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]。當前國內外市場(chǎng)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。苧麻收獲是整個(gè)苧麻產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)重要環(huán)節， 用工量約占整個(gè)苧麻生產(chǎn)過(guò)程(整地、種、管、收) 的60%以上， 是一項費工費時(shí)的繁重作業(yè)。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和勞務(wù)工價(jià)格提高， 苧麻收獲作業(yè)的花費不斷上升， 苧麻收獲機械研究開(kāi)發(fā)已成為我國苧麻生產(chǎn)迫切需要解決的問(wèn)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)合收割機是麻農的迫切希望， 它對于大幅度降低苧麻種植成本、實(shí)現苧麻機械化種植、促進(jìn)苧麻工農業(yè)現代化生產(chǎn)的發(fā)展具有重要的意義[2]。目前苧麻收獲機械研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)大多在剝制機械， 我國剝麻機械的研制正朝著(zhù)高效、機械化和自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展[3]。而對于苧麻聯(lián)合收割機設計還處在探索階段， 總結國內外相關(guān)單位開(kāi)展了的一系列研究[4]，發(fā)現切割和輸送是苧麻聯(lián)合收割機設計的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。本文通過(guò)對割刀的改進(jìn)， 結合三層齒帶式輸送器， 實(shí)現了對苧麻聯(lián)合收割機設計的優(yōu)化， 提高收割機切割和輸送效率。
1 雙動(dòng)刀切割器設計
1.1 雙動(dòng)刀切割器在苧麻聯(lián)合收割機中的優(yōu)點(diǎn)目前， 苧麻聯(lián)合收割機主要使用單動(dòng)刀往復式切割器和圓盤(pán)刀切割器。單動(dòng)刀切割器結構是切割器梁上安裝有一定數量的護刃器， 每個(gè)護刃器上都有定刀片， 定刀片上部有護舌， 動(dòng)刀桿與動(dòng)刀片位于護舌下部， 當動(dòng)刀片在定刀片上作往復運動(dòng)時(shí)， 利用定刀片和護舌作橫向支承割斷作物， 單動(dòng)刀往復式切割器的特點(diǎn)是只需驅動(dòng)一組動(dòng)刀片作往復運動(dòng)即可。圓盤(pán)刀式切割器也是研究較多的一類(lèi)切割裝置， 屬于回轉式
切割類(lèi)型， 可以通過(guò)調節圓盤(pán)傾角、刀片傾角和圓盤(pán)轉速等因素來(lái)提高切割性能。
單動(dòng)刀往復式切割器和圓盤(pán)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)刀往復式切割器在苧麻切割方面表現不足主要表現： 一是由于動(dòng)刀片運動(dòng)， 定刀片固定， 導致麻桿切割后根部隨動(dòng)刀片運動(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)刀片運動(dòng)軌跡改變導致動(dòng)刀片與定刀片碰撞， 使刀片折斷。圓盤(pán)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， 但易導致麻纖維纏住圓盤(pán)刀的轉動(dòng)軸， 不便清理并增加動(dòng)力消耗， 盡管可以通過(guò)改變圓盤(pán)刀的半徑使纏繞問(wèn)題得到部分解決，但易導致切割器結構龐大和動(dòng)力的浪費。
雙動(dòng)刀式苧麻聯(lián)合收割機克服在使用單動(dòng)刀和圓盤(pán)刀切割器的不足， 采用雙動(dòng)刀往復式切割器。工作時(shí)， 雙動(dòng)刀往復式切割器上下動(dòng)刀作速度相同、行程相等、方向相反往復運動(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]；往復運動(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(wèn)題。
目前雙動(dòng)刀切割器的驅動(dòng)機構一般有兩種： 一是上下動(dòng)刀驅動(dòng)機構位于收割臺兩側， 由兩組曲柄連桿機構分別驅動(dòng)， 需要兩組傳動(dòng)系統， 結構復雜。二是上下動(dòng)刀驅動(dòng)機構位于收割臺同側， 由一組曲柄連桿機構驅動(dòng)兩組并列等長(cháng)搖臂， 實(shí)現上下動(dòng)刀反向運動(dòng)， 由于要實(shí)現一定的動(dòng)刀行程， 搖臂長(cháng)度較大。因此， 上述兩種雙動(dòng)刀切割器驅動(dòng)在苧麻聯(lián)合收割機中均不適宜。針對上述問(wèn)題， 本文設計了一種適用苧麻切割的雙動(dòng)刀切割器。
1.2 雙動(dòng)刀切割器設計方案
本設計以雙偏心輪作為雙動(dòng)刀的驅動(dòng)機構， 并利用“雙偏心輪遠點(diǎn)作反向運動(dòng)” 的原理驅動(dòng)雙動(dòng)刀的連桿臂機構， 并根據動(dòng)刀行程要求， 與連桿臂橫向位移進(jìn)行機構綜合， 設計驅動(dòng)雙動(dòng)刀的連桿臂機構， 驅動(dòng)上動(dòng)刀的連桿臂機構和驅動(dòng)下動(dòng)刀的連桿臂機構呈共面配置。
用于驅動(dòng)行程為100mm、割幅為1 600mm 的雙動(dòng)刀往復式切割器的結構示意圖如圖1 所示。1.3 雙動(dòng)刀切割器工作原理由圖1 可知， 雙動(dòng)刀切割器驅動(dòng)的外動(dòng)力由液壓馬達提供， 馬達帶動(dòng)一對鏈輪4 和與鏈輪同心的偏心輪3 轉動(dòng)， 偏心輪3 通過(guò)調節螺柱2 和關(guān)節軸承13及銷(xiāo)軸9 驅動(dòng)上動(dòng)刀連桿臂8 往復運動(dòng)， 此時(shí)， 上動(dòng)刀連桿臂8 帶動(dòng)上動(dòng)刀桿7 作往復運動(dòng)， 從而使一組鉚接于上動(dòng)刀桿7 的上的動(dòng)刀片11 作往復運動(dòng)； 通過(guò)相同的傳動(dòng)過(guò)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 作往復運動(dòng)。
由于驅動(dòng)上動(dòng)刀連桿臂8 和驅動(dòng)下動(dòng)刀連桿臂14的動(dòng)力由一對鏈輪通過(guò)鏈條傳動(dòng)提供的， 且與其連接的調節螺柱2 和關(guān)節軸承13 及銷(xiāo)軸9 相同， 結合“雙偏心輪遠點(diǎn)作反向運動(dòng)” 的原理， 從而實(shí)現了上下雙動(dòng)刀作速度相同、行程相等、方向相反往復運動(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，基于麻稈先割后輸的要求[6]，膠帶齒頂與雙動(dòng)刀頂部的距離為50mm。
2 試驗
2.1 試驗目的及內容
試驗在“苧麻之鄉” 湖北省咸寧市進(jìn)行， 在該地區苧麻產(chǎn)業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)之一。苧麻品種為中苧一號頭麻， 用游標卡尺、卷尺測量苧麻生長(cháng)特性參數， 測量結果如表1 所示。實(shí)驗主要考核雙動(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， 為機具進(jìn)一步優(yōu)化與提升設計提供依據。
2.2 試驗結果
試驗首先進(jìn)行了雙動(dòng)刀割刀速度影響試驗， 試驗結果如圖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， 當割刀速度慢慢增大后， 切割率和輸送率得到提高， 當割刀速度繼續增大后， 切割率有少量下降， 而輸送率迅速下降， 這主要是因為割刀慣性力隨速度增大而迅速增大造成的。
當雙動(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 結束語(yǔ)
1) 雙動(dòng)刀切割器可以解決麻纖維的纏繞問(wèn)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(dòng)刀式苧麻聯(lián)合收割機進(jìn)行了割刀速度對切割率和輸送率影響的試驗， 結果表明： 通過(guò)調節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)合收割機優(yōu)化設計提供了理論和試驗依據。