第五章收割机械

第五章收割机械第二节收割机类型和一般构造第一节概述第三节切割器及理论分析第四节扶禾装置及理论计算第一节概述一.谷物的收获方法二.谷物的机械收获系统一.谷物的收获方法收割机械是谷物收获机械的重要组成部分，谷物收获是农业生产过程中最为复杂的工艺过程，为了更好地了解谷物收获机械化所使用的设备，我们必须首先了解谷物收获的方法。谷物的收获方法很多，大多是根据不同地区的不同的自然条件，不同的种植方式、经济结构、技术水平等来决定合适的收获方法。目前全世界关于谷物的收获方法大致有三种方法：1.分别收获法：用多种相对独立的机械（收割机、运输车、脱粒机、扬场机等）分别对作物完成收割、运输、脱粒、清选等作业的方式。这种方法在西方发达国家已经完全淘汰，但在发展中国家仍在大量使用。其特点是设备简单、技术水平低、价格低廉、维护保养简便，但作业周期长、收获积累损失大。2.联合收获法：利用联合收获机一次完成作物的收割、脱粒、分离和清选等多项作业的方式。特点：生产率高、作业周期短、积累损失小、作业质量好。设备投资大、机器利用率低、技术水平要求高。3.两段收获法：先利用割晒机进行收割，待晾晒3~5天后用带有捡拾器的联合收获机进行捡拾、脱粒、分离和清选作业的方式。特点：谷粒饱满、产量提高、作业周期长、设备投资大。二.谷物的机械收获系统谷物的机械收获系统联合收获法两段收获法分别收获法脱粒机运输车收割机扬场机联收机割晒机联收机☆☆☆思考题1.常用的谷物机械收获方法有哪些？各有何特点？2.谷物的收获系统是如何组成的？第二节收割机类型和一般构造一.收割机的一般类型二.收割机的基本构成一.收割机的一般类型1.按照茎秆的放铺方向分：收割机、割晒机、割捆机收割机—工作时，被割刀切断的谷物茎秆形成与前进方向呈900的转向放铺，以便于捡拾和打捆。主要用于分别收获法。割晒机——收割机工作时，被割刀切断的谷物茎秆形成与前进方向平行的顺向放铺，以便于两段收获时的晾晒。割捆机——将谷物茎杆割断后进行自动打捆，然后放与田间。2.按照被割谷物茎秆的输送方式：立式收割机和卧式收割机立式收割机——割台为直立式，被割谷物茎秆是在直立状态下进行输送到收割机一侧的。机构纵向尺寸短。卧式收割机——割台为水平放置，被割谷物茎秆是在水平输送带上运至收割机一侧的。输送平稳。二.收割机的基本构成无论是立式收割机还是卧式收割机，其基本构成是相同的，即都是由扶禾装置、切割器、输送装置、传动装置等组成，立式收割机和卧式收割机只是在扶禾装置上有较大的差别。1.立式收割机1.铺禾杆2.后挡板3.转向阀4.上输送带5.拨禾轮6.切割器7.分禾器8.下输送带分禾器扶禾轮切割器输送带谷物茎秆结构组成：分禾器、扶禾星轮、切割器、立式输送带、传动装置等。工作原理：收割机工作时，输送带和切割器由拖拉机动力输出驱动工作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切割区，并在扶禾星轮的后向扶持作用下被切割器切割，随即靠向立式输送带被其传送到一侧放铺。由于割台为立式，纵向尺寸小，重量较轻，置于拖拉机前方，有利于机组的纵向稳定性。但对倒伏作物和低产谷物适应性不理想。常用的机型有：4GL—140/170Vm=2~4km/h，（1~2m/s），Vd=2m/s，生产率Q=VmB/667（亩/时），一般为4~9亩/时。2.卧式收割机1.分禾器2.拨禾轮3.后输送带4.前输送带5.切割器Vmω拨禾轮分禾器切割器输送带基本构成：分禾器、拨禾轮、切割器、输送装置、传动装置等。工作原理：收割机工作时，拨禾抡、输送带和切割器由拖拉机动力输出驱动工作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切割区，并在拨禾轮的后向推送扶持下被切割器切割，随即倒向输送带（也可能是螺旋搅龙）被传出。由于茎秆是在水平状态下被输送的，因此输送平稳，且拨禾抡对倒伏作物具有一定的扶起作用。但机构纵向尺寸大，不利于拖拉机前置配置，故很少在小型拖拉机上使用。卧式收割机的输送带有单带和双带之分：单带为割晒机使用，双带为收割机使用，如下图所示：单带双带FLASHFLASH思考题1.收割机械的一般类型？一般组成？2.收割机和割晒机的概念？第三节切割器及理论分析一.谷物茎秆的切割理论二.切割器的类型与构造三.往复式切割器的传动机构四.切割器的工作原理及运动分析五.切割器的功率消耗六.割刀惯性力的平衡理论第三节切割器一.谷物茎秆的切割理论切割器是收割机上的重要工作部件，他主要完成对谷物茎秆的切割任务，为了有一个良好的工作质量，一般对切割器有如下的技术要求：割茬整齐、不漏割、不堵刀、功率消耗小。实验结果表明：谷物茎秆的切割过程与割刀的特性、茎秆的物理机械性质、切割方式、切割速度、割刀与茎秆的相对位置等有关。1.切割方式对切割性能的影响所谓切割方式主要是指割刀进入材料的方向，归纳起来主要有正切和滑切两种基本方式。正切——割刀的绝对运动方向垂直与割刀刃口的切割方式。VP割刀刃口观察几种典型的切割方式P横切P斜切削切实验结果表明：正切中的三种切割方式因其切入茎秆的方向与茎秆本身的纤维方向存在较大的差异，切割阻力和切割功率消耗也不同。其中，横切阻力最大，斜切比横切下降30%~40%，削切比横切下降60%。结论：横切、斜切、削切三种切割方式均应属正切。滑切——割刀的绝对运动方向与割刀刃口既不垂直又不平行的切割方式。设：Vn—割刀运动的法向速度；Vt—割刀运动的切向速度；α—割刀运动的绝对速度方向与法向速度方向的夹角，此处定义为滑切角。VnPVtVα切割理论的力学试验结果和割刀运动几何分析结果表明，滑切比正切省力。滑切比正切省力的机理？⑴高略契金力学试验：高略契金力学试验步骤是，在割刀上一面施加法向力P，一面使割刀刃口沿切向方向产生滑移，滑移量为S，在切割条件相同的情况下（材料、深度），产生如下一组对比数据：割刀切向滑移值S（mm）规定试验切割深度所需法向力P（g）6001.55002.0400520040高略契金力学试验结果表明，割刀在切割同一种材料、同一深度的物料时，切向滑移量越大，所需切割力就越小，即切割越省力。试验过程表明，当割刀切向滑移量为零时即为正切，只要存在滑移就会产生滑切，因此，滑切比正切省力。3PSC由此而得：————高略契金常数定理⑵割刀运动几何分析：对比分析割刀刃口上某质点进入材料时正切刃口角和滑切刃口角的大小，刃口角越小越省力。γγ/D滑切EAγCB正切α,,,cosBCDEACtgtgDEBCAEACAEcos,cos1,,tgtgtgtg＜＜2.茎秆的物理机械性质的影响茎秆的物理机械性质主要是指茎秆本身所固有的一些特性，他包括切割阻力、弯曲阻力、弹性摸量、抗弯强度等。而这些因素随茎秆的品种、成熟度和湿度等的变化而变化。只要割刀克服了横切面内的切割阻力，茎秆就会被切断。但是，在切割象小麦、水稻这样的刚度较小的作物时，只要受到较小的外力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定的困难。因此，要实现对茎秆的完全切割，一般可采取二种措施：低速有支承切割和高速无支承切割⑴有支承切割——在动刀片运动的反向施加一支承力的切割称为有支承切割。单支承切割——用动刀片配合定刀片的切割。定刀片动刀片P双支承切割——用动刀片配合带有护刃器的定刀片的切割。动刀片P定刀片护刃器有支承切割可使茎秆获得一定的抗弯能力，可在低速状态下进行切割，切割速度为：Vp=1~2m/s研究结果表明：在同样切割速度的情况下，双支承切割比单支承切割能获得较好的使用参数。在进行单支承切割时，切割速度为Vp=1~2m/s，要保证正常的切割，动、定刀片之间的切割间隙必须在δ=0~0.5mm范围内，否则，茎秆的切割阻力增大，有可能发生撕裂现象。这给切割器的设计与安装带来很大的困难。而在进行双支承切割时，切割速度为Vp=1~2m/s，相对于割刀的上下抗弯能力有较大幅度的增强，动、定刀片之间的切割间隙可允许在δ=1~1.5mm范围内，这就给切割器的设计、使用、安装提供了比较宽松的条件，所以目前收获机械普遍采用双支承切割方式。0~0.5单支承1~1.5双支承⑵无支承切割——只有动刀片而无定刀片直接切割茎秆的切割称为无支承切割。PPw由于茎秆是在没有任何扶持的状态下进行切割的，仅靠茎秆自身的抗弯能力Pw是很难与动刀片的切割力相平衡的，此时，P＞＞Pw。切割速度较低时，茎秆将被推倒或折断。PPw但当动刀片以较高的速度进入材料时，原来静止的茎秆在瞬间获得动刀片所传递的速度并立即产生很大的加速度以及与其方向相反的惯性力Pg。速度越大则惯性力就越大，因而茎秆的抗弯能力也就越大，有利于茎秆的顺利切割。Pg当P=Pg+Pw时，可使得茎秆在直立状态下实现切割，因此，无支承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。例如，切割小麦时，使用带有护刃器的往复式切割器，其切割速度仅为1~2m/s，而无支承的回转式切割器的刀片速度则需10~20m/s，如果切割牧草，则需40~50m/s，这使得机构功率消耗增大、振动增加，传动装置也将比较复杂。3.切割速度与切割阻力的关系试验结果表明，随着切割速度的增加，切割阻力有所下降。速度—阻力关系图如下：切割速度切割阻力0二.切割器的类型与构造从目前收割机和联合收获机应用情况看，切割器主要有回转式切割器和往复式切割器二种基本类型。回转式切割器一般为一高速旋转的水平刀盘，工作幅宽小、功率消耗大，大多用于园艺管理、茶树修剪等作业，很少在谷物收获系统中使用。一种装有回转式切割器的微型联合收获机大型回转切割器式联合收获机往复式切割器一般由动刀片、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片、刀杆等组成。往复式切割器构造1.护刃器架2.螺栓3.摩擦片4.压刃板5.刀杆6.护板7.定刀片8.动刀片9.护刃器护刃器刀杆定刀片动刀片摩擦片压刃器往复式切割器结构关系简图往复式切割器的构成护刃器与定刀片动刀片与刀杆压刃器摩擦片动刀片与定刀片相对做直线往复运动，平均切割速度为1~2m/s，特点是：结构简单、工作可靠、适应能力强、作业幅宽大，纵向尺寸小，目前绝大多数的收割机和联合收获机上采用这种形式的切割器。本节的重点也将针对往复式切割器的类型、结构、工作原理、参数分析等进行介绍。根据动刀片直线运动行程S、相邻动刀片和相邻定刀片之间的安装间距t和t0三者的组合关系，往复式切割器可分为三种基本类型。1.标准型切割器S=tt0动刀片定刀片结构尺寸关系为：S=t=t0=76.2mm；工作特点是：割刀的切割速度较高，切割性能好，对粗细茎秆有较强的适应性，广泛用于稻麦作物的收割机械上。2.双刀距型切割器t0tS=2t=2to结构尺寸关系为S=2t=2t0=152.4mm；工作特点特点：割刀往复运动频率低，惯性力小、适合于抗振性较差的小型收割机。3.低割型切割器S=tto结构尺寸关系为：S=t=2t0=76.2mm；在标准型切割器的基础上，在两定刀片之间又增加了一个定刀片，使得定刀片之间的间距缩小1倍，切割谷物时，茎秆的横向歪斜量小，割茬较低，对收割低夹大豆和牧草较为有利。但有堵刀现象。三.往复式切割器的传动机构往复式切割器的工作特点是动刀片做直线往复运动，要实现将动力输出的旋转运动变为割刀的直线运动，方法很多，目前在收割机械上应用较多的有三种类型：曲柄连杆机构、摆环机构、行星齿轮机构，其中曲柄连杆机构应用最广。1.曲柄连杆机构oABωtωxxy特点：机构简单、成本低廉，但占据空间大。FLAISHFLAISHFLAISH2.摆环机构×特点：结构紧凑、铰链较少、工作可靠、制造成本高。3.行星齿轮机构o1oxyA行星齿轮的节圆直径是齿圈节圆直径的一半，销轴置于割刀的运动直线上，曲柄回转时，销轴在割刀运动方向线上作往复运动，其行程等于齿圈节圆直径。特点：结构紧凑、振动小，便于机构配置，但成本高，机构复杂。FLAISHFLAISH四.往复式切割器的工作原理及运动分析1.刀片的几何形状无论使用什么样的切割器，都必须满足滑切的要求，而能否保证割刀直线运动下的滑切，割刀的几何形状非常关键。目前，比较理想的几何形状是梯形和三角形，而梯形更具合理性，因为三角形一旦出现磨损，将影响割