甘蔗收獲作業(yè)工作量約占甘蔗種植作業(yè)工作總量的55％，其中剝?nèi)~時間約占甘蔗收獲時間的60％左右，是甘蔗收獲作業(yè)中時間最長、勞動強度最大的作業(yè)環(huán)節(jié)，也是影響甘蔗種植機械化作業(yè)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。美國、巴西、古巴、澳大利亞等國的甘蔗種植多為大規(guī)模連片種植，已基本實現(xiàn)種、管、收全程機械化作業(yè)，甘蔗收獲大都應(yīng)用高效的大功率聯(lián)合收獲機 ，在甘蔗收獲 前先用火焚燒甘蔗莖葉，再由大型聯(lián)合收獲機將甘蔗切為蔗段，并由收獲機上的軸流式抽風(fēng)機去除剩余包葉，收獲機不設(shè)剝?nèi)~機構(gòu)。中國、日本、印度、泰國、菲律賓等亞洲國家的蔗區(qū)多為丘陵地帶，山坡地、小塊地居多，地形復(fù)雜，甘蔗種植不規(guī)則、不成片，不適合使用大型聯(lián)合收獲機作業(yè)，主要推廣由甘蔗收獲機、甘蔗剝?nèi)~機 和運輸機械組成的小型分段式收獲系統(tǒng)，甘蔗剝?nèi)~主要使用獨立式甘蔗剝?nèi)~機或在整桿式甘蔗收獲機上安裝剝?nèi)~機構(gòu)完成。 剝?nèi)~機構(gòu)是甘蔗剝?nèi)~機的核心裝置。自20世紀80年代以來，我國相關(guān)科研院所和高等院校加大了對包括甘蔗剝?nèi)~機在內(nèi)的甘蔗收獲機械的研制力度，并從13本、澳大利亞等國引進先進機型進行消化吸收，成功研制出一批主要技術(shù)指標達到國外同類機型水平的剝?nèi)~機，主要配置離心滾筒式剝?nèi)~機構(gòu)。從整體上看，我國研制的各型甘蔗剝?nèi)~機，剝?nèi)~效果仍不理想，含雜率、傷皮率、折斷率以及剝?nèi)~元件壽命、整機適應(yīng)性等主要技術(shù)指標仍不能滿足市場要求，尤其是剝?nèi)~元件壽命短和含雜率高兩大關(guān)鍵技術(shù)問題仍未能取得根本性突破，影響甘蔗剝?nèi)~機的推廣使用。因此，加強甘蔗剝?nèi)~機構(gòu)的研制，對于提升我國甘蔗種植業(yè)的機械化作業(yè)水平，具有重要的現(xiàn)實意義。

離心滾筒式剝?nèi)~機構(gòu)存在的主要問題分析

目前國內(nèi)市場上的整桿式甘蔗收獲機或獨立式甘蔗剝?nèi)~機，大多配置由送料輪、剝?nèi)~滾筒、剝?nèi)~元件等部分組成的離心滾筒式剝?nèi)~機構(gòu)，如圖1所示。甘蔗由送料輪喂人剝?nèi)~機構(gòu)，利用剝?nèi)~元件高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心摩擦力打擊甘蔗莖桿而將蔗葉剝除 。一般使用柴油機、汽油機或 手扶拖拉機為配套動力，常用的剝?nèi)~元件材料有鋼絲繩、鋼刷、橡膠指、尼龍絲和環(huán)鏈等。

離心滾筒式剝?nèi)~機構(gòu)存在的主要問題如下：
(1)剝?nèi)~效果不理想。限于甘蔗剝?nèi)~機理方面的問題，離心滾筒式甘蔗剝?nèi)~機構(gòu)在剝?nèi)~時，甘蔗莖葉不是被剝落，而是依靠剝?nèi)~元件對蔗葉 的反復(fù)擊打、摩擦、扯拽而使之脫落，剝?nèi)~元件對甘蔗表皮的損傷大。剝?nèi)~滾筒一般沿甘蔗徑向?qū)ΨQ布置兩個，不論剝?nèi)~元件在剝?nèi)~滾筒上如何 裝夾，均會存在剝?nèi)~肓區(qū)，剝?nèi)~不干凈，含雜率、傷皮率較高。

(2) 剝?nèi)~元件壽命短。剝?nèi)~元件在工作中受 打擊力、摩擦力大，且屬周期性變化的交變應(yīng)力， 橡膠指、尼龍絲等剝?nèi)~元 件易磨損，鋼絲、鋼刷等剝?nèi)~元件則易發(fā)生疲勞折 斷，一般處理甘蔗不超過55噸，且鋼絲、鋼刷剝?nèi)~ 元件的傷皮率較高。環(huán)鏈 剝?nèi)~元件的使用壽命相對較長，但傷皮率高，剝?nèi)~ 后的甘蔗須盡快安排壓榨處理，與國內(nèi)蔗糖業(yè)的生產(chǎn)管理水平不相適應(yīng)，難以為國內(nèi)糖廠和廣大蔗農(nóng)接受。

(3)剝?nèi)~元件維護不便。為增強甘蔗剝?nèi)~機對山坡地的適應(yīng)能力，國內(nèi)的甘蔗剝?nèi)~機大都設(shè)計得比較小巧，剝?nèi)~元件一般安裝在一個相對密封的狹小空間內(nèi)，開放性差，操作空間小，剝?nèi)~ 元件的維護、更換麻煩。

(4)自適應(yīng)能力差。我國蔗區(qū)主要分布在廣東、廣西、福建、海南等南方省區(qū)，均為熱帶或亞熱帶臺風(fēng)地帶，甘蔗種植期間多臺風(fēng)和陰雨天氣，甘蔗倒伏多，彎曲度大且不規(guī)則。離心滾筒式剝?nèi)~機構(gòu)的輸送傳動裝置大多采用固定結(jié)構(gòu)， 前、后送料輪之間的相對距離固定或可調(diào)范圍小，有些剝?nèi)~機的上、下剝?nèi)~滾筒也采用固定結(jié)構(gòu)，難以自動適應(yīng)不同蔗徑和不同彎曲度的甘蔗剝?nèi)~，甘蔗剝?nèi)~機的折斷率較高。

彈簧鉸鏈式自適應(yīng)剝?nèi)~機構(gòu)設(shè)計

尾葉切剝機構(gòu)

尾葉切剝是甘蔗剝?nèi)~的第一道工序，其目的 是將蔗尾切除，并將甘蔗尾部的嫩葉剝落，為甘蔗莖葉剝落做好準備。尾葉切剝機構(gòu)主要由切尾鋸片、切尾刀筒、尾葉剝落刀安裝桿、尾葉剝落刀等部分構(gòu)成，如圖2所示。

切尾刀筒由原動機通過傳動機構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。刀筒上開設(shè)有兩個對稱的刀桿安裝口，以方便尾葉剝落刀安裝桿和尾葉剝落刀的安裝與維修，同時用作尾葉出料口，剝下的蔗尾嫩葉由刀桿安裝口排出。切尾鋸片用螺釘固定在刀筒上，尾葉剝 落刀安裝桿通過轉(zhuǎn)動銷安裝在刀筒上并由彈簧壓緊，尾葉剝落刀用螺釘緊固在安裝桿內(nèi)，如圖2(b)所示。

切剝尾葉時，切尾鋸片、尾葉剝落刀安裝桿以及尾葉剝落刀隨切尾刀筒高速旋轉(zhuǎn)，利用鋸片切除蔗尾后，將甘蔗送入切尾刀筒，高速旋轉(zhuǎn)的尾葉剝落刀在彈簧力和離心力的共同作用下壓緊在蔗桿表面，利用尾葉剝落刀對甘蔗的切割作用而將蔗尾嫩葉剝落。由于尾葉剝落刀安裝桿設(shè)計為彈簧鉸鏈機構(gòu)，可繞轉(zhuǎn)動銷軸線旋轉(zhuǎn)，因而可以自動適應(yīng)甘蔗蔗徑的大小變化，如圖2(a)所示。

主剝?nèi)~機構(gòu)設(shè)計主剝?nèi)~機構(gòu)主要由送料輪、剝?nèi)~刀、彈簧鉸鏈機構(gòu)等部分構(gòu)成。左、右剝?nèi)~刀和下剝?nèi)~刀通過鉸鏈與固定的機架連接，并由彈簧壓緊，剝?nèi)~刀桿可繞鉸鏈轉(zhuǎn)動以自動適應(yīng)甘蔗蔗徑的變化。不剝?nèi)~時，左、右剝?nèi)~刀在彈簧力的作用下閉合，上剝?nèi)~刀在平衡塊的重力作用下向上張開以方便甘蔗喂人，下剝?nèi)~刀則在彈簧力作用下向上抬起。為方便甘蔗喂人剝?nèi)~機構(gòu)，在左、右剝?nèi)~刀的上部焊接有兩塊V形導(dǎo)向板，如圖3所示。甘蔗剝?nèi)~時，將切尾后的甘蔗從v形導(dǎo)向板向下壓人剝?nèi)~機構(gòu)并向前喂人送料輪，利用送料輪與甘蔗之間的摩擦力將甘蔗自動向前輸送。此時，甘蔗將平衡塊向上托起，使上剝?nèi)~刀向下轉(zhuǎn)動而壓緊在蔗桿上表面，左、右剝?nèi)~刀和下剝?nèi)~刀則在彈簧力的作用下壓緊在蔗桿表面，四把剝?nèi)~刀呈同心圓包裹住甘蔗莖桿，利用剝?nèi)~刀與甘蔗之間的相對運動而將甘蔗莖葉鏟剝脫落。

為適應(yīng)不同蔗徑的甘蔗通過，在前、后兩個上送料輪的上方安裝有調(diào)節(jié)彈簧，當甘蔗蔗徑變化時，兩個上送料輪均可上、下浮動，從而自動 適應(yīng)甘蔗蔗徑的變化。為適應(yīng)不同彎曲度的甘蔗通過，后送料輪的安裝位置固定，前料輪的安裝 位置則可利用安裝架上的槽形結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，從而適應(yīng)不同彎曲度的甘蔗通過，避免甘蔗因彎曲度過大而折斷，如圖4所示。

剝?nèi)~效果分析

剝?nèi)~機設(shè)計為雙工位手推車式，在主剝?nèi)~機構(gòu)左 右兩側(cè)配置兩個尾葉切剝機構(gòu)，如圖5所示。剝?nèi)~機以 2.27kW柴油機為配套動 力，動力轉(zhuǎn)速3000r/min， 送料輪轉(zhuǎn)速800r/min，切尾刀筒轉(zhuǎn)速2400r/min。剝?nèi)~試驗數(shù)據(jù)如下：含雜率≤ 3％，折斷率≤3％，傷皮率≤2％ ，生產(chǎn)率≥800根/h， 油耗≤0.9kg/t。

主要結(jié)論

(1)剝?nèi)~效果好。四把剝?nèi)~刀呈同心圓壓緊在蔗桿表面，對甘蔗莖葉進行鏟剝式剝?nèi)~，不留剝?nèi)~肓區(qū)，剝?nèi)~干凈徹底。只要左、右剝?nèi)~刀和下剝?nèi)~刀的彈簧預(yù)緊力調(diào)整合適，即可較好地控制剝?nèi)~刀對蔗莖表皮的損傷，較好地克服了離心滾筒式剝?nèi)~機構(gòu)含雜率和傷皮率高的問題，剝?nèi)~效果好。

(2)自適應(yīng)能力強。尾葉切剝機構(gòu)和主剝?nèi)~機構(gòu)的剝?nèi)~刀均設(shè)計為彈簧鉸鏈機構(gòu)，兩個上送料輪設(shè)計為彈性浮動結(jié)構(gòu)，能夠自動適應(yīng)甘蔗蔗徑的變化。前、后送料輪之間的相對距離可調(diào)，在將甘蔗適當分組后，能夠較好地適應(yīng)不同彎曲度的甘蔗剝?nèi)~，剝?nèi)~機構(gòu)的自適應(yīng)能力較強。

(3)剝?nèi)~刀使用壽命長，維護維修方便。剝?nèi)~刀使用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作并經(jīng)熱處理，抗磨損能力強。采用鏟剝式剝?nèi)~，避免了離心打擊式剝?nèi)~法的交變應(yīng)力，剝?nèi)~刀的使用壽命長。四把主剝?nèi)~刀安裝在剝?nèi)~機構(gòu)的外部，尾葉剝落刀則安裝在切尾刀筒開口處的安裝桿上并由螺釘鎖緊，結(jié)構(gòu)上完全開放，拆裝、維護、更換方便。尾葉剝落刀安裝桿通過轉(zhuǎn)動銷與切尾刀筒聯(lián)接， 轉(zhuǎn)動銷由切尾鋸片封裝在切尾刀筒內(nèi)，卸下切尾鋸片，利用內(nèi)六角螺釘取出轉(zhuǎn)動銷，即可方便地將尾葉剝落刀安裝桿整體取出，安裝、維護非常方便。