农业机械

农业机械学(下）主讲：刘俊峰概论一、研究的对象和目的1、研究对象（1）作业机具1）谷物收获机械cerealharvestingmachinery如：稻麦收获机、玉米收获机等2）牧草收获机械hay-makingmachinery如：收割机、集草机、打捆机、运料机等3）经济作物收获机械industrialcropharvestingmachinery如：根块作物收获机、花生收获机、棉花收获机等（2）作业对象包括：干、湿作物、籽粒、稿草等主要涉及他们的物理机械特性，空气动力特性，弹性，韧性，尺寸和重量等。2、研究目的弄清收获机械的结构及工作机理，掌握其设计理论和方法、步骤及使用技术，以正确研究设计和指导生产。二、谷物收获的特点和对收获机械的一般要求特点：1)季节性强2)受气候影响大3)三夏大忙，农活集中，劳力紧张,劳动强度大（三夏：收、种、管）一般要求：1)保证收获质量2)适应性好3)适时完成收获作业（高生产率，工作可靠）三、谷物收获机械发展概论到1958年，开始有了自行设计、制造的收获机。1960年代，我国自行设计和制造的谷物收割机开始大量出现，尤其是脱谷机和收割机。80年代初，我国引进美国约翰迪尔联合收获机JL1000系列技术和生产线。近年来，除这些高效先进的大联合收获机重要供应农场外，我国几家大联合收获机厂都在大批量生产大、中型联合收获机投入农村市场。四、谷物的生物学特性1、成熟期依据籽粒的饱满程度，湿度（含水率）和粒与穗轴间的连结强度的不同，将谷物的成熟期分为如下几个阶段1)乳熟期：湿度较高，含水50%~70%，乳浆状态2)腊熟期：3)完熟期：湿度16~20%4)过熟期：2、谷物的后熟作用3、谷物的湿度4、作物的倒伏5、作物的谷草比谷草比是指谷粒重与非谷粒重的比值五、谷物收获方法及机械种类（一）收获方法1、分段收获法用不同种类的机械分别进行割、运、脱粒、清选等作业。此法所用机具结构简单，造价低，但工效低，总损失较大。2、联合收获法在田间一次完成割、脱粒、分离和清粮等全部作业。工效高，利用率低，损失少，大幅度减轻劳动强度。机具结构复杂，造价高，利用率低，适于农场和大块田区。3、两阶段联合收获法首先，用割晒机将作物割下，并成条铺放于割茬上，晾晒3—5天（完成后熟作用），而后，用装有捡拾器的联收机进行捡拾、脱粒、分离和清粮等作业。（二）谷物收获机械的种类按用途主要分为三大类1、收割机械reapingmachinery包括：收割机reaper割晒机swather，windrower割捆机reaper-binders2、脱粒机械threshingmachinery3、联合收获机combineharvesting第九章收割机械第一节收割机的类型及特点第二节收割机的构造与主要工作部件(1)收割机械(2)回转式切割器(3)往复式切割器(一)类型(按结构尺寸与行程的关系分)1.单刀距行程型(标准型)s=t=to2.双刀距行程型s=2t=2to3.割型s=t=2to4.中间型s=t=kto5.双动割刀器(二)构造(标准型)由割刀(动刀片刀杆刀杆头)、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片和护刃器梁等组成.1.动刀片2.定刀片3.护刃器作用：①保证定刀位置②保护割刀③护舌和定刀构成两点支承④分术引导作物4.压刃器刀杆摩擦片(三)工作特点及应用优点:1.适应性好可切割多种作物割幅大小均可B=0.5-5m或更大2.茬齐3.有护刃器配合为有支承切割刀片损坏少4.维修方便简单缺点:1.造价高2.因惯力振动大,限制了机组速度的提高,一般为Vm=6-10Km/h3.切粗杆,易撞刀,崩刃应用:(四)装配技术要求和调整1.整列：护齿间距应相等，齿尖应在同一水平线上，定刀应在同一平面内。2.对中：动刀在极点位置时，动、定刀应重合。3.间隙：动、定刀之间的间隙。(五）往复式切割器的传动机构1特点:回转运动转为往复直线运动2种类:1)曲柄连杆(滑块)机构2)摆环机构3)行星齿轮机构第三节切割装置cuttingmechanism1、切割器是收获机械和联收机上必不可少的工作部件1)作用：切割作物茎杆。2)类型：回转式和往复式切割器，也包括镰刀、快速切割器2、收获机械上采用的切割器应具有如下的技术要求：1)切割质量好（茬齐、不撕裂、不连根拔）2)省力、可靠、（功耗小，不堵刀，振动小等）3)适应倒伏作物的切割（漏割损失小等）一．影响切割性能的因素1)切刀的特性2)茎杆的物理机械性质3)切刀与茎杆的相对位置4)切割方向与速度正切：刀刃的运动方向沿刀刃的法线方向切入茎杆的切割方式。滑切:刀刃的运动方向沿刀刃的法线偏移ß角的方向切入茎杆1茎杆刚度的影响包括自身刚度和外加支撑增加的抗弯反力割刀必须克服茎杆的切割阻力才能切断茎杆，但一般作物（稻、麦）茎杆本身的刚度较小，很小的外力就会使之弯斜。所以，要保证正常切割，割刀应具有足够的切割速度（以获得茎杆较大的惯性力）或是给茎杆以适当的支撑，以增大抗弯反力。注意，往复切割速度不应太高，回转刀具又不适应大型农机具。切割茎杆时的支撑方式：(1)无支撑：只用动刀切茎杆(2)有支撑：单支撑：由定刀构成单点支撑双支撑：由定刀和护刃舌构成两点支撑（1）无支撑切割：靠茎杆的惯力和刚性，配合动刀切割其割断条件关系式：P割与P弯作用与反作用力:要求动刀有高的速度（以获得较大的惯性力）（2）单支撑切割：较P弯增大（因有定刀支撑）相应可减小，即割刀速度可减低。t一定；a减小则v减小。如往复式割刀的平均速度：Vp=1~2m/s，但动定刀间隙δ要求严格，以保证切割质量和正常工作。（3）双支撑切割抗弯阻力更大，相应所需可更小，即动刀速度可小，同时，对动定刀间隙δ的要求可放宽，动、定刀磨损小，空转功率小.2茎杆纤维方向性的影响常见的三种切割方式：横断切；斜切；削切横断切：切割面和切割方向都与被切物的轴线垂直斜切：切割面与被切物轴线偏斜，但切割方向与轴线垂直削切：切割面与切割方向都与被切物轴线偏斜A横断切b斜切c削切切割方向与阻力和功率消耗之间的关系横断切最大斜切较小（斜45度时较横断切降低30~40%）削切最小（尤其切割阻力可显著下降）原因：因茎杆（主要被切物）是由纤维组成，各方向的强度不同。3刃厚及刃角的影响正切时切刀4滑切与切割阻力得关系滑切省力的原因：1、同一刃口在滑切时，刃角小；2、滑切有锯切作用3、同样刃口长切割、滑切时，真正参加切割的刃口长度变短，则省力。5切割速度对切割阻力的影响一般情况下，切割速度上升，则切割阻力下降。当割刀速度增大时，切割总功有所下降，但空转功率有所增加，并振动增大，所以，稻，麦收割机的往复式割刀平均速度一般不大于2m/s，一般Vp=1~2二、切割的类型与特点三、往复式切割器构造及参数分析（一）往复式切割器构造与标准化（二）传动机构1、曲柄连杆机构（1）一线式（平面型偏置曲柄连杆机构）用于割台侧置式的收割机和割草机。（2）立式一线式：用于立式割台收割机（3）转向式：多用于割副大，割台前置的联收机上（4）空间型偏置曲柄连杆机构，割刀可在一定范围内改变位置，用于割草机。2、曲柄滑槽机构特点：结构较为紧凑3、摆环机构结构紧凑，但造价较高，谷物联收机上已广泛应用4、星齿轮机构a刀杆b刀头销c行星齿轮d固定内齿圈e曲柄f转臂（三）往复式切割器的工作原理和参数分析1、刀片几何形状的分析（刀片钳往茎杆的条件）保证钳住茎杆的极限条件是：2、割刀的运动特性（1）运动方程假设：①没偏距②连杆长L远远大于r（曲柄半径）割刀运动分析trxcostrvsintracos2位移速度加速度（2）割刀速度V和加速度a与位移X的关系122222xv（为椭圆方程）A点的速度可表示为：AAVA加速度与X的关系：xtrtra222coscos1)无偏距时:rs22)有偏距时：rs2rs2行程（3）割刀的行程和平均速度故有偏距的与无偏距的相比，行程S略有增加，但影响不大，可是，往复行程的速度不一致。平均速度:割刀的速度是变化的，实用中常以平均速度来说明其速度的大小。30260snnsVp时间行程15rnVp当时rs2有支撑切割，需Vp一般范围为1—2m/s实验证明:切割速度在0.6—0.8m/s以上能顺利切茎杆（4）摆环机构驱动时割刀的运动分析tratrvtrxcossincos2运动方程:摆环的倾角α=15—18度时较好，割刀的运动特性相近于曲柄连杆机构传动的特性割刀行程：sin22klkrs3切割速度分析122222rxrrvx12222rxrrvx割刀的速度V与位移X的关系为一椭圆关系，即长半轴为，短半轴为的椭圆就为割刀的速度曲线。122222rxrv曲线上任意一点到X轴的距离A’A即表示割刀位移到A时的割刀速度。若画图时再将速度以的比例缩小，则割刀的速度图即可用以r为半径所画的圆弧来表示。那么割刀位移到A点时的速度1AAVA单位图长表示的实际数总图长度总的实际数值其中：例：求单刀距行程型往复式切割器的始切速度，终切速度和切割速度的变化范围。已知条件：动刀宽a、高h、前桥宽e和定刀片b（平均宽度）曲柄半径r和角速度ω。作图：作图尺寸比例为λ单位图尺寸实际数值割刀为平动，刀上每一点的运动规律都是一样的，这是选定A点为研究。ssvcvzzdvvzsvv为实际切割速度的变化范围段切割速度图及分析①先绘动、定刀片的相对位置图②作A点的切割速度图（以R为半径画半圆）③始切点为C，始切速度为④终切点为，终切速度为弧段为实际切割速度的变化范围段结论：单刀行程型切割器的实际切割速度在最大切割速度的附近（两边）（最大割速利用好）实验证明：切割速度在0.6~0.8m/s以上即能顺利切割茎杆，标准型的段都大于1.2m/s，选定割刀速度的，一般以割刀平均速度Vp=1—2m/s内选取。zsvvssvcvzzdvvzsvv4割刀进距对切割性能的影响用作图的方法求出割刀的运动轨迹（以分析割刀速度与机组速度的关系，以分析Vm和h在不同值时对切割性能的影响）（1）已知条件：①割刀类型，主要结构尺寸②机组前进速度Vm（匀速）③曲柄转速n为匀速（2）求进距H进距是指割刀在一个行程时间内，机具前进的距离。nVnVtNHmMm30260普通1型切割器的切割图(3)作图步骤（以标准型切割器为）普通1型切割器的切割图1)绘出相邻护刃器的中心线及其定刀片的宽度轨迹线。2)绘出动刀片的原始位置和走过两个进距位置的图形。3)A的运动轨迹①O为圆心，曲柄半径r为半径（即A点为起点）作半圆，然后n等分半圆（此时n=8）1、2、3、4、5、6、7、8②n等分进距（n=8）③过1、2、3、4、5、6、7、8作垂线（注：每等份中，A点横向方向上的行进距离每等分中，在前进方向上的行进距离）④过作水平线，分别交过1、2、3、4、5、6、7、8作的垂线的对应点于⑤用光滑的曲线连接起来，即A点轨迹。4)作B点运动轨迹，（作法与A点作法一样）87654321、、、、、、、87654321、、、、、、、（注：用刀刃上各点的运动轨迹是一样的，所以用样板曲线复制即可）讨论：①Ⅰ区为一次切割区（扫过区）（弯斜小，割茬较整齐）②Ⅲ区为空白区（弯斜大，尤其是纵向弯斜，割茬不整齐）③Ⅱ区为重割区（浪费功率，且粮食中会有短茎杆）分析：①当Vm不变时，曲柄n提高或刀高h变小时》Ⅱ变大，Ⅲ区减小②当n不变，Vm上升或h减小时，Ⅱ区减小，Ⅲ区变大。当H上升时，则Ⅱ区减小，Ⅲ区增大；当h减小（其他条件不变），Ⅱ区增大，Ⅲ区减小。因此，正确选择H和H与刀片刃部高度h之间的比例很重要。现有：谷物收割机H=（1.2~2）h谷物联收机H=（1.5~3）h割草机H=（1.1~1.5）hH的大小，与Vm（要合理确定行进速度）和n有关：nVHm305、切割器功率计算功率包括切割功率和空转功率两部分。空转功率与切割器的安装技