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(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)的良好時機。苧麻收獲是整個苧麻產(chǎn)業(yè)中的一個重要環(huán)節(jié)， 用工量約占整個苧麻生產(chǎn)過程(整地、種、管、收) 的60%以上， 是一項費工費時的繁重作業(yè)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和勞務工價格提高， 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)品質量好、纖維損傷小的苧麻聯(lián)合收割機是麻農(nóng)的迫切希望， 它對于大幅度降低苧麻種植成本、實現(xiàn)苧麻機械化種植、促進苧麻工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展具有重要的意義[2]。目前苧麻收獲機械研究開發(fā)的重點大多在剝制機械， 我國剝麻機械的研制正朝著高效、機械化和自動化程度高的方向發(fā)展[3]。而對于苧麻聯(lián)合收割機設計還處在探索階段， 總結國內(nèi)外相關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)合收割機設計的一個瓶頸問題。本文通過對割刀的改進， 結合三層齒帶式輸送器， 實現(xiàn)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 雙動刀切割器設計
1.1 雙動刀切割器在苧麻聯(lián)合收割機中的優(yōu)點目前， 苧麻聯(lián)合收割機主要使用單動刀往復式切割器和圓盤刀切割器。單動刀切割器結構是切割器梁上安裝有一定數(shù)量的護刃器， 每個護刃器上都有定刀片， 定刀片上部有護舌， 動刀桿與動刀片位于護舌下部， 當動刀片在定刀片上作往復運動時， 利用定刀片和護舌作橫向支承割斷作物， 單動刀往復式切割器的特點是只需驅動一組動刀片作往復運動即可。圓盤刀式切割器也是研究較多的一類切割裝置， 屬于回轉式
切割類型， 可以通過調節(jié)圓盤傾角、刀片傾角和圓盤轉速等因素來提高切割性能。
單動刀往復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)： 一是由于動刀片運動， 定刀片固定， 導致麻桿切割后根部隨動刀片運動方向的慣性較大， 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， 易使動刀片運動軌跡改變導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， 但易導致麻纖維纏住圓盤刀的轉動軸， 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，但易導致切割器結構龐大和動力的浪費。
雙動刀式苧麻聯(lián)合收割機克服在使用單動刀和圓盤刀切割器的不足， 采用雙動刀往復式切割器。工作時， 雙動刀往復式切割器上下動刀作速度相同、行程相等、方向相反往復運動切割麻桿，其優(yōu)點是：切割速度大，在行程相同時其切割速度是單動刀的2 倍[5]；往復運動慣性力相互抵消， 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動機構一般有兩種： 一是上下動刀驅動機構位于收割臺兩側， 由兩組曲柄連桿機構分別驅動， 需要兩組傳動系統(tǒng)， 結構復雜。二是上下動刀驅動機構位于收割臺同側， 由一組曲柄連桿機構驅動兩組并列等長搖臂， 實現(xiàn)上下動刀反向運動， 由于要實現(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動在苧麻聯(lián)合收割機中均不適宜。針對上述問題， 本文設計了一種適用苧麻切割的雙動刀切割器。
1.2 雙動刀切割器設計方案
本設計以雙偏心輪作為雙動刀的驅動機構， 并利用“雙偏心輪遠點作反向運動” 的原理驅動雙動刀的連桿臂機構， 并根據(jù)動刀行程要求， 與連桿臂橫向位移進行機構綜合， 設計驅動雙動刀的連桿臂機構， 驅動上動刀的連桿臂機構和驅動下動刀的連桿臂機構呈共面配置。
用于驅動行程為100mm、割幅為1 600mm 的雙動刀往復式切割器的結構示意圖如圖1 所示。1.3 雙動刀切割器工作原理由圖1 可知， 雙動刀切割器驅動的外動力由液壓馬達提供， 馬達帶動一對鏈輪4 和與鏈輪同心的偏心輪3 轉動， 偏心輪3 通過調節(jié)螺柱2 和關節(jié)軸承13及銷軸9 驅動上動刀連桿臂8 往復運動， 此時， 上動刀連桿臂8 帶動上動刀桿7 作往復運動， 從而使一組鉚接于上動刀桿7 的上的動刀片11 作往復運動； 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 作往復運動。
由于驅動上動刀連桿臂8 和驅動下動刀連桿臂14的動力由一對鏈輪通過鏈條傳動提供的， 且與其連接的調節(jié)螺柱2 和關節(jié)軸承13 及銷軸9 相同， 結合“雙偏心輪遠點作反向運動” 的原理， 從而實現(xiàn)了上下雙動刀作速度相同、行程相等、方向相反往復運動。
同時為了提高雙動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?shù)囊骩6]，膠帶齒頂與雙動刀頂部的距離為50mm。
2 試驗
2.1 試驗目的及內(nèi)容
試驗在“苧麻之鄉(xiāng)” 湖北省咸寧市進行， 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， 用游標卡尺、卷尺測量苧麻生長特性參數(shù)， 測量結果如表1 所示。實驗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， 為機具進一步優(yōu)化與提升設計提供依據(jù)。
2.2 試驗結果
試驗首先進行了雙動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， 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(xù)增大后， 切割率有少量下降， 而輸送率迅速下降， 這主要是因為割刀慣性力隨速度增大而迅速增大造成的。
當雙動刀速度為0.5m/s、輸送帶速度為0.4m/s時， 其切割率≥93.5%和輸送率≥80.6%。
3 結束語
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)合收割機進行了割刀速度對切割率和輸送率影響的試驗， 結果表明： 通過調節(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)合收割機優(yōu)化設計提供了理論和試驗依據(jù)。