摘 要：针对传统切割部件可靠性低，切割效果不好，对较粗的工业大麻（纤维）茎秆适用性差等技术问题，研究设计了一种带有挠性驱动双层刀杆动刀部件的工业大麻（纤维）收获机切割部件。通过田间试验，该部件具有可靠性高、结构合理、作业效果好、阻力小及割茬整齐等特点，完全满足工业大麻（纤维）收获的农艺要求，为提升工业大麻（纤维）收获机的整体技术水平提供了有力的支撑，具有良好的推广前景和巨大的市场潜力。
关键词：切割部件；挠性驱动；双层刀杆
0前言
目前，国内大多采用改装的稻麦收获机具用于工业大麻（纤维）收获作业，然而由于工业大麻（纤维）性状特殊为纤维作物，生长速度较快，植株较高，茎秆粗细长短不匀，韧皮纤维长且柔韧，麻骨较脆而质地坚硬的物理特性，现用的单层刀杆动刀部件在进行切割时，虽能将麻茎切断，但单层刀杆极易弯曲或折断，且刀片薄，易卷刃，可靠性低，尤其对较粗工业大麻（纤维）茎秆适用性差；作业时韧皮纤维切断效果差，常出现割茬不整齐、不一致，并有堵刀故障发生，作业效率低，同时由于驱动摆环箱与切割部件为刚性驱动连接，刀杆易损坏。针对现有技术存在的问题，结合当前工业大麻（纤维）切割作业使用的实际需求，研究设计了一种带有挠性驱动双层刀杆动刀部件的工业大麻（纤维）收获机切割部件。
1总体方案及工作原理
1.1总体方案
工业大麻（纤维）收获机切割部件为工业大麻（纤维）收获机关键技术，切割部件的技术水平直接决定工业大麻（纤维）收获机作业质量的好坏。本装置创新设计了挠性驱动双层刀杆动刀部件，结构如图1所示，优化了刀片参数。工业大麻（纤维）收获机切割部件主要由传动系统、动刀部件、定刀部件、压刃器和摆环箱等组成。定刀部件固定在机架上，动刀部件的挠性驱动杆通过销轴与摆环箱连接完成动力驱动，并由压刃器压装在定刀部件上。
1.2工作原理
作业时，由工业大麻（纤维）收获机输出动力经链轮传动和胶带传动传递到中间分动箱，中间分动箱将动力分动后再由链轮将动力传递到摆环箱，摆环箱驱动带有挠性段的动刀部件往复驱动，动刀部件与定刀部件上的刀片形成直线排列的多个切割单元共同完成切割作业。
2关键零部件设计
2.1动刀部件
动刀部件主要由挠性刀杆、钢性刀杆、切割刀片和挠性驱动杆等组成，具体结构如图2所示，挠性驱动杆又由连接环、挠性段和压刃部件防干涉凸起段连接构成，具体结构如图3所示，连接环内固装摆环箱连接套，摆环箱连接套材料为球墨铸铁具有良好的耐磨性和减震性。在挠性驱动杆下部通过铆接结构从上至下依次固装钢性刀杆、挠性刀杆和切割刀片，至此构成工业大麻（纤维）切割挠性驱动双层刀杆动刀部件。
挠性段随着摆环箱的往复运动驱动力，经摆环箱连接套和连接环的传递，挠性段起到抵消其产生的上下作用力，实现挠动驱动；钢性刀杆与挠性刀杆共同构成双层刀杆，即有钢性，又具有内部挠性；增强了刀杆的强度。
具有结构新颖、合理、简单、作业运行平稳、振动小、切割动力消耗小、切割质量和效果好、使用可靠、不易损坏、作业效率高及作业成本低的特点，技术效果显著且突出。
2.2定刀部件
定刀部件主要由刀台板和切割刀片等组成，刀台板为L形结构，刀台板立边设计有螺丝孔，由螺栓将定刀部件固定在机架上，刀台板水平边设计有切割刀片固定孔并由铆钉将刀台板和切割刀片铆接，刀台板上设计有压刃器固定孔，压刃器固定孔线性排列，压刃器可根据具体结构灵活布置。
2.3压刃器
压刃器由、压刃器楔铁和压刃器调节垫片等组成，具体结构如图4所示，刃器压板与压刃器楔铁铆接在一起构成压刃器主体部分，压刃器压板上设有螺丝孔可通过螺栓将压刃器固定在定刀部件的刀台板上，铆接在压刃器压板另一端的压刃器楔铁将动刀部件与定刀部件压合。压刃器调节垫片为厚度为0.1、0.2、0.5和1.0 mm的薄钢片，可根据实际情况任意组合，实现动刀部件与定刀部件工作间隙的调整。
图1挠性驱动双层刀杆动刀总成与定刀总成配置
1.钢性刀杆2.挠性刀杆3.切割刀片4.挠性驱动杆
图2挠性驱动双层刀杆动刀总成结构
挠性驱动杆2.切割刀片3.钢性刀杆4挠性刀
图3 挠性驱动杆结构
1.连接环2.挠性段3.压刃部件防干涉凸起段
通过实验和优化设计得到切割刀片最优的参数，切割刀片厚度3mm、双侧切割刃夹角56°和切割锋线与刀身倾角2°，切割刀片刃部设计有细小的锯齿，使切割刀片在对工业大麻（纤维）茎秆切割过程中实现良好地滑动切割效果，尤其适应和满足了坚硬且外部带有韧性纤维的工业大麻（纤维）切割需要。
2.4传动系统
工业大麻（纤维）收获机切割部件的传动系统主要由输出链轮、传动轴链轮、传动轴、传动轴胶带轮、中间分动箱输入胶带轮、中间分动箱、中间分动箱输出链轮、摆环箱输入链轮和摆环箱等组成。
动力传递路线为：动力由输出链轮输出传递到传动轴链轮，传动轴链轮带动传动轴将动力传递至传动轴胶带轮，动力再经三角带传递到中间分动箱输入胶带轮，将动力传递到中间分动箱，经中间分动箱分动变向后将动力传递至中间分动箱输出链轮，通过链条将动力传递到摆环箱输入链轮，将动力传递至摆环箱，再由摆环箱摆臂将动力传递到挠性刀杆连接环实现对动刀部件的驱动，完成动力传递。
图4压刃器结构
1.压刃器调节垫片2.压刃器压板3.压刃器楔铁
3田间试验
安装有本项目研制的切割部件的工业大麻（纤维）收获机在黑龙江省青冈县和孙吴县进行了田间试验，实验面积超过20hm2。通过田间试验本项目研制的切割部件具有可靠性高，结构合理，作业效果好，阻力小，割茬整齐等特点，完全满足工业大麻（纤维）收获的农艺要求。该部件的开发有效的解决了传统切割部件部件作业震动大，易损坏，割茬不平整等技术问题，为提升工业大麻（纤维）收获机的整体技术水平提供了有力的支撑。
图5切割刀片结构
4结论
本项目研制的切割部件的核心部件动刀部件为挠性驱动双层刀杆设计，具有结构新颖、合理、简单、作业运行平稳、振动小、切割动力消耗少、切割质量和效果好、使用可靠、不易损坏、作业效率高及作业成本低的特点，技术效果显著且突出。
本项目研制的切割部件整体设计合理，使用成本低，强度好，作业效率高，作业效果好。
该部件的应用有效的解决了现有切割装置的技术瓶颈，为提升工业大麻（纤维）收获机的整体技术水平提供了有力的支撑，具有良好的推广前景和巨大的市场潜力。
参考文献
［1］李宝筏.农业机械学［M］.北京：中国农业出版社，2003.
［2］中国农业机械化科学研究院．农业机械设计手册：下册［M］．北京：中国工业出版社，1971.
［3］公衍峰，曹海峰，王志远，等.4GL-285型工业大麻（纤维）收获机的研究设计［J］.农机使用与维修，2020（7）：11-12.［4］袁洁，尹志宏，朱佳明.基于Inventor的往 复式切割器动刀片强度有限元分析［J］.机械制造，2016，54（11）：12-13，17
［4］袁洁，尹志宏，朱佳明.基于Inventor的往复式切割器动刀片强度有限元分析［J］.机械制造，2016，54（11）：12-13，17
文章摘自 公衍峰,张媛媛,王孝波,张晓伟,赵文才.工业大麻（纤维）收获机切割部件设计[J].农业机械,2021(09):96-97+100.
