摘要：甘蔗是熱帶和亞熱帶地區的一種多年生宿根作物。一年收獲一次，是制糖工業的主要原料之一。世界甘蔗主產國有巴西、印度、古巴和中國等。1994年中國甘蔗種植面積達90.67萬公頃.總產量為5402萬噸，占世界甘蔗總產量的5%.居世界第四位。
關鍵詞：甘蔗收割機,提升裝置,轉向裝置
前 言
通過大學四年對基礎知識和專業知識的的學習，以及每個短學期的實習，我較系統地學習、了解、掌握了基本理論知識和機械制造專業的專業基礎知識。在此基礎上，同時在專業老師的指導下，進行了本次畢業設計，我收獲頗多。
本次設計的課題是甘蔗收割機的設計，主要負責雙排甘蔗收割機的提升裝置和轉向裝置的設計。
我國現階段甘蔗的收割還是主要以手工為主，即使用到的甘蔗收割機在結構和性能上也不完善。甘蔗收獲機械技術一直未得到很好的解決，也成為制約甘蔗生產全程機械化的一大因素。因此，甘蔗收獲技術的研究，是解決甘蔗高效收割的需要，是農業全面機械化的需要。自動化、高效化的甘蔗收割機成了種植甘蔗的農民的熱切期盼。
本次設計的雙排甘蔗收割機充分體現了智能化，自動化、敏捷化，高效化、小型化、簡單化、環保化等特點，也是所有有志于在農業機械方面作貢獻的研究人員在甘蔗收割機方向的研究目標，不難預料，這種收割機在未來的農業機械方面將會占有大的市場。
本次畢業設計的整個過程都得到了西南交通大學先進設計與制造技術研究所丁國富博士的悉心指導以及其他老師、同學們的熱心指導和幫助，在此表示忠心的感謝。
由于時間倉促，加上本人水平有限以及實踐經驗的缺乏，設計中尚有許多不足之處，敬請各位老師批評指正!
第一章 概 述
§1-1 甘蔗收割機研究背景
農業的根本出入在于機械化，實現農業機械化不但是為了有效的解決“三農”問題，減輕農民的負擔，加速建設我國社會主義現代化農業，緩和加入WTO之后我國蔗糖業所受到的嚴重沖擊，而且對于推進生產力的發展，加快世界工業化進程，都有著十分重要的意義。當今世界機床業已經有了很大的發展，無論是CNC系列還是加工中心，世界上的裝備業已經具備了相當的水平。工業機械的飛速發展，小麥收割機、水稻收割機等谷物聯合收割機的更新換代，大大的推進了當今世界工業化的進程，這也同樣使得甘蔗聯合收割機的發明研究成為十分的必要與迫切。
一、 農業機械概況
(一)農業機械的類型
農業機械分固定作業和田間作業兩大類。固定作業的農業機械在作業過程中位置固定不動，其工作部件由內燃機、電動機或由拖拉機的動力輸出裝置驅動，如各種農產品加工機械等。田間作業的農業機械有自走式及由拖拉機牽引、懸掛、半懸掛等幾種類型。它們各自的特點如下：
自走式：本身具有發動機、行走裝置、操向裝置等。可獨立進行田間作業，機動靈活，視野良好，設計時不受拖拉機結構、性能等的限制。但結構較復雜，成本較高。
牽引式：由拖拉機牽引作業，在工作或運輸時其重量均由本身具有的輪子承受。機組的穩定性好，對不平地面的適應性強。但機動性較差，金屬消耗量大。
懸掛式：懸掛在拖拉機的懸掛裝置上，在運輸時全部重量由拖拉機承受。結構緊湊，重量輕，機動性好。但大型、寬幅機具的穩定性和對地表適應性較差，機具重量受拖拉機懸掛裝置提升能力的限制。
半懸掛式：懸掛在拖拉機的懸掛裝置上，但本身還具有轉子。在運輸時承受機組的部分重量，可減輕懸掛裝置所需的提升力。其優缺點介于牽引式和懸掛式之間。
有些田間作業如播種、施肥、施農藥等，還可由裝有各種工作部件的農用飛機來完成。
(二)對農業機械的一般要求
農業機械以土壤、作物、牲畜以及水、肥、農藥等各種物料為工作對象。由于這些工作對象在類型、品種和特性上的多樣性，對各類農業機械的要求也有很大的差異。這些要求還由于不同地區、不同農作物對各項作業要求的不同(含禽畜飼養方式的不同)而存在不同程度的差異。因此，農業機械應能適應各種不同的條件和不同的農作制，滿足各項農業技術要求。
農業機械的設計還必須考慮到在使用新的農業機械以后，能夠通過提高勞動生產率，搶趕農時季節，改進作業質量等途徑作到增產增收，提高農產品的商品率。同時還要盡可能減輕操作人員的勞動強度，改善勞動條件，保證操作安全。在經濟合理的前提下考慮使用農業機械能夠綜合利用，一機多用。
與一般機械產品相比，農業機械具有工作條件惡劣多變，使用分散，保管條件差，工作部件易磨損等特點。因此要求農業機械作到堅固耐用，安全可靠，使用維修方便。在滿足農業技術要求的前提下，盡可能提高產品和零部件的標準化、系列化和通用化程度。
二、 甘蔗生長狀況
我國的甘蔗生產主要集中在廣東、廣西、福建、海南、云南等省區。我國是世界甘蔗生產大國，2002年種植面積為146萬公頃。尤其在廣西，作為發展蔗糖業自然條件最優越的地區，蔗糖業發展很快，已形成了廣西經濟的支柱產業，糖產量已占全國產量的一半以上。蔗糖業是廣西農民最重要的經濟收入來源，也是許多地方財政收入的重要來源。蔗糖業的發展直接影響到廣西1600多萬蔗農的生計和社會的穩定。
我國已加入WTO,正面對原糖進口配額和關稅變化對蔗糖業的沖擊，市場競爭十分激烈。就廣西總體來說，目前蔗糖生產成本過高、糖價在國際市場沒有任何優勢。針對這個嚴峻局面，為了把廣西蔗糖業做大做強，按照“糖廠是建設的主體，農民是種植的主體，政府是服務的主體”的分工，各級政府部門制定了許多扶持發展蔗糖業的有利政策，引導企業以資產重組成紐帶，以大型骨干企業為龍頭，發展工貿一體化的大型聯合糖業集團，對蔗糖產業進行了優化結構和合理布局，重點支持甘蔗地區的發展壯大。制糖企業深化管理手段，提高制糖技術水平，開展甘蔗產品的綜合利用。蔗農廣泛采用良種良法，實施科學耕作管理技術等。通過上述措施，廣西的蔗糖業取得一定成績，但是占蔗糖生產成本的70%以上的原料蔗生產技術仍然落后。因此，提高甘蔗生產技術水平，是亟待解決的問題，這個問題的關鍵是推廣良種和采用先進的耕作管理技術。實現先進的耕作管理技術的一個重要方面——就是實現甘蔗生產全程機械化，而成熟的甘蔗收獲機械技術一直未得到解決，成為制約甘蔗生產全程機械化的瓶頸。
當然，這主要是由于我國各省區的土壤條件和生態環境存在著差異.生產出來的甘蔗不論從外觀還是從產量上都不相同。例如廣東的地形、地貌復雜多樣.多數土壤屬磚紅性壤土，土質粘重膽力較大，而且風害嚴重.平均每年有8級以上的臺風1.5次。因此生產出來的甘蔗植株都比較矮小.直徑較細，且倒伏彎曲較嚴重，畝產也較低。云南省則土質比較松軟，表上較厚，又無臺風影響，因此甘蔗植株粗壯高大.畝產較高。由于各省區的甘蔗質量和形狀都不同，這就給我國甘蔗收獲機械的研制和推廣帶來了一定的難度。
§1-2 甘蔗收獲機械的現狀分析
傳統的甘蔗收割方法都是都是基于人的繁重勞動來完成的。主要有兩種形式。一種是最原始的收割方式，用刀割斷甘蔗，然后再手工剝掉葉子，這種效率極低，勞動強度極大;首先，點燃甘蔗以燒掉其葉子，然后手工的切頂以及把甘蔗打樁，最后機械地把成堆的甘蔗裝上車輛，這一種方法對收割綠色葉子的甘蔗就很困難，而且燃燒必然會造成對甘蔗的損壞和對環境的污染。而且當甘蔗地里手工收割的甘蔗燒掉葉子之后，此時的甘蔗收割產量大約僅僅是用手工完成剝葉后剩下甘蔗的三分之一。而且人工收割甘蔗，一個工作日(農村按10-12個小時)最強的勞動力最多也只能收到700公斤。由于受到收割季節的限制，收割工作勞動強度大、生產效率低，農民大都需要雇請外來勞動力才能完成。隨著消費觀念的轉變，富裕起來的農民迫切需要改變這種工作方式。因此，大多數應用手工收割綠甘蔗的成本是很不經濟的。對比能夠有效的利用甘蔗收割方法改善的地區，勞動力收割甘蔗的方法顯得困難和不合理。
目前在國際上擁有甘蔗聯合收割機的國家，有巴西、澳大利亞、美國、古巴等產糖大國。
一、我國甘蔗收割機械技術現狀
我國從60年代開始研制甘蔗收割機和甘蔗剝葉機，由于多方面的原因，進展緩慢，直至70年代中期才有大規模的研究活動，目前，除了耕整地外大多數仍依賴人畜作業，勞動費用在生產成本中占了最大的比重。
總體而言，我國甘蔗收割機機型可以分為以下兩類：
1、切段式甘蔗收割機
該類機型是仿照國外大型甘蔗聯合收割機改進而成。通過改造中馬力輪式拖拉機的輪系，抬高拖拉機的離地間隙，以適應甘蔗壟作和原料蔗輸送。割臺懸掛于拖拉機尾部，以拖拉機后退方向為收割前進方向，可一次性完成：切梢、扶倒、切割、喂入、切段、輸送、清選、裝載等工序。該類機型代表是上面介紹的廣西農機研究所研制的4GZ—140型自走切段式甘蔗收割機。由于切段原料蔗不受糖廠歡迎，該類機型沒有得到推廣應用。
2、整桿式甘蔗收割機
整桿式甘蔗收割機的收獲方式為整桿全青采式，有兩種主要型式：一種為收割與剝葉聯合式，另一種為收割與剝葉分段式。
聯合式整桿甘蔗收割機可一次性完成：切梢、扶倒、切割、輸送、清選、剝葉等工序。這類代表機型有廣西農機研究所研制的以中馬力輪式拖拉機作底盤的KALTOR—80型甘蔗聯合收割機。
分段式整桿收割機可一次性完成扶倒、切割輸送、鋪放(或打捆)等工序。配上剝葉機和運輸車，就可實現甘蔗收獲分段式機械化作業。這類機型有自走底盤式、側掛大中馬力輪式拖拉機式和利用手扶拖拉機底盤式等型式，代表機型有廣東農機所研制的4GZ—35型側掛式甘蔗收割機、華南農大研制的側掛式甘蔗收割機和自走底盤式甘蔗收割機、仙游縣農機廠研制的配套手拖的4GZ—12型甘蔗收割機(與日本產NB—11K型相似)、南寧市百樂機電公司研制的配套耕整機的甘蔗收割機等。
與分段式收割機配套的剝葉機，均為人工喂入、集堆，可一次性完成切梢、剝葉等工序。主要代表機型有廣西大學的4ZB—6A型、廣西農機所的4ZB—12型、南寧市百樂機電公司的BL02A型等。
以上機型，有的已停產;有的經試驗表明，技術路線是正確的，適應性、可靠性有待提高，正在開發試驗改進中。由于技術上的因素，目前均沒有大量推廣使用。
另外，日前我國已研制出的甘蔗收獲機主要有如下幾種：
由廣東農機所研制，半懸掛于拖拉機的右側，外端支承在一個側輪上的4Gz—35型側掛式甘蔗整桿收獲機。該機配套動力為豐收—35或紅衛—40等中型輪式拖拉機。屬剝葉式整桿收獲機型，能一次完成扶蔗、切割、喂送、剝葉、分離清理、集堆裝車等工序。且隨機附有切削器.可根據動力負荷情況及生產單位的需要裝配使用。但該機適應性較差，只能適應于行距1.2—1.4m，蔗莖彎曲倒伏不大嚴重、田間雜草較少的旱地大蔗田等條件下工作。且因附加的輪子使轉彎調頭不夠靈活方便。
由福建農學院與仙游縣農機廠研制的4Gz—12小型甘蔗收割機。該機是一種新型的立式割臺整桿鋪放式收割機，配用東風—12型手扶拖拉機的動力和底盤，采用輕型金屬履帶行走裝置。由于專用底盤為全懸掛式，故操作靈活，轉彎半徑小，且配備了拔指鏈式扶倒器，可收獲倒伏不太嚴重的甘蔗。對交叉倒伏嚴重的甘蔗該機仍然不能收獲。
由云南農墾國營隴川農場研制的隴農一號甘蔗收獲機。 該機屬剝葉式整桿收獲機型，半懸掛于拖拉機右側。可一次完成打頂、切割、剝葉、清凈、集堆等工序。配套動力為鐵牛-55帶慢速檔輪式拖拉機。該機生產率6—8t/h，甘蔗破頭率及折斷率均低于5%，夾雜率<1.5%，各項性能指標均達到甘蔗收獲機械暫行標準。但該機生產率偏低，同時亦不能收獲嚴重倒伏的甘蔗。
由湛江農機所研制4GZ-100型甘蔗收獲機。該機亦屬剝葉式整桿收獲機型，可與國內外多種輪式拖拉機配套作業，該機亦可一次完成切梢、扶倒、切割、剝葉、清理、集堆等工序。生產率為12t/h以上，損失率<0.5%，破頭率<12%，剝葉干凈。但該機在蔗株縱橫交錯且倒伏較嚴重的情況下工作時.存在漏割現象，損失率為3.2%。
二、國外甘蔗收割機械技術現狀
目前，在國際上大規模種植甘蔗的國家有古巴，巴西，澳大利亞，美國等產糖大國，這些國家一些大莊園已經開始涉及到甘蔗收割機來減輕自己的勞動。國外現在采用的甘蔗收割方法也主要有以下兩種：一是包括切割甘蔗頂葉子部分的切頂裝置和切割甘蔗在地面根部的根切裝置的收割機，但是目前這種收割機由于缺少對切頂高度和切根的深度的控制，在收割過高或過矮的甘蔗都不理想，既有可能造成切割不徹底，更有可能造成收割的浪費，使得此類收割機缺少智能化，顯得很呆板，很容易造成浪費和剝葉不干凈。二是先用火燒掉甘蔗的葉子，再用機械收割裝置傳入帶有切割裝置的切割器里，切成200mm-250mm的短條，不得不指出的是這種收割機在切成短條時，使短于200mm的甘蔗無法回收，而且不難看出，使用火燒掉甘蔗桿上的葉子，對于綠色甘蔗的收割是很不湊效的，此外這種方法祛除葉子也不干凈，很容易損壞甘蔗桿，而且不良的燃燒還會造成環境污染。
從甘蔗收獲機械的角度來看，國外甘蔗收獲機械主要有兩種型式：一種為切段式甘蔗聯合收割機，一種為整桿式甘蔗收割機。
1、切段式甘蔗收割機
世界上發達的產糖國家，由于土地資源十分豐富，甘蔗連片種植面積大，田園平整，便于機械化作業。同時，糖廠制糖工藝接受切段式原料蔗，加上他們高度重視發展機械化生產，因此，甘蔗收獲機械化水平高，大型切段式甘蔗聯合收割機得到了廣泛應用，如巴西已有80%的甘蔗生產實現了機械化收割，古巴也達到了72%。目前，在巴西、澳大利亞、古巴等產糖發達國家，大型切段式甘蔗聯合收割機是甘蔗收獲機械技術發展的主要方向。這些大型甘蔗聯合收割機具有功率大、作業效率高、功能齊全、自動化程度高、含雜率低等特點，是全程機械化生產中成熟、穩定的收獲機具。能夠在作業時一次性完成：扶倒、切梢、收割、切段、清選、裝載、蔗葉切碎還田等工序。加上與收割機作業配套使用的運輸車、加油車、維修車等，就實現了甘蔗收獲環節的全程機械化。大型甘蔗聯合收割機的代表廠商和機型有：英國SERRANA公司、巴西SAHTAL公司、澳大利亞TOFT系列等。這些機型的24小時生產率達到了400～900噸。小型甘蔗聯合收割機代表機型有日本久保田公司生產的UT—70K型、松元機工株式會社生產的MCH—15型等。這些機型功率較小，每小時生產率為3噸。
2、整桿式甘蔗收割機
這類收割機只實現甘蔗的割倒、鋪放等工序，再利用配套的剝葉機進行切梢、剝葉，人工集堆后，機械裝載，再用運輸車運到糖廠。因此，也稱為分段式甘蔗收獲機械。這種機型適于丘陵地區小田塊蔗田作業，目前在日本、菲律賓、印度尼西亞等國應用。該類機型較小，采收方式為整桿青采式。其結構特點是：以手扶拖拉機底盤為動力和行走裝置，安裝有地面仿型裝置，割臺可調程度高等。代表機型有日本文明農機株式會社生產的NB—11型、久保田公司生產的NB—11K型等，剝葉機有久保田公司生產的BMC—250型剝葉機等。該類機型在日本經過近三十年的改進與發展，技術上較成熟和完善。總的來說，該類機型在世界主產糖國應用范圍不是很廣泛。
三、甘蔗收割技術存在的問題
我國目前現有的甘蔗收獲機基本上是整桿式聯合收獲機，它們雖然能一次完成切梢、砍頭、剝葉、清理、集堆等工序，工作效率高，但機器龐大，結構復雜，所需配套動力大，機動性差，轉彎不靈活，在小地塊蔗田里并不能發揮作用，且不能收獲嚴重倒伏的甘蔗。也就是說適合生產實際應用的成熟、穩定機型基本上還沒有。現有機型主要存在以下問題。
(一)切段式聯合收割機存在的問題
1、采收的切段蔗不符合糖廠要求。 由于甘蔗切段后，必須在16小時內開榨，否則甘蔗會產生變化，造成糖分下降，影響出糖率，而目前糖廠的生產模式不能保證在此時間內開榨。
2、整機結構對收獲適應性差。首先，由于采用輪式拖拉機作底盤，需要對拖拉機的改動量過大。其次，機型大，轉彎半徑也大，目前蔗區預留空地不能滿足作業要求。還有，蔗田起伏不平，割臺可調性差，造成割茬不齊、破頭率高;切梢裝置調整不便，對生長高度不齊的甘蔗難以控制到合理的切梢長度;整機各部件的可靠性還有待提高等。
(二)整桿式甘蔗收割機存在的問題
聯合式收割機采收的原料蔗雖然符合糖廠的要求，但是據多次田間試驗表明：割臺可調性差，造成割茬不齊，破頭率高，影響了宿根蔗的發芽生長;剝凈率低，含雜率高，損失率仍過大;輸送裝置還不完善等。但就今后的發展方向，整桿青采聯合式收割機仍是最適合目前制糖工藝的較理想的收獲機械。而分段式整桿甘蔗收割機采用輪式拖拉機作底盤和自走式底盤的收割機，整機外形尺寸大，轉彎半徑過大。割臺的可調度差，沒有仿型機構，不能隨地形任意調整調臺，影響了切割質量，主要反映在割茬不齊，破頭率高。采用大馬力拖拉機的機型，收割幅寬為單行(壟)，生產率與功率配套性差，經濟性不明顯。采用中拖側掛的機型，整機質量分布不均衡，需加掛配重，影響收獲速度和對蔗地會產生一定的破壞性。生產率低，勞動強度仍大由于該類機型作業一次性完成工序少，雖有剝葉機配套作業，但仍需較多的輔助工人。喂入、收集、打捆、堆放等無法機械作業，使得勞動強度仍偏高。剝葉機性能仍未成熟 剝葉元件的使用壽命偏低，增加了使用成本和維護工作量;整機結構對剝凈率的提高仍有待改進;剝葉元件仍存在使甘蔗破損的現象，影響甘蔗質量。
§1-3 甘蔗收獲機械的發展對策及前景
從以上的分析可知，現在所采用的甘蔗收割方式還比較落后，甘蔗收割機械技術也還存在很大的問題，現在的甘蔗收割機不能同時很好的實現各個程序合理搭配，適應操作，適時控制。而且社會的各個方面因素都對收割技術的發展產生影響。所以甘蔗收獲機械的發展對策是我們要好好的考慮的一個問題。但綜觀世界經濟發展趨勢，甘蔗收獲技術的發展前景是很可觀的。
一、大力發展甘蔗收獲技術的對策
任何一個項目的順利完成，一般都要有政府的支持、上級領導部門的關心幫助，科研部門的研究開發，企事業單位的經費支持和過程操作，實驗，服務等這幾個環節，甘蔗收割機的研究開發與應用也是一樣的道理。
(一) 加大政策扶持力度
世界發達的產糖國，甘蔗生產機械化發展得到了政策上的極大支持。而我國雖然有不少科研機構、企業、個人開展了收獲機械的研發，但是投入仍然不足。首先甘蔗收獲機械的研發，是整個蔗糖產業化中重要組成的一環。其次，研發的難度很大，需要大量的人力、物力投入。因此，各級政府部門應對甘蔗收獲機械研發予以足夠的重視，出臺更多的優惠政策，加大財政投入，鼓勵甘蔗收獲機械的研發和推廣使用。
(二)加強科研單位企業與科研單位的合作
制糖企業是建設的主體，是產業化的龍頭，不單要在蔗糖的生產與銷售上努力，也要在甘蔗機械化生產方面下工夫，因為低成本的原料蔗更能降低制糖成本。同時，制糖企業參與收獲機械的研發，更能令企業產業向多元化方向發展。雖然開發甘蔗收獲機械難度大，但是市場十分廣闊，一旦突破技術的瓶頸，將會獲得豐碩回報。
