王方艷，王東偉

4TSQ-2型甜菜切頂機(jī)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

王方艷，王東偉※

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，青島 266109）

針對(duì)甜菜分段收獲技術(shù)需求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外甜菜收獲技術(shù)及裝備，該文提出了一種甜菜秧纓粉碎與頂部定切厚方式，并設(shè)計(jì)了切頂機(jī)。該切頂機(jī)主要由碎纓清理裝置和仿形切頂裝置組成，可一次完成甜菜纓葉的粉碎及青頭的切削。理論分析了該機(jī)的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)參數(shù)及傳動(dòng)配置關(guān)系，確定了輥軸上2排甩刀或4排橡膠條的排列方式、25片/m的甩刀排列密度和26片/m的橡膠條排列密度，以及甩刀、橡膠條的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過(guò)對(duì)仿形切頂裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，明確了連架桿、仿形板及切刀決定仿形效果及切頂質(zhì)量，并確定了位置仿形機(jī)構(gòu)和定厚切頂機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)的切頂合格率為93.6%，多切率為2.1%，滿足甜菜切頂收獲的指標(biāo)要求。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；甜菜；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)；切頂機(jī)

0 引 言

甜菜是中國(guó)重要的糖原料，對(duì)新疆、內(nèi)蒙、黑龍江等甜菜主產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用[1-2]。甜菜收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度還有待于提高。尤其，隨著勞動(dòng)力資源的短缺，甜菜收獲成本逐年增加，逐漸影響到種植戶的經(jīng)濟(jì)效益。甜菜的碎纓切頂作業(yè)是收獲環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要內(nèi)容。纓葉粉碎及青頭切除的質(zhì)量，決定著甜菜的收獲效果和甜菜的產(chǎn)糖率。如何針對(duì)中國(guó)甜菜種植現(xiàn)狀及動(dòng)力配置的國(guó)情，研制性能穩(wěn)定、易于推廣的甜菜切頂機(jī)被逐漸提上日程。

針對(duì)甜菜碎纓切頂技術(shù)及裝備的研究，始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)歷了由分段收獲到聯(lián)合收獲的研究過(guò)程，主要為用于直播甜菜的多行分段定厚切頂機(jī)及高速聯(lián)合變厚切頂設(shè)備[3-6]。分段甜菜切頂機(jī)多采用多個(gè)高速回轉(zhuǎn)輥軸帶動(dòng)甩刀（或橡膠條）碎纓，隨地仿形切刀定厚切青頂。該類機(jī)械輥軸碎纓及切頂效果好、損傷率低，主要適于中低速的拖拉機(jī)牽引作業(yè)，如美國(guó)艾美特公司研制的多行甜菜切頂機(jī)。日本的滾輪切頂機(jī)結(jié)構(gòu)小巧，采用主動(dòng)滾輪碎纓，配合切刀機(jī)構(gòu)定厚切削，主要適于低速分段收獲。聯(lián)合甜菜收獲機(jī)多采用單回轉(zhuǎn)輥軸帶動(dòng)甩刀高速碎纓，利用隨地浮動(dòng)的變厚切頂裝置實(shí)時(shí)調(diào)整切頂厚度，實(shí)現(xiàn)高效低損收獲，如德國(guó)格立莫機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的甜菜聯(lián)合收獲[7]。這些國(guó)外切頂機(jī)性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了機(jī)-電-液的技術(shù)融合，但因功耗大、價(jià)格相對(duì)較高，在中國(guó)推廣應(yīng)用效果不夠理想。

中國(guó)自主研發(fā)的甜菜切頂機(jī)以分段式切頂方式為主，適于聯(lián)合收獲的碎纓切頂技術(shù)及裝備還不成熟[8-13]?，F(xiàn)有的碎纓切頂機(jī)主要分為2種工作組合方式：一種為甩刀組+仿形切頂機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便，適合直播、中產(chǎn)的甜菜收獲作業(yè)，且纓葉殘留過(guò)多會(huì)降低甜菜的切頂效果，如漢美4TGQ-2甜菜割葉切頂機(jī)；另一種為滾動(dòng)圓盤仿形器+平刀切頂機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)具繁重，適合纓葉及雜草不密集、低速作業(yè)的甜菜收獲，且密集的纓葉及雜草會(huì)降低切頂?shù)馁|(zhì)量[14-28]，如中機(jī)美諾科技股份有限公司研制的TQ2型甜菜切頂機(jī)。在自走式聯(lián)合收獲裝備推廣前，采用定切厚切頂方式的甜菜切頂機(jī)的性價(jià)比較高，適合當(dāng)前中國(guó)農(nóng)戶的甜菜種植規(guī)模、生產(chǎn)力及購(gòu)買力，將是當(dāng)下甜菜切頂收獲的主要機(jī)型[29-31]。因此，結(jié)合甜菜的種植狀況，提出一種甜菜秧纓粉碎與頂部定切厚收獲方式，先采用回轉(zhuǎn)輥軸帶動(dòng)甩刀粉碎甜菜纓葉，然后借用2根對(duì)轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)輥軸帶動(dòng)橡膠條清理甜菜青頭上殘余的纓葉。研制的甜菜切頂機(jī)可適應(yīng)不同生長(zhǎng)狀態(tài)的甜菜，且保證甜菜纓葉的清除效果，提高甜菜切頂厚度的穩(wěn)定及整體切頂質(zhì)量。研究成果有利于推進(jìn)甜菜全程機(jī)械化生產(chǎn)的進(jìn)程，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)

1.1 結(jié)構(gòu)及原理

甜菜切頂機(jī)由牽引架、傳動(dòng)系統(tǒng)、碎纓機(jī)構(gòu)、清纓機(jī)構(gòu)、位置仿形機(jī)構(gòu)、定厚切頂機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、油缸等組成，可一次完成甜菜挖掘收獲前的纓葉清除及青頭切除作業(yè)。其中，碎纓機(jī)構(gòu)和清纓機(jī)構(gòu)組成碎纓清理裝置，位置仿形機(jī)構(gòu)和定厚切頂機(jī)構(gòu)組成仿形切頂裝置。4TSQ-2型甜菜碎纓切頂機(jī)可根據(jù)工作需要調(diào)整碎纓機(jī)構(gòu)和仿形切頂機(jī)構(gòu)的高度，完成甜菜纓葉的粉碎還田，有利于保持土壤肥力。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.牽引架 2.液壓油缸 3.傳動(dòng)系統(tǒng) 4.碎纓機(jī)構(gòu) 5.清纓機(jī)構(gòu)a 6.清纓機(jī)構(gòu)b 7. 位置仿形機(jī)構(gòu) 8.調(diào)壓機(jī)構(gòu) 9.定厚切頂機(jī)構(gòu) 10.行走機(jī)構(gòu)

工作時(shí)，4TSQ-2型甜菜切頂機(jī)借助液壓油缸調(diào)整甜菜切頂機(jī)的工作位置，并在拖拉機(jī)的牽引下前行；拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸由傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)碎纓機(jī)構(gòu)高速回轉(zhuǎn)，將一定高度的纓葉打掉，并借助2個(gè)清纓機(jī)構(gòu)的對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)，將甜菜青頭上殘留的纓葉除去，保證后續(xù)切頂工序的順暢。采用這種分層清理纓葉的工作方式，即除掉了甜菜的纓葉，又可以降低甜菜的損傷。在位置仿形機(jī)構(gòu)的輔助下，切頂機(jī)構(gòu)伴隨甜菜頂?shù)牡厣细叨茸兓鸱\(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)保障切刀與甜菜青頭的相對(duì)位置，完成定厚切頂作業(yè)。

1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)

該機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)械傳動(dòng)，由變速箱、輸入軸和帶輪等組成，具體傳動(dòng)線路如圖2所示。該系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)變速箱將動(dòng)力變速及轉(zhuǎn)向，分別帶動(dòng)碎纓機(jī)構(gòu)和清纓機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，并要求甩刀和橡膠條轉(zhuǎn)向及速度配置合理。預(yù)試驗(yàn)表明，因甜菜青頭近似為球面，單個(gè)清理輥或2個(gè)清理輥的同向轉(zhuǎn)動(dòng)，僅能清理甜菜青頭半球面上的纓葉，不能有效清除甜菜青頭上的全部幼葉或殘余雜物，以滿足甜菜收購(gòu)條件。所以，本文設(shè)計(jì)的2個(gè)清纓輥的旋轉(zhuǎn)方向相反。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540 r/min，通過(guò)齒輪箱將動(dòng)力分別傳遞給左右皮帶輪，且清纓輥軸a與清纓輥軸b的旋轉(zhuǎn)方向相反，轉(zhuǎn)速相同。預(yù)備試驗(yàn)表明，橡膠條與同一棵甜菜塊根的接觸頻次應(yīng)小于30次/min，以保證甜菜纓葉的去除效果及甜菜塊根的低損傷。初定各個(gè)輥軸的轉(zhuǎn)速。清纓輥軸與碎纓輥軸傳動(dòng)比為10∶11。輸入軸與清纓輥軸的傳動(dòng)比為11∶14。

1.輸入軸 2.變速箱 3.碎纓輥軸 4.清纓輥軸a 5.清纓輥軸b

2 碎纓清理裝置

碎纓清理裝置由碎纓機(jī)構(gòu)和清纓機(jī)構(gòu)組成，分別完成甜菜纓葉的粉碎和殘余葉柄的清理，保證甜菜青頭部分的潔凈，降低殘余纓葉對(duì)后續(xù)切頂位置及切頂厚度的干擾。該裝置主要由甩刀、銷軸、輥軸、箍、橡膠條、隔套等組成，如圖3所示。圖3a為碎纓機(jī)構(gòu)示意圖，其中：甩刀為鋼刀，其作用是將距離甜菜青頭一定高度的纓葉粉碎、拋散；甩刀通過(guò)隔套間隔均勻分布在銷軸上，可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)；銷軸通過(guò)螺栓固定在輥軸兩側(cè)的箍上，箍固定在輥軸上并隨輥軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3b為清纓機(jī)構(gòu)示意圖，其中：橡膠條有一定的柔韌性，其作用是清理甜菜青頭部位的殘余葉柄、纓葉及雜質(zhì)；橡膠條與銷軸的連接方式、銷軸在箍上的固定方式、箍與輥軸的連接方式，均與碎纓機(jī)構(gòu)相關(guān)部件之間的連接方式相似。

1.甩刀 2.銷軸 3.輥軸 4.箍 5.橡膠條 6. 隔套

1.Rotary knife 2. Pin shaft 3. Roller shaft 4. Hoop 5. Rubber strip 6. Spacer

注：1為銷軸在輥軸分布角度，（°）；為作業(yè)幅寬，mm；為輥軸的直徑，mm

Note:1is angle of pin shaft in roller shaft, (°);is working width, mm;is diameter of the roller shaft, mm

圖3 碎纓清理裝置

Fig.3 Device for smashing and cleaning leaf

2.1 排列方式

工作中，碎纓清理裝置對(duì)甜菜纓葉的粉碎屬于無(wú)支撐切割，碎纓機(jī)構(gòu)和清纓機(jī)構(gòu)均為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，依靠擊打去除甜菜的纓葉，對(duì)甩刀和橡膠條端點(diǎn)的線速度要求較高。甩刀和橡膠條端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，為其繞軸心的圓周運(yùn)動(dòng)與機(jī)具的前進(jìn)速度的合成，運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線。在工作時(shí)，甩刀和橡膠條在離心力的作用下回轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)形式和軌跡受到纓葉數(shù)量和狀態(tài)的影響，工作狀態(tài)、切割力及振動(dòng)都具有隨機(jī)性。合理的排列關(guān)系，不僅可以提高纓葉的粉碎質(zhì)量，還可以保證機(jī)具運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和工作性能。

在高速穩(wěn)定作業(yè)條件下，甩刀（或橡膠條）與輥軸鉸接穩(wěn)定，一般按照等距離排列。在作業(yè)幅寬、輥軸轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度m一定的條件下，甩刀（或橡膠條）的數(shù)目過(guò)多，消耗能量大，并造成一定的作物損傷；數(shù)量過(guò)少，則達(dá)不到纓葉粉碎和清理的效果。則，甩刀（或橡膠條）的排列密度定義為

式中為甩刀或橡膠條的數(shù)量；為機(jī)具的作業(yè)寬幅，m。

當(dāng)輥軸上安裝了排甩刀或橡膠條時(shí)，前后相鄰甩刀（或橡膠條）的工作間距為進(jìn)距，則進(jìn)距應(yīng)滿足

式中m為機(jī)具前進(jìn)速度，m/s；為輥軸圓周甩刀或橡膠條的排數(shù)；為輥軸的轉(zhuǎn)速，r/min；為工作進(jìn)距，m。

一般，進(jìn)距要小于甩刀（或橡膠條）的擊打區(qū)的大小，以避免纓葉的遺漏，影響粉碎及去除纓葉的效果。提高輥軸的轉(zhuǎn)速、降低機(jī)具前進(jìn)速度、增加輥軸圓周上甩刀（或橡膠條）的排數(shù)，都可以減小碎纓機(jī)構(gòu)及清理機(jī)構(gòu)的進(jìn)距，從而提高纓葉的粉碎效果。但降低機(jī)具的前進(jìn)速度，生產(chǎn)率會(huì)降低；提高輥軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大，機(jī)具穩(wěn)定性相對(duì)降低；增加甩刀（或橡膠條）的分布排數(shù)，使得甩刀（或橡膠條）的空隙少，容易發(fā)生草的纏繞擁堵。同時(shí)，甩刀（或橡膠條）的分布排數(shù)較少，軸的轉(zhuǎn)速過(guò)高，則打擊力過(guò)大，機(jī)具功耗、振動(dòng)大，甜菜青頭易損傷、輥軸壽命降低，不宜采用。

結(jié)合甜菜纓葉的自然狀態(tài)高度為400～500 mm，甜菜青頭的離地面高度為30～80 mm，甜菜纓葉的生長(zhǎng)分布范圍半徑為200～250 mm，確定輥軸的直徑為210 mm。甜菜青頂高約為30 mm，直徑約100 mm，甜菜青頭輪廓近似為半球體，則橡膠條的工作區(qū)域可近似為底長(zhǎng)100 mm，高為30 mm的等腰三角形?？紤]刀（或橡膠條）的位置關(guān)系，避免相互的運(yùn)動(dòng)干涉及纓葉的漏打，確定2排甩刀和4排橡膠條的排列方式。2排甩刀均勻布置于碎纓輥軸的圓周上，甩刀與25 mm的隔套間隔安裝于銷軸；4排橡膠條分別均勻布置于清纓輥軸a（或清纓輥軸b）的圓周上，采用橡膠條和隔套的間隔布置，確保纓葉清理效果穩(wěn)定、防漏、避堵，具體如圖3所示。預(yù)試驗(yàn)確定刀的排列密度為25片/m，橡膠條的排列密度為26片/m。

2.2 受力分析

在高速作業(yè)下，輥軸帶動(dòng)甩刀（或橡膠條）以角速度回轉(zhuǎn)，與纓葉（或甜菜）產(chǎn)生較大的周期性瞬間碰撞力，將青頭上的葉柄、雜質(zhì)清除。在離心力的作用下，甩刀（或橡膠條）做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且處于輥軸的徑向位置，但受纓葉（或甜菜）接觸的阻力，甩刀（或橡膠條）位置會(huì)產(chǎn)生偏離角，并做周期性受載及變形。工作中，甩刀（或橡膠條）主要受重力、離心慣性力、工作阻力、銷軸給予的摩擦阻力。在高速穩(wěn)定工作狀態(tài)，銷軸相對(duì)甩刀（或橡膠條）穩(wěn)定靜止，甩刀對(duì)銷軸的合力矩為零。設(shè)輥軸的中心為，銷軸中心為，模型桿的質(zhì)心為，工作阻力作用點(diǎn)為點(diǎn)，忽略甩刀（或橡膠條）的結(jié)構(gòu)尺寸、其與銷軸間的摩擦阻力，則甩刀（或橡膠條）的力矩滿足式（3），簡(jiǎn)化模型如圖4所示。

式中1為離心力，N；2為工作阻力，N；1為模型桿長(zhǎng)，mm；2為質(zhì)心到銷軸的距離，mm；為模型桿的質(zhì)量，kg；為重力加速度，m/s2；為之間的夾角，（°）；2為離心力1的力臂，mm。

注：1為質(zhì)心到輥軸的距離，mm；2為離心力1的力臂，mm；3為銷軸到輥軸的距離，mm；1為模型桿長(zhǎng)，mm；2為質(zhì)心到銷軸的距離，mm；1為離心力，N；2為工作阻力，N；為模型桿的重力，N；為輥軸的中心；點(diǎn)為工作阻力作用點(diǎn)；為銷軸中心；為模型桿的質(zhì)心。

Note:1is the distance from centroidto roller center,mm;2is the arm of the centrifugal force1, mm;3is the distance from pin shaftto roller, mm;1is the length of the model rod, mm;2is the distance from centroidto pin shaft,mm;1is the centrifugal force, N;2is the working resistance, N;is the gravity of the model rod, N;is the center of the roller;is the work resistance action point;is the center of the pin shaft;is the centroid of model rod.

Fig.4 Loaded schematic

圖4 受力簡(jiǎn)圖

式中1為模型桿質(zhì)心到輥軸的距離，mm。

式中3為銷軸中心到輥軸中心的距離mm

聯(lián)立式（3）、（4）和（5），得式（6）

在甩刀（或橡膠條）的工作中偏離角越小，碎纓及除葉柄效果越好，可以有效提高工作質(zhì)量。在工作阻力一定的條件下，增加甩刀（或橡膠條）的質(zhì)量、角速度輥軸與銷軸的距離都可以減小偏離角；當(dāng)甩刀（或橡膠條）結(jié)構(gòu)尺寸一定時(shí)，將甩刀（或橡膠條）的質(zhì)心向遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置移動(dòng)有助于減小偏離角。但質(zhì)量越大，整機(jī)的工作負(fù)載增大；角速度越大，甩刀（或橡膠條）的離心慣性力越大，易發(fā)生振動(dòng)和零部件失效。因此，需要根據(jù)工作實(shí)際要求，確定合理結(jié)構(gòu)尺寸及回轉(zhuǎn)速度。

2.3 甩刀參數(shù)

注：L3為甩刀長(zhǎng)度，mm；ε1為刃角，（°）；φ為彎角，（°）；β1為滑切角，（°）；B1為甩刀寬度，mm。

2.4 橡膠條參數(shù)

在輥軸高速回轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下，橡膠條依靠離心力高速轉(zhuǎn)動(dòng)，借助其對(duì)甜菜青頭部位殘余纓葉的柔性抽打和摩擦，將青頭殘葉、雜物清理干凈。利用柔性橡膠條的抽打，從2個(gè)方向除去甜菜的青頭上的纓葉殘留。當(dāng)抽打及摩擦力大于葉柄等與甜菜青頭的聯(lián)結(jié)力時(shí)，橡膠條的抽打次數(shù)越少越好。當(dāng)抽打次數(shù)增加時(shí)，機(jī)具的功率增加，對(duì)甜菜的損傷也會(huì)增加。清理機(jī)構(gòu)的工作性能主要取決于橡膠條給予甜菜的抽打次數(shù)、橡膠條的合理形狀及葉柄與青頂?shù)穆?lián)結(jié)力。

橡膠條主要完成甩刀打纓后的后續(xù)葉柄清理，主要參數(shù)為寬度2、厚度、長(zhǎng)度4等，結(jié)構(gòu)如圖6所示通常甩刀留葉柄高度為50～80 mm，且甜菜青頭高度約為30 mm。結(jié)合輥軸尺寸、甜菜纓葉生長(zhǎng)高度、甜菜青頭高度，初步確定橡膠條的寬度2為40 mm、厚度為5 mm、長(zhǎng)度4為260 mm，選擇橡膠條的角速度2為72.2 rad/s，以滿足零部件的強(qiáng)度要求、纓葉清理效果，降低甜菜青頭的擊打損傷。

注：L4為橡膠條長(zhǎng)度，mm；B2為橡膠條寬度，mm；b為橡膠條厚度，mm。

3 仿形切頂裝置

仿形切頂裝置由位置仿形機(jī)構(gòu)和定厚切頂機(jī)構(gòu)組成，實(shí)時(shí)保證切刀與甜菜青頭位置的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)定厚切頂作業(yè)。其結(jié)構(gòu)如圖7所示。該裝置由機(jī)座、連桿、調(diào)節(jié)桿、仿形板、切刀、刀座、彈簧等組成。其中，機(jī)座、連桿、調(diào)節(jié)桿、彈簧組成位置仿形器，根據(jù)甜菜青頭的離地高度確定切刀的垂直位置。當(dāng)連桿上的仿形板接觸較高的甜菜時(shí)，連桿與連架桿繞著銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且彈簧拉長(zhǎng)、位置仿形器及切刀抬升；當(dāng)仿形板與甜菜青頭脫離時(shí)，在機(jī)構(gòu)重力及拉簧的作用下，位置仿形器及切刀及時(shí)下落，以此確保仿形板實(shí)時(shí)與甜菜青頭接觸，保證切刀的垂直位置。仿形板、切刀及刀座等組成定厚切頂器，且切刀與仿形板位置可通過(guò)調(diào)整螺栓調(diào)整。根據(jù)甜菜青頭的生長(zhǎng)狀況及切頂要求，調(diào)整切刀相對(duì)仿形板的位置，以調(diào)整甜菜青頂?shù)那泻?。工作時(shí)，仿形切頂裝置安裝在樣機(jī)的尾部機(jī)架上，位置仿形機(jī)構(gòu)隨著甜菜青頭的地上高度差起伏運(yùn)動(dòng)。在重力及拉簧的共同作用下，仿形板保持與甜菜青頭接觸，設(shè)定好仿形板與切刀之間的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)切頂厚度一致。切頂?shù)倪^(guò)程中，要求仿形板與甜菜無(wú)明顯碰撞，切頂厚度不受甜菜生長(zhǎng)高度及株距的影響，且切面平整。

1.連架桿 2.機(jī)座 3.調(diào)節(jié)桿 4.彈簧 5.連桿 6.刀座 7.仿形板 8.切刀

3.1 運(yùn)動(dòng)特征

工作中，仿形切頂裝置不斷與甜菜接觸，要求仿形板不能推倒甜菜，且切刀可順暢完成定厚、平整切頂作業(yè)。當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度m恒定，仿形器連桿在任意位置，仿形板從剛接觸甜菜到接觸下一個(gè)甜菜為一個(gè)運(yùn)動(dòng)行程。因平行四邊形機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系，連桿保持與機(jī)座的平行位置關(guān)系，仿形板只做平動(dòng)。設(shè)甜菜頂是半徑為的球體，青頭的半徑為b，連架桿與水平面的夾角為。當(dāng)仿形板剛接觸甜菜時(shí)，連桿位置為初始位置，其與機(jī)座之間的距離為0。經(jīng)時(shí)間后，仿形板接觸下一個(gè)甜菜，機(jī)座與連桿初始位置的距離為，如圖8所示，則可確定。

式中6為仿形器的連架桿長(zhǎng)，mm；5為甜菜的株距，mm。

當(dāng)仿形板與甜菜青頭接觸，而上一個(gè)甜菜剛被切頂結(jié)束時(shí)，仿形板的結(jié)構(gòu)處于臨界狀態(tài)。此時(shí)，仿形板的折角2滿足公式

3.2 受力分析

仿形切頂裝置的工作性能主要取決于仿形機(jī)構(gòu)、切頂機(jī)構(gòu)的類型及形狀。綜合考慮成本、維護(hù)等因素，設(shè)計(jì)符合甜菜切頂質(zhì)量要求的裝置。由仿形切頂裝置的工作原理可知，連桿及連架桿需要滿足仿形切頂裝置的工作空間要求，即能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，且結(jié)構(gòu)緊湊；仿形板與甜菜直接接觸與碰撞，其結(jié)構(gòu)需適應(yīng)不同的甜菜高度及株距條件。仿形板鉸接在位置仿形機(jī)構(gòu)中，從接觸甜菜到越過(guò)甜菜頂?shù)倪^(guò)程，其與甜菜的接觸角度不變。因此，當(dāng)仿形板接觸甜菜的瞬間視為甜菜平衡最易破環(huán)的時(shí)刻，此時(shí)甜菜受到的加速度變化率最大。設(shè)仿形板從接觸甜菜到滑移過(guò)甜菜頂為一個(gè)運(yùn)動(dòng)行程。忽略甜菜頂?shù)氖茌d變形，設(shè)碰撞瞬間處于平衡，機(jī)構(gòu)及甜菜受力如圖9所示。

1.連架桿 2.甜菜 3.仿形板 4.切刀

1.Side rod 2.Sugar beet 3.Following board 4.Cutter

注：m為機(jī)具前進(jìn)速度，m/s；為時(shí)間，s；5為甜菜株距，mm；6為連架桿長(zhǎng)，mm；3為仿形板的寬度，mm；2為仿形板的折角，（°）；為相鄰甜菜高度差，mm；1、2為甜菜離地高度，mm；3為仿形板離地高度，mm；g為切頂厚度，mm；為甜菜頂?shù)那蛎姘霃?，mm；b為甜菜頂?shù)那忻姘霃?，mm；為連架桿與水平面的夾角，（°）；2為切刀的安裝角，（°）；為仿形板與切刀的距離，mm；0為機(jī)座與連桿的距離，mm；2為仿形板的折角，（°）。

Note:mis the forward speed of the machine, m/s;is time, s;5is plant spacing of sugar beet, mm;6is the length of the side rod, mm;3is the width of the following board, mm;2is the angle of the following board , (°);is the height difference between adjacent beets, mm;1、2is the height of the sugar beet from the ground, mm;;3is the height of the following board from the ground, mm;gis the cutting thickness , mm;is the spherical radius of the sugar beet top, mm;bis the cutting surface radius of the sugar beet top, mm;is the angle between the side rod and the horizontal plane, (°);2is the installation angle of the cutter, (°);is the distance between following board and cutter, mm;0is the distance between frame and connecting rod, mm;2is the folding angle of following board, (°).

圖8 運(yùn)動(dòng)及位置關(guān)系

Fig.8 Motion and positional relationship

仿形切頂裝置的受力滿足

（13）

將=tan帶入整理得，

甜菜的受力滿足

由n=可得

注：為彈簧拉力，N；n為連桿慣性力的法向分力，N；t為連桿慣性力的切向分力，N；l為連桿的重力，kg；為仿形板施加在甜菜上的合力，N；n為仿形板施加在甜菜上的壓力，N；b為仿形板施加在甜菜上的摩擦力，N；x為的水平分力，N；y為的垂直分力，N；為仿形板受到支撐力，N；為仿形板受到合力，N；為彈簧拉力與水平面的夾角，（°）；為連架桿與水平面的夾角，（°）；為甜菜與仿形板的摩擦角，（°）；2為仿形板的折角，（°）。

Note:is the spring force , N;nis the normal component of the inertial force of the connecting rod , N;tis the tangential component of the inertia force of the connecting rod, N;lis the weight of the connecting rod , kg;is the combined force of the following board on the sugar beet, N;nis the pressure of the following board on the sugar beet, N;bis the friction of the profiled plate on the beet, N;xis the horizontal component of, N;yis the vertical component of, N;is the supporting force of thefollowing board;is the resultant force of the following board,;is the angle between the spring tension and the horizontal plane, (°);is the angle between the side rod and the horizontal plane, (°);is the friction angle between the sugar beet and the following board, (°);2is the folding angle of following board ,(°).

圖9 仿形切頂裝置的受力分析

Fig.9 Force analysis of following and cutting device

3.3 關(guān)鍵參數(shù)

由仿形切頂裝置的工作特性可知，位置仿形機(jī)構(gòu)的連架桿尺寸影響機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間，與拉簧共同決定仿形板從甜菜頂?shù)浇佑|下一個(gè)甜菜的時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)6較短時(shí)，仿形板的速度及角速度變化較大；而增大6則使得仿形器結(jié)構(gòu)空間增大，運(yùn)動(dòng)靈敏性減弱。仿形板與切刀結(jié)構(gòu)較為重要，影響甜菜的碰撞力及切割質(zhì)量，具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。通常，仿形板的轉(zhuǎn)角2、高度3影響著仿形效果。當(dāng)2和3較小時(shí)，僅適用于株距較大或甜菜高度差異不大的情況，增加2使得仿形板對(duì)甜菜的沖擊力和加速度增大，3值由甜菜地上高度2及仿形板的折角2決定。一般，3=2+（30～50 mm），可避免仿形板端面對(duì)甜菜青頭的碰撞及散亂的葉柄對(duì)仿形效果的干擾。折角2由式（9）、（10）確定，即可滿足切頂作業(yè)的空間要求，又可滿足甜菜受載較小，不易被推翻的要求。當(dāng)γ=α+φ時(shí)，甜菜的受載最小，可通過(guò)調(diào)整仿形切頂機(jī)構(gòu)的安裝高度等確定。

切頂?shù)妒乔邢髻|(zhì)量的基礎(chǔ)，在保證切刀強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，確定切頂?shù)兜膮?shù)，降低切削阻力及能耗。切刀采用上磨刃刀的滑切工作方式，可有效降低切削阻力，結(jié)構(gòu)如圖10所示。其中，2為安裝角，2為刃磨角，為后角，4為切刀的寬度。采用小的安裝角2可以減低切割阻力，但需要增加切刀的長(zhǎng)度和厚度來(lái)保證一定切削范圍和切刀的剛度，通常2為40°～60°。刃磨角2和后角決定著切刀刃口的強(qiáng)度和切削性能。采用小的刃磨角2，切刀切削性能好，但刃口強(qiáng)度低易卷刀刃，通常選用大刃磨角2，采用多次磨刃保障切削性能。采用大的后角可提高切刀的削切作用，降低切削阻力，但其值過(guò)大會(huì)使刀產(chǎn)生上漂和下滑，影響切削的穩(wěn)定性。切刀的寬度4由甜菜青頭的直徑確定，一般，以保證考慮切面的平整度。

注：β2 為安裝角度，（°）；ε2為刃磨角，（°）；δ為后角，（°）；B4為切刀的寬度，mm；

4 田間試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

2018年10月，在哈爾濱齊齊哈爾依安縣進(jìn)行甜菜打纓切頂收獲試驗(yàn)。依據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件測(cè)定方法的一般規(guī)定》（GB/T5262—2008）[30]測(cè)定機(jī)具作業(yè)條件。甜菜試驗(yàn)田無(wú)倒伏，纓葉自然高度為480 mm，種植行距為650 mm，株距為210 mm，壟高150 mm。

4.2 試驗(yàn)方法

采用47.8 kW拖拉機(jī)牽引機(jī)具試驗(yàn)，利用游標(biāo)卡尺和直尺等測(cè)定切頂?shù)暮穸?，記錄試?yàn)工作狀況及甜菜切頂試驗(yàn)數(shù)據(jù)。依據(jù)《甜菜收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量》（NY/T 1412—2018），測(cè)定甜菜的切頂指標(biāo)[31]。第一片葉痕上（5±2） mm處（根頭垂直高度小于15 mm），定義為合格切削位置。當(dāng)甜菜根頭被切削后的斷面位置低于合格切削位置，則定義為多切。

在作業(yè)區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取作業(yè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)20 m，一個(gè)工作寬幅，測(cè)定甜菜塊根總數(shù)、甜菜頂多切數(shù)量及切頂合格數(shù)量，并求得切頂合格率和多切率。

式中為切頂合格率，%；d為多切率，%；k為切頂合格塊根數(shù)；d為切頂多切塊根數(shù)；為塊根總數(shù)。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。通過(guò)試驗(yàn)，甜菜切頂機(jī)能夠很好的完成甜菜的切頂任務(wù)。甜菜的切頂合格率為93.6%，多切率為2.1%，滿足甜菜切頂收獲的指標(biāo)要求，但也存在不足之處。工作狀態(tài)及效果如圖11所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

1）該機(jī)為定切厚切頂作業(yè)，對(duì)因受病害而導(dǎo)致青頂高度差異較大的甜菜無(wú)法做到切頂效果及質(zhì)量兼顧；對(duì)小株距、低矮的甜菜存在少量漏切情況。

2）碎纓清理裝置的轉(zhuǎn)速為定速比，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能耗的有效配比，適應(yīng)不同力學(xué)特性的甜菜纓葉粉碎。當(dāng)碎纓清理裝置的轉(zhuǎn)速為300～1 000 r/min時(shí)，都可以達(dá)到纓葉粉碎要求。

3）該機(jī)采用3根輥軸的碎纓清理方式，整機(jī)結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)、運(yùn)輸不便、轉(zhuǎn)彎半徑較大。當(dāng)作業(yè)速度大于1.3 m/s（超過(guò)拖拉機(jī)正常田間作業(yè)速度）時(shí)，該機(jī)切頂?shù)男Ч档?，不能?yīng)用于高速作業(yè)環(huán)境。

圖11 工作狀況及效果

5 結(jié) 論

1）甜菜切頂機(jī)主要由碎纓清理裝置和仿形切頂裝置組成。通過(guò)工作原理分析，確定了碎纓+清理+切頂?shù)墓ぷ髁鞒蹋鞔_了該機(jī)的關(guān)鍵部件機(jī)的結(jié)構(gòu)條件及傳動(dòng)配置關(guān)系。

2）通過(guò)對(duì)碎纓清理裝置的理論分析，確定了甩刀及橡膠條的排列及分布密度。結(jié)合甩刀（或橡膠條）受力分析，明確了甩刀及橡膠條的結(jié)構(gòu)尺寸。

3）通過(guò)仿形切頂裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及力學(xué)分析，確定了位置仿形機(jī)構(gòu)和定厚切頂機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，確保了對(duì)甜菜青頭的實(shí)時(shí)仿形切頂。

4）該機(jī)的切頂合格率為93.6%，多切率為2.1%，達(dá)到并超過(guò)了甜菜切頂收獲的指標(biāo)要求，但機(jī)具的通用性和適應(yīng)性還需提高，動(dòng)力系統(tǒng)、仿形機(jī)構(gòu)還需優(yōu)化。

[1]計(jì)福來(lái)，張會(huì)娟，胡志超，等. 甜菜種植與機(jī)械化收獲概況[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2009，31(4)：234－236，240. Ji Fulai, Zhang Huijuan, Hu Zhichao, et al. Status about beet plantingandits harvesting mechanization[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2009, 31(4): 234－236, 240. (in Chinese with English abstract)

[2]盧秉福，張祖立. 甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2007(1)：59－62. Lu Bingfu, Zhang Zuli. Research evolution and development tendency on mechanization of sugar beet production[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2007(1): 59－62. (in Chinese with English abstract)

[3]王申瑩，胡志超，張會(huì)娟，等. 國(guó)內(nèi)外甜菜生產(chǎn)與機(jī)械化收獲分析[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2013，34(3)：20－25. Wang Shenying, Hu Zhichao, Zhang Huijuan, et al. Sugar beet production and mechanization harvest analysis in domestic and overseas[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2013, 34(3): 20－25. (in Chinese with English abstract)

[4]范素香，侯書林，趙勻. 國(guó)內(nèi)外甜菜生產(chǎn)全程機(jī)械化概況[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2011，33(3)：12－15. Fan Suxiang, Hou Shulin, Zhao Yun, Overview of full mechanization of sugar beet production in domestic and overseas[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2011, 33(3): 12－15. (in Chinese with English abstract)

[5]韓長(zhǎng)杰，尹文慶，楊宛章，等. 甜菜機(jī)械化收獲方式分析與探討[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2012(1)：71－74. Han Changjie, Yin Wenqing, YangWanzhang, et al. Analysis and discussion of sugar beet mechanization harvesting method[J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2012(1) 71－74. (in Chinese with English abstract)

[6]王方艷，張東興. 圓盤式甜菜挖掘裝置性能參數(shù)的優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(11)：17－23. Wang Fangyan, Zhang Dongxing. Parameter optimization of sugar beet digging device with disc type[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2015, 31(11): 17－23. (in Chinese with English abstract)

[7]吳清分. Grimme公司Maxtron 620新型自走式甜菜挖掘收獲機(jī)[J]. 農(nóng)業(yè)工程，2015，5(6)：124－127. Wu Qingfen. Maxtron 620 new self-propelled beet digging harvester of grimme company[J]. Agricultural Engineering, 2015, 5(6): 14－127. (in Chinese with English abstract)

[8]茍愛(ài)梅. 甜菜切頂機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 新疆職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(2)：75－77，80. Gou aimei. Structure design on the beet roof cutting machine[J]. Journal of XinJiang Vocational University. 2012(2): 75－77, 80. (in Chinese with English abstract)

[9]王方艷. 甜菜殺秧機(jī)：CN201510295946. X[P]，2015-06-02.

[10]常財(cái)剛，陸雁，劉西寧. 自走式甜菜切葉切頂收葉機(jī). CN201510049380. 2[P]，2015-08-19.

[11]彭寶良，胡志超，顧峰瑋，等. 具有自清理功能的甜菜收獲機(jī)仿形切頂機(jī)構(gòu)：CN103039174A[P]，2013-04-17.

[12]顧峰瑋，胡志超，吳惠昌，等. 4LT-A型錯(cuò)行作業(yè)挖掘甜菜聯(lián)合收獲機(jī)研制與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(23)：1－9. Gu Fengwei, Hu Zhichao, Wu Huichang, et al. Development and experiment of 4LT-A staggered-dig sugar beet combine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2014, 30(23): 1－9. (in Chinese with English abstract)

[13]王方艷. 圓盤挖掘式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014. Wang Fangyan. Design and Experiment of Key Mechanisms for Sugar Beet Combine with Disc-dig Type[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[14]王方艷，張東興. 圓盤挖掘式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(13)：7－14. Wang Fangyan, Zhang Dongxing, Design and experiment of disc-dig sugar beet combine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2013, 29(13): 7－14. (in Chinese with English abstract)

[15]李少川，胡周勛，王琳琳, 等. 滑切去頂式甜菜打纓機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2020，42(3)：108－112，117. Li Shaochuan, Hu Zhouxun, Wang Linlin, et al. Design and test of slip－cut beet seedling cutting machine[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2020, 42(3): 108－112, 117. (in Chinese with English abstract)

[16]何磊，劉向新，李斌，等. 甜菜切頂機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 51(2): 149－154, 160. He Lei, Liu Xiangxin, Li Bin. Design and experimental study of beet top-cutting machine[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2016, 51(2): 149－154, 160. (in Chinese with English abstract)

[17]李建東，張科星，李雷霞，等. TQ2型甜菜切頂機(jī)的研制[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2014，36(3)：90－92，101. Li Jiandong, Zhang Kexing, Li Leixia, et al. Research evolution and development tendency on sugar harvester in domestic and overseas[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2014, 36(3): 90－92, 101. (in Chinese with English abstract)

[18]張國(guó)鳳，徐文龍，范素香. 切割厚度可調(diào)甜菜切頂機(jī)構(gòu)的分析與參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(18)：26－33. Zhang Guofeng, Xu Wenlong, Fan Suxiang. Analysis and parameter optimization of adjustable beet top cutting mechanism[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2013, 29(18): 26－33. (in Chinese with English abstract)

[19]王琛，王進(jìn)華，陳佰杰，等. 甜菜打纓切頂機(jī)的研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2013，35(3)：157－159，163. Wang Chen, Wang Jinhua, Chen Baijie, et al. Development of sugar beet break tassel's defoliator[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013, 35(3): 157－159, 163. (in Chinese with English abstract)

[20]李陽(yáng). 甜菜仿形切削裝置的設(shè)計(jì)研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2015. Li Yang. Design and Study of System of Auto-picking and Separating Seedling for Plug-transplanter[D]. Shihezi: Shihezi University. 2015. (in Chinese with English abstract)

[21]徐文龍. 切割厚度可調(diào)甜菜切頂機(jī)構(gòu)的機(jī)理分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 杭州：浙江理工大學(xué)，2013. Xu Wenlong. Mechanism Analysis and Optimization for the Adjustable Cutting Thickness of Beet Cut Top Mechanism[D]. Hangzhou: Zhejiang Sci-Tech University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[22]聶提別克·巴依汗, 辛巖. 塔城地區(qū)甜菜機(jī)械化收獲技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化，2014(2)：32－34.

[23]孫志宏，王富華，王崇，等. 基于分段式甜菜收獲機(jī)的研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械，2013(22)：153－155.

[24]韓長(zhǎng)杰，楊宛章，郭輝，等. 甜菜機(jī)械化收獲方式分析與探討[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化，2011(6)：5－7.

[25]熊文江，周成，吳顯斌. 4TL-2型甜菜收獲機(jī)技術(shù)性能簡(jiǎn)介[J]. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2014(2)：58－59.

[26]王合. 4Q-2型甜菜切頂去葉機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012(4)：33－34，37. Wang He. Design of 4Q-2 Type Machine for eliminating sugar beet tops and leaves[J]. Agricultural Science & Technology and Equipment, 2012(4): 33－34, 37. (in Chinese with English abstract)

[27]張海琨，盧宏宇，王宏章. 甜菜切頂裝置的研究與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化. 2008 (2)：29－30.

[28]劉百順，王春光，郭文斌. 甜菜機(jī)械特性的研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2007(6)：102－104，110. Liu Baishun, Wang Chunguang, Guo Wenbin. Study on mechanical properties of sugar beets[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2007(6): 102－104, 110. (in Chinese with English abstract)

[29]王方艷，張東興. 甜菜力學(xué)特性的試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2015，37(9)：206－210. Wang Fangyan, Zhang Dongxing. The experimental research on mechanical properties of sugar beet[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2015, 37(9): 206－210. (in Chinese with English abstract)

[30]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件測(cè)定方法的一般規(guī)定：GB/T5262—2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[31]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 甜菜收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量：NY/T 1412—2018[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[32]李陽(yáng)，陳玉龍，胡斌，等. 甜菜頂部物理機(jī)械特性的測(cè)定研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2015，37(1)：201－204. Li Yang, Chen Yulong, Hu Bin, et al. Study on determination of physical and mechanical properties of sugar beet top[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2015, 37(1): 201－204. (in Chinese with English abstract)

Design and test of 4TSQ-2 sugar beet top cutter

Wang Fangyan, Wang Dongwei※

(,,266109,)

Based on the requirements of harvesting methods and harvesting for sugar beet at home and abroad, a method of smashing leaf and top cutting thickness was proposed, and a kind of fixed thickness top cutter was designed. The machine can complete the smashing leaf, cleaning leaf and cutting top of sugar beet at one time, which is composed of traction frame, hydraulic cylinder, transmission system, smashing leaf mechanism, cleaning leaf mechanism, position following mechanism, pressure adjustment mechanism, equal thickness cutting mechanism, walking mechanism, and so on. Among them, the smashing leaf mechanism, cleaning leaf mechanism, position following mechanism and equal thickness cutting mechanism are the key components. Through theoretical analysis, the transmission configuration relationships were obtained, and the structural parameters of the key components were determined. The smashing leaf mechanism is composed of 2 rows of rotary knife, and installation density of knife was 25 pieces/m. The cleaning leaf mechanism is composed of 4 rows of rubber strips, and installation density of rubber strips was 26 pieces/m. And the misalignment arrangement of the spacer and the rotary knife or the spacer and the rubber strip was designed for smashing or cleaning leaf. The structural parameters of the S-shaped rotary knife and the rectangle rubber strip were determined to meet the strength requirements of the parts, the cleaning effect and the lower damage of the beet. The blade angle1was 26°, the slip angle1was 15°, the bend anglewas 120°, the rotary knife width1was 40 mm, the length3was 170 mm; the rubber strip width2was 40 mm, the thicknesswas 5 mm, the length4was 260 mm. Through the kinematics and mechanical analysis of the following cutters, important working parts of the side rod, following board and the cutter were designed, which affect the quality of the cutting beet top. And the important structural parameters of the position following mechanism were determined, which affect the work quality of the cutting device. Combined with the working process of the sugar beet cutter, the installation position and structural parameters of the cutter were determined. The structural parameters included: the connecting rod6of 320 mm, the following board height3of 125 mm, the following board bending angle2of 35°, the following board installation angle2of 55°, and the cutting angle2of 25°, cutting rake angleof the knife of 0°, and the cutter width4of 50 mm. The field test results show that the top-cutting pass rateis 93.6%, and the multi-cutting rate is 2.1%, which meets the index requirements of beet top harvesting. This research can provide basis for the development of sugar beet harvester.

agricultural machinery; sugar beet; design; experiment; top cutter

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.009

S225.2+9

A

1002-6819(2020)-02-0070-09

王方艷，王東偉. 4TSQ-2型甜菜切頂機(jī)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(2)：70－78. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.009 http://www.tcsae.org

Wang Fangyan, Wang Dongwei. Design and test of 4TSQ-2 sugar beet top cutter[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(2): 70－78. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.009 http://www.tcsae.org

2019-07-27

2020-01-14

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0701200）；國(guó)家自然基金（51505246，51775290）

王方艷，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)及理論研究。Email：wfy_66@163.com

王東偉，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)及理論研究。Email：W88030661@163.com

中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：王方艷（E041500001M）。