 盡管可以通過改變圓盤刀的半徑使纏繞問題得到部分解決，但易導(dǎo)致切割器結(jié)構(gòu)龐大和動力的浪費(fèi)。
雙動刀式苧麻聯(lián)合收割機(jī)克服在使用單動刀和圓盤刀切割器的不足， 采用雙動刀往復(fù)式切割器。工作時(shí)， 雙動刀往復(fù)式切割器上下動刀作速度相同、行程相等、方向相反往復(fù)運(yùn)動切割麻桿，其優(yōu)點(diǎn)是：切割速度大，在行程相同時(shí)其切割速度是單動刀的2 倍[5]；往復(fù)運(yùn)動慣性力相互抵消， 便于麻桿的橫向輸送； 不存在麻纖維纏繞問題。
目前雙動刀切割器的驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般有兩種： 一是上下動刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于收割臺兩側(cè)， 由兩組曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動， 需要兩組傳動系統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。二是上下動刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于收割臺同側(cè)， 由一組曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動兩組并列等長搖臂， 實(shí)現(xiàn)上下動刀反向運(yùn)動， 由于要實(shí)現(xiàn)一定的動刀行程， 搖臂長度較大。因此， 上述兩種雙動刀切割器驅(qū)動在苧麻聯(lián)合收割機(jī)中均不適宜。針對上述問題， 本文設(shè)計(jì)了一種適用苧麻切割的雙動刀切割器。
1.2 雙動刀切割器設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)以雙偏心輪作為雙動刀的驅(qū)動機(jī)構(gòu)， 并利用“雙偏心輪遠(yuǎn)點(diǎn)作反向運(yùn)動” 的原理驅(qū)動雙動刀的連桿臂機(jī)構(gòu)， 并根據(jù)動刀行程要求， 與連桿臂橫向位移進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合， 設(shè)計(jì)驅(qū)動雙動刀的連桿臂機(jī)構(gòu)， 驅(qū)動上動刀的連桿臂機(jī)構(gòu)和驅(qū)動下動刀的連桿臂機(jī)構(gòu)呈共面配置。
用于驅(qū)動行程為100mm、割幅為1 600mm 的雙動刀往復(fù)式切割器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。1.3 雙動刀切割器工作原理由圖1 可知， 雙動刀切割器驅(qū)動的外動力由液壓馬達(dá)提供， 馬達(dá)帶動一對鏈輪4 和與鏈輪同心的偏心輪3 轉(zhuǎn)動， 偏心輪3 通過調(diào)節(jié)螺柱2 和關(guān)節(jié)軸承13及銷軸9 驅(qū)動上動刀連桿臂8 往復(fù)運(yùn)動， 此時(shí)， 上動刀連桿臂8 帶動上動刀桿7 作往復(fù)運(yùn)動， 從而使一組鉚接于上動刀桿7 的上的動刀片11 作往復(fù)運(yùn)動； 通過相同的傳動過程， 下動刀連桿臂14 使一組鉚接于下動刀桿上的動刀片11 作往復(fù)運(yùn)動。
由于驅(qū)動上動刀連桿臂8 和驅(qū)動下動刀連桿臂14的動力由一對鏈輪通過鏈條傳動提供的， 且與其連接的調(diào)節(jié)螺柱2 和關(guān)節(jié)軸承13 及銷軸9 相同， 結(jié)合“雙偏心輪遠(yuǎn)點(diǎn)作反向運(yùn)動” 的原理， 從而實(shí)現(xiàn)了上下雙動刀作速度相同、行程相等、方向相反往復(fù)運(yùn)動。
同時(shí)為了提高雙動刀切割器切割后的輸送效果，結(jié)合了三層齒帶式輸送器，保證了麻稈橫向輸送效果。由于麻稈較為粗大， 撥齒選用鋼板齒， 撥齒高度為80mm。在立式割臺上，基于麻稈先割后輸?shù)囊骩6]，膠帶齒頂與雙動刀頂部的距離為50mm。
2 試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容
試驗(yàn)在“苧麻之鄉(xiāng)” 湖北省咸寧市進(jìn)行， 在該地區(qū)苧麻產(chǎn)業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)之一。苧麻品種為中苧一號頭麻， 用游標(biāo)卡尺、卷尺測量苧麻生長特性參數(shù)， 測量結(jié)果如表1 所示。實(shí)驗(yàn)主要考核雙動刀切割速度影響以及在最優(yōu)速
度下的切割率和輸送率， 為機(jī)具進(jìn)一步優(yōu)化與提升設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
2.2 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)首先進(jìn)行了雙動刀割刀速度影響試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。從圖2 中可知， 割刀速度較小時(shí)， 麻稈得不到有效切割， 當(dāng)割刀速度慢慢增大后， 切割率和輸送率得到提高， 當(dāng)割刀速度繼續(xù)增大后， 切割率有少量下降， 而輸送率迅速下降， 這主要是因?yàn)楦畹稇T性力隨速度增大而迅速增大造成的。
當(dāng)雙動刀速度為0.5m/s、輸送帶速度為0.4m/s時(shí)， 其切割率≥93.5%和輸送率≥80.6%。
3 結(jié)束語
1) 雙動刀切割器可以解決麻纖維的纏繞問題從而提高了切割效率， 并且切割后的切割慣性力較低，有利于麻稈得橫向輸送。
2) 對雙動刀式苧麻聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行了割刀速度對切割率和輸送率影響的試驗(yàn)， 結(jié)果表明： 通過調(diào)節(jié)割刀速度可得到較理想的切割率和輸送率， 為提高切割效率提供了一種新的解決思路， 從而為苧麻聯(lián)合收割機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)。