研究与设计往复式切割器切割甘蔗破头机理研究黄冬冬杨永发牛宪伟2（1.西南林业大学机械与交通学院，云南昆明650224；。云南省农业机械研究所，云南昆明650031割甘蔗时的受力模型，得出了甘蔗切破头的切割状态，这对往复式收割机的设计以及降低甘蔗破头率具有重大意义。

　　基金项目：云南省科技计划展开项目（2010CF009）切割器是收割机的重要部件之，其性能的优劣对收割作业的效率及减少收割损失等都有很大的影响。

　　往复式切割器是通过割刀做简单的往复运动进行切割作业的，其结构简单，适应性强。目前，国内这种往复式切割器在谷物收割机、牧草收割机、谷物联合收割机以及玉米收割机等细杆型农作物收割设备上应用较多，而国外已经将其应用于甘蔗等粗茎型农作物收割设备上，如德国恩内佩塔尔切割修剪有限公司生产的CaneThumper甘蔗收割机，其中就米用了这种往复式切割器，而且凭借其体积小、质量轻等特点以及优越的性能远销巴西、印度、菲律宾等国。

　　本文在前人研究的基础上系统分析了往复式切割器运动状态对甘蔗切破头的影响机理，为今后进步研究甘蔗破头率奠定基础。

　　1甘蔗蔗茎材料参数与切割工作参数甘蔗属于粗茎型农作物，其蔗茎粗细和蔗茎材质随着品种和生长环境的不同也有所不同，本研究主要对甘蔗的物理力学性能做一个统一的取值，并对其切割形式做统的简化。

　　1.1甘蔗的物理力学性能1.1.1甘蔗几何参数确定甘蔗选自云南德宏州，要求甘蔗笔直，直径趋近总体甘蔗直径的平均值，没有虫害，成熟健康。选取的甘蔗蔗茎长度2.62.8m，甘蔗蔗茎直径2730mm，甘蔗蔗茎密度1050~1100kg/m3. 1.1.2甘蔗蔗茎根部弹性模量⑴蔗茎截面接近圆形，可以近似地看成一个圆柱体，http://www.cnki.net所以本研究直接采用圆柱体悬臂梁挠度法来计算甘蔗的弹性模量。由材料力学悬臂梁挠度公式可得：切割器在切割甘蔗过程中受到的切割力与切割角、切割深度及滑切角均有关，其单位切割力的经验计算公式为：度；市为切割角；a为滑切角；为系数；T为常数。

　　简化切割模型如所示，甘蔗的*大切割力为：2甘蔗切割破头机理研究甘蔗破头是指切口至地面这段长度的一半以上破裂，同时破裂部分的厚度超过5mm以上，破裂的长度和厚度两项如有一项达不到上述程度的都不能称为简化切割模型破头。甘蔗破头由切割状态、切割力大小、甘蔗物理力学特性等因素决定，其中切割状态主要受切割器结构以及地面不平度等因素影响。

　　2.1往复式切割器切割形式甘蔗切割方式通常分为一刀切割和多刀切割。甘蔗属于粗茎农作物，在收割过程中要适当降低收割机的前进速度，所以很难做到一刀切割。而甘蔗地高低不平，往复式甘蔗收割机的切割器在工作过程中本身振动也比较明显，因此导致在多刀切割时出现如所示的三种切割形式。

　　从可以看出，　　2.2切割破头机理分析甘蔗在进行多刀切割时，由于切口不一致，受切割力以及甘蔗本身物理力学性能的影响导致甘蔗发生破头现象，本文主要考虑其破坏形式的一个主要方面弯曲破坏。多刀切割时*大弯矩发生在Ah*大的两刀处，因此对多刀切割受力分析均可以看作是两刀切割模型，如所示，受力分析如下。

　　由公式可得单位切割力为：甘蔗受力模型简化图如所示。

　　甘蔗受力弯矩图如所示。

　　*易破坏处在**刀切口处：MA=FAh=2PRbAh/cosf.**次切割剩余截面厚度如A第B第刀切口处甘蔗受力模型当*大弯曲正应力a=Mi>时甘蔗将发生W1弯曲破坏，即通常所说的宿根破头。

　　3小结通过甘蔗的结构参数，对甘蔗建立简支梁模型，并求出甘蔗的物理力学参数；通过对往复式甘蔗收割机收割机理的研究，建立甘蔗切割受力以及切破头的力学模型，通过计算分析初步得出甘蔗切破头的切割状态。可为今后深入研究往复式收割器切割甘蔗破头率提供一定的理论基础。