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(duì)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(duì)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(dòng)化程度高的方向發(fā)展[3]。而對(duì)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(duì)割刀的改進(jìn)， 結(jié)合三層齒帶式輸送器， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(dòng)刀切割器設(shè)計(jì)
1.1 雙動(dòng)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(dòng)刀往復(fù)式切割器和圓盤刀切割器。單動(dòng)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(dòng)刀桿與動(dòng)刀片位于護(hù)舌下部， 當(dāng)動(dòng)刀片在定刀片上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 利用定刀片和護(hù)舌作橫向支承割斷作物， 單動(dòng)刀往復(fù)式切割器的特點(diǎn)是只需驅(qū)動(dòng)一組動(dòng)刀片作往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)， 定刀片固定， 導(dǎo)致麻桿切割后根部隨動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)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(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)軌跡改變導(dǎo)致動(dòng)刀片與定刀片碰撞， 使刀片折斷。圓盤刀切割器與單動(dòng)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(dòng)軸， 不便清理并增加動(dòng)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(dòng)力的浪費(fèi)。
雙動(dòng)刀式苧麻聯(lián)合收割機(jī)克服在使用單動(dòng)刀和圓盤刀切割器的不足， 采用雙動(dòng)刀往復(fù)式切割器。工作時(shí)， 雙動(dòng)刀往復(fù)式切割器上下動(dòng)刀作速度相同、行程相等、方向相反往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)刀的2 倍[5]；往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)刀切割器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般有兩種： 一是上下動(dòng)刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于收割臺(tái)兩側(cè)， 由兩組曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)， 需要兩組傳動(dòng)系統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。二是上下動(dòng)刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于收割臺(tái)同側(cè)， 由一組曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩組并列等長搖臂， 實(shí)現(xiàn)上下動(dòng)刀反向運(yùn)動(dòng)， 由于要實(shí)現(xiàn)一定的動(dòng)刀行程， 搖臂長度較大。因此， 上述兩種雙動(dòng)刀切割器驅(qū)動(dòng)在苧麻聯(lián)合收割機(jī)中均不適宜。針對(duì)上述問題， 本文設(shè)計(jì)了一種適用苧麻切割的雙動(dòng)刀切割器。
1.2 雙動(dòng)刀切割器設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)以雙偏心輪作為雙動(dòng)刀的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 并利用“雙偏心輪遠(yuǎn)點(diǎn)作反向運(yùn)動(dòng)” 的原理驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)刀的連桿臂機(jī)構(gòu)， 并根據(jù)動(dòng)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(dòng)雙動(dòng)刀的連桿臂機(jī)構(gòu)， 驅(qū)動(dòng)上動(dòng)刀的連桿臂機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)下動(dòng)刀的連桿臂機(jī)構(gòu)呈共面配置。
用于驅(qū)動(dòng)行程為100mm、割幅為1 600mm 的雙動(dòng)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(dòng)刀切割器工作原理由圖1 可知， 雙動(dòng)刀切割器驅(qū)動(dòng)的外動(dòng)力由液壓馬達(dá)提供， 馬達(dá)帶動(dòng)一對(duì)鏈輪4 和與鏈輪同心的偏心輪3 轉(zhuǎn)動(dòng)， 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(dòng)上動(dòng)刀連桿臂8 往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 此時(shí)， 上動(dòng)刀連桿臂8 帶動(dòng)上動(dòng)刀桿7 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 從而使一組鉚接于上動(dòng)刀桿7 的上的動(dòng)刀片11 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 通過相同的傳動(dòng)過程， 下動(dòng)刀連桿臂14 使一組鉚接于下動(dòng)刀桿上的動(dòng)刀片11 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
由于驅(qū)動(dòng)上動(dòng)刀連桿臂8 和驅(qū)動(dòng)下動(dòng)刀連桿臂14的動(dòng)力由一對(duì)鏈輪通過鏈條傳動(dòng)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(dòng)” 的原理， 從而實(shí)現(xiàn)了上下雙動(dòng)刀作速度相同、行程相等、方向相反往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
同時(shí)為了提高雙動(dòng)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(tái)上，基于麻稈先割后輸?shù)囊骩6]，膠帶齒頂與雙動(dòng)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(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)雙動(dòng)刀式苧麻聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行了割刀速度對(duì)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)。