第七章_收割机111

1、 第七章第七章 收割机收割机 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 收割机类型和一般构造收割机类型和一般构造 第三节第三节 切割器及理论分析切割器及理论分析 第四节第四节 扶禾装置及理论计算扶禾装置及理论计算 第一节第一节 概概 述述 二、谷物的收获方法二、谷物的收获方法 三、谷物的机械收获系统三、谷物的机械收获系统 一、一、 谷物收获机械发展概论谷物收获机械发展概论 收割机械是谷物收获机械的重要组成部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工艺过程，为了更好地了解谷物收获机械化 所

2、使用的设备，我们必须首先了解谷物收获所使用的设备，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式、经济结构、技术水平等来决定合适的收 获方法。获方法。 一、一、 谷物收获机械发展概论谷物收获机械发展概论 1 1收割机收割机 18001800年英国博伊斯年英国博伊斯(joseph Boyce)(joseph Boyce)获得收割机专利，至获得收割机专利，至 18601860年出现了马拉的圆盘割刀收割机，年出现了马拉的圆盘割

3、刀收割机，18261826年由贝尔年由贝尔 (Patric BeU)(Patric BeU)制造出往复式切割器和拨禾轮的转臂式收割机制造出往复式切割器和拨禾轮的转臂式收割机 雏型，用多匹马牵引并由地轮驱动。雏型，用多匹马牵引并由地轮驱动。1919世纪世纪3030年代美国赫西年代美国赫西 (Obed Hussey)(Obed Hussey)和麦考密克和麦考密克(Cyrus Hall Me Cormick)(Cyrus Hall Me Cormick)发明了发明了 带有护刃器和往复式割刀的收割机。带有护刃器和往复式割刀的收割机。18531853年出现了摇臂收割年出现了摇臂收割 机，它能将收割的作物

4、搂集成堆，并从割台上搂拨到工作幅机，它能将收割的作物搂集成堆，并从割台上搂拨到工作幅 以外的已割茬地上。以外的已割茬地上。19201920年以后同拖拉机配套的收割机逐渐年以后同拖拉机配套的收割机逐渐 取代了畜力收割机。中国于取代了畜力收割机。中国于2020世纪世纪5050年代初曾生产摇臂式和年代初曾生产摇臂式和 转臂式马拉收割机。转臂式马拉收割机。6060年代发展成作物呈条状侧放铺于地面年代发展成作物呈条状侧放铺于地面 的机力收割机。的机力收割机。7070年代研制成机后放铺的立式割台收割机。年代研制成机后放铺的立式割台收割机。 2.2.脱粒机脱粒机 英国人米克尔英国人米克尔(Andrew Me

5、ikle)(Andrew Meikle)于于17841784年设计了木制年设计了木制 回转回转 滚筒式脱粒装置，并于滚筒式脱粒装置，并于17881788年获得了脱粒机专利，年获得了脱粒机专利，17851785年温劳年温劳 (William Winlaw)(William Winlaw)设计了锥形滚筒轴流脱粒机。设计了锥形滚筒轴流脱粒机。17961796年在英国年在英国 已出现用脱粒机和扬场机的配合使用。在俄国，已出现用脱粒机和扬场机的配合使用。在俄国，1919世纪初期生世纪初期生 产了由人力操作的钉齿滚筒钉齿凹板的木制脱粒机。从产了由人力操作的钉齿滚筒钉齿凹板的木制脱粒机。从1919世纪世纪

6、末到末到2020世纪初，美国凯斯脱粒公司世纪初，美国凯斯脱粒公司(J(JI. Case Thresher COI. Case Thresher CO) ) 先在脱粒机设计中应用逐稿器，从秸草中分离谷粒。后在脱粒先在脱粒机设计中应用逐稿器，从秸草中分离谷粒。后在脱粒 机上加装复清器，以改善湿脱时的作业质量。从而发展成具有机上加装复清器，以改善湿脱时的作业质量。从而发展成具有 脱粒、分离、清选、自动喂人等功能的大型脱粒机。脱粒、分离、清选、自动喂人等功能的大型脱粒机。 中国在中国在2020世纪世纪5050年代初期发展简易打稻机，年代初期发展简易打稻机，19571957年定型生年定型生 产大型复式脱

7、粒机，产大型复式脱粒机，6060年代生产半复式脱粒机和半喂人脱粒机。年代生产半复式脱粒机和半喂人脱粒机。 3.3.联合收割机联合收割机 美国发明家海拉姆美国发明家海拉姆穆尔在穆尔在18381838年建造了第一台联合收割机。年建造了第一台联合收割机。 1919世纪世纪8080年代后期，联合收割机在美国日益普及，很快澳大利亚也年代后期，联合收割机在美国日益普及，很快澳大利亚也 生产也了类似的机器。生产也了类似的机器。18851885年联合收割机开始由畜力驱动发展到用年联合收割机开始由畜力驱动发展到用 动力机驱动。动力机驱动。18901890年前后，由拖拉机牵引的联合收割机的性能已较年前后，由拖拉机

8、牵引的联合收割机的性能已较 完善，完善，19041904年美国霍尔公司的牵引式联合收割机开始采用汽油机作年美国霍尔公司的牵引式联合收割机开始采用汽油机作 动力，动力，19121912年又改进为全钢结构并正式进行成批生产，供应市场。年又改进为全钢结构并正式进行成批生产，供应市场。 19381938年，第一台自走式联合收割机问世，年，第一台自走式联合收割机问世，4040年代该机在美国等少数年代该机在美国等少数 国家逐步推广应用，国家逐步推广应用，5050年代在美、欧各国获得空前发展。到年代在美、欧各国获得空前发展。到6060年代，年代， 自走式联合收割机已占联合收割机总数的自走式联合收割机已占联合

9、收割机总数的9090以上中国于以上中国于19471947年引年引 进联合收割机，在国营机械化农场使用，进联合收割机，在国营机械化农场使用，19551955年开始生产牵引式联年开始生产牵引式联 合收割机，合收割机，19651965年开始生产自走式联合收割机。年开始生产自走式联合收割机。7070年代有多种牵引年代有多种牵引 式和自走式中小型机投人生产。式和自走式中小型机投人生产。8080年代引进国外先进机型生产，使年代引进国外先进机型生产，使 联合收割机的性能水平接近国际水平，联合收割机的性能水平接近国际水平，20002000年保有量为年保有量为26265252万台。万台。 二、谷物的收获方法二、

10、谷物的收获方法 1、谷物的生物学特性、谷物的生物学特性 2、谷物收获农业要求、谷物收获农业要求 3、谷物的收获方法、谷物的收获方法 1 1、谷物的生物学特性、谷物的生物学特性 谷物成熟期：乳熟、腊熟、完熟等几个阶谷物成熟期：乳熟、腊熟、完熟等几个阶 段。段。 不同成熟期籽粒的饱满程度、湿度、与穗不同成熟期籽粒的饱满程度、湿度、与穗 轴的连结强度不相同。轴的连结强度不相同。 同地块的作物，成熟度并不完全相同，同同地块的作物，成熟度并不完全相同，同 一一 谷穗上的籽粒成熟也不相同。小麦穗头谷穗上的籽粒成熟也不相同。小麦穗头 的中部籽粒最重；水稻是由上向下依次成熟。的中部籽粒最重；水稻是由上向下依次

11、成熟。 割断后的植株，茎叶中的养分继续向籽粒割断后的植株，茎叶中的养分继续向籽粒 输送（称为输送（称为“后熟后熟”作用）。作用）。 作物湿度是影响机械作业性能的重要因素。作物湿度是影响机械作业性能的重要因素。 对湿度大的作物，不论切割、脱粒或清选都对湿度大的作物，不论切割、脱粒或清选都 较困难。较困难。 作物的倒伏，会给机械收割造成困难。作物的倒伏，会给机械收割造成困难。 2 2、谷物收获农业要求、谷物收获农业要求 适时收获。收获过早适时收获。收获过早, ,青米多，出米率青米多，出米率 低；收获过迟低；收获过迟, ,易落粒，碎米多。易落粒，碎米多。 收获损失小，总损失率控制收获损失小，总损失率

12、控制3%3%以内。以内。 谷粒破碎和损伤小，一般要求籽粒破谷粒破碎和损伤小，一般要求籽粒破 碎率小于碎率小于1%1%。 清洁度高，一般要求籽粒清洁度在清洁度高，一般要求籽粒清洁度在98%98% 以上。以上。 3 3、谷物的收获方法、谷物的收获方法 根据不同的自然条件、栽培根据不同的自然条件、栽培 制度、经济技术水平，目前全世制度、经济技术水平，目前全世 界关于谷物的界关于谷物的收获方法大致有三收获方法大致有三 种方法：种方法： （1 1）分别（段）收获法：用多种相对独）分别（段）收获法：用多种相对独 立的机械（收割机、运输车、脱粒机、扬立的机械（收割机、运输车、脱粒机、扬 场机等）分别对作物完

13、成收割、运输、脱场机等）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。业周期长、收获积累损失大。 分别收获法常用机械的收获过程分别收获法常用机械的收获过程 收割过程收割过程扬场清粮过程扬场清粮过程 全喂入脱粒机全喂入脱粒机半喂入脱粒机半喂入脱粒机 利用联合收获机利用联合收获机 一次完成作物的收

14、割、一次完成作物的收割、 脱粒、分离和清选等脱粒、分离和清选等 多项作业的方式。特多项作业的方式。特 点：生产率高、作业点：生产率高、作业 周期短、积累损失小、周期短、积累损失小、 作业质量好。设备投作业质量好。设备投 资大、机器利用率低、资大、机器利用率低、 技术水平要求高。技术水平要求高。 （2 2）联合收获法：）联合收获法： （3 3）两段收获法）两段收获法 ：先利用割晒机进行收割，：先利用割晒机进行收割， 待晾晒待晾晒3535天后用带有捡拾器的联合收获机进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：行捡拾、脱粒、分离和清选作业的方式。特点： 谷粒饱满、产量

15、提高、作业周期长、设备投资谷粒饱满、产量提高、作业周期长、设备投资 大。大。 割捆机割捆机割晒机割晒机 捡拾器捡拾器 三、谷物的机械收获系统三、谷物的机械收获系统 谷物的机械收获系统谷物的机械收获系统 联合收获法联合收获法 两段收获法两段收获法 分别收获法分别收获法 脱粒机脱粒机 运输车运输车 收割机收割机 扬场机扬场机 联收机联收机 割晒机割晒机 联收机联收机 思考题思考题 1 1、常用的谷物机械收获方法有哪、常用的谷物机械收获方法有哪 些？各有何特点？些？各有何特点？ 2 2、谷物的收获系统是如何组成的？、谷物的收获系统是如何组成的？ 第二节第二节 收割机械的类型收割机械的类型 和一般结构

16、和一般结构 一、收割机的一般类型一、收割机的一般类型 二、收割机的基本构成二、收割机的基本构成 一、收割机的一般类型一、收割机的一般类型 1、按照茎秆的放铺方向分：收割机、按照茎秆的放铺方向分：收割机、 割晒机、割捆机割晒机、割捆机 收割机收割机 收割机工作时，收割机工作时， 被割刀切断的谷物被割刀切断的谷物 茎秆形成与前进方茎秆形成与前进方 向呈向呈90 0的转向放 的转向放 铺，以便于捡拾和铺，以便于捡拾和 打捆。主要用于分打捆。主要用于分 别收获法。别收获法。 割晒机割晒机收割机工作时，被割刀切收割机工作时，被割刀切 断的谷物茎秆形成与前进方向平行的断的谷物茎秆形成与前进方向平行的 顺向

17、放铺，以便于两段收获时的晾晒。顺向放铺，以便于两段收获时的晾晒。 割捆机割捆机将谷物茎杆割断后进行自动打将谷物茎杆割断后进行自动打 捆，然后放与田间。捆，然后放与田间。 2 2、按照被割谷物茎秆的输送方式：立、按照被割谷物茎秆的输送方式：立 式收割机和卧式收割机式收割机和卧式收割机 立式收割机立式收割机割台为直立式，被割谷物茎割台为直立式，被割谷物茎 秆是在直立状态下进行输送到收割机一侧的。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。机构纵向尺寸短。 卧式收割机卧式收割机割台为水平放置，被割谷割台为水平放置，被割谷 物茎秆是在水平输送带上运至收割机一侧物茎秆是在水平输送带上运至收

18、割机一侧 的。输送平稳。的。输送平稳。 二、收割机的基本构成二、收割机的基本构成 无论是立式收割机还是卧式收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、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式收割机只是在扶禾装置上有较大 的差别。的差别。 1、立式收割机、立式收割机 分禾器分禾器 扶禾轮扶禾轮 切割器切割器 输送带输送带 谷物茎秆谷物茎秆 结构组成：分禾器、扶禾星轮、切割器、结构组成：分禾器、扶禾星轮、切割器、 立式输送带、传动装

19、置等。立式输送带、传动装置等。 工作原理：收割机工作时，输工作原理：收割机工作时，输 送带和切割器由拖拉机动力输送带和切割器由拖拉机动力输 出驱动工作，分禾器将行内谷出驱动工作，分禾器将行内谷 物茎秆集束引向切割区，并在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，随即靠向立式输切割器切割，随即靠向立式输 送带被其传送到一侧放铺。送带被其传送到一侧放铺。 由于割台为立式，纵向尺寸小，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。但对倒伏作物和机组的纵向稳定性。但对倒伏作物和 低产

20、谷物适应性不理想。低产谷物适应性不理想。 常用的机型有：常用的机型有：4GL140 / 1704GL140 / 170， V Vm m=24km /h =24km /h （12m/s12m/s），），V Vd d=2m/s=2m/s， Q=VQ=Vm m B /667 B /667 （亩（亩/ /时），一般为时），一般为4949 亩亩/ /时。时。 2 2、卧式收割机、卧式收割机 Vm 拨禾轮拨禾轮 分禾器分禾器 切割器切割器 输送带输送带 基本构成：分禾器、拨禾轮、切割器、输送装置、传动装置等。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、输送工作

21、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。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，不利于拖拉机前起作用。但机构纵向尺寸大，不利于拖拉机前 置配置，故很

22、少在小型拖拉机上使用。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，双带为收割之分：单带为割晒机使用，双带为收割 机使用，如下图所示：机使用，如下图所示： 单带单带双带双带 本章中主要讲授的内容是：切割器和扶禾器本章中主要讲授的内容是：切割器和扶禾器 思考题思考题 1 1、收割机械的一般类型？一般组成？、收割机械的一般类型？一般组成？ 2 2、收割机和割晒机的概念？、收割机和割晒机的概念？ 第三节第三节 切割切割器 一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论 二、切割器的类型与构造二、切割器的类型与构造 三、往复式切

23、割器的传动机构三、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四、切割器的工作原理及运动分析 五、切割器的功率消耗五、切割器的功率消耗 六、割刀惯性力的平衡六、割刀惯性力的平衡 理论理论 一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论 切割器是收割机上的重要工作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、求：割茬整齐、不漏割、不堵刀、 功率消耗小。功率消耗小。 实验结果表明：谷物茎秆的切实

24、验结果表明：谷物茎秆的切 割过程与割刀的特性、茎秆的割过程与割刀的特性、茎秆的 物理机械性质、切割方式、切物理机械性质、切割方式、切 割速度、割刀与茎秆的相对位割速度、割刀与茎秆的相对位 置等有关。置等有关。 1、切割方式对切割性能的影响、切割方式对切割性能的影响 所谓切割方式主要是指割所谓切割方式主要是指割 刀进入材料的方向，归纳起来刀进入材料的方向，归纳起来 主要有主要有正切正切和和滑切滑切两种基本方两种基本方 式。式。 正切正切割刀的绝对运动方向垂直割刀的绝对运动方向垂直 与割刀刃口的切割方式。如图所示：与割刀刃口的切割方式。如图所示： P V 茎杆茎杆 割刀刃口割刀刃口 观察几种典型的

25、切割方观察几种典型的切割方 式式 P P P 横切横切斜切斜切削切削切 实验结果表明：正切中的三种切割方式因其切入茎实验结果表明：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 切比横切下降切比横切下降30%40%，削切比横切下降，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。结论：横切、斜切、削切三种切割方式均应属正切。 滑切滑切割刀的绝对运动方向与割割刀的绝对运动方向与割 刀刃口既不垂直又

26、不平行的切割方式。刀刃口既不垂直又不平行的切割方式。 设：设：Vn割刀运动的法向速度；割刀运动的法向速度； Vt割刀运动的切向速度割刀运动的切向速度 ； 割刀运动的绝对速度方向与割刀运动的绝对速度方向与 法向速度方向的夹法向速度方向的夹角，此处定义角，此处定义 为滑切角。为滑切角。 P Vn Vt V 切割理论的力学试验结果和割刀运动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。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？滑切比正切省力的机理？ 高略契金力学试验：高略契金力高略契金力学试验：高略契金力 学试验步骤是，在割刀上一面施加学试验步骤是，在割刀上一面

27、施加 法向力法向力P，一面使割刀刃口沿切向，一面使割刀刃口沿切向 方向产生滑移，滑移量为方向产生滑移，滑移量为S，在切，在切 割条件相同的情况下（材料、深割条件相同的情况下（材料、深 度），产生如下一组对比数据：度），产生如下一组对比数据： 割刀切向滑移值割刀切向滑移值S （mm） 规定试验切割深度规定试验切割深度 所需法向力所需法向力P （g） 6001.5 5002.0 4005 20040 试验结果：试验结果： 高略契金力学试验结果表明，割刀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，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，切向滑移

28、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，滑切比正切滑移就会产生滑切，因此，滑切比正切 省力。省力。 P3S = 常数常数 高略契金常数定理高略契金常数定理 割刀运动几何分析：对比分析割割刀运动几何分析：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，刃口角口角和滑切刃口角的大小，刃口角 越小越省力。越小越省力。 技术路线：将割刀刃口技术路线：将割刀刃口 局部放大，设割刀在局部放大，设割刀在A A

29、 点切入材料，切割方式点切入材料，切割方式 分别为正切和滑切，正分别为正切和滑切，正 切刃口角为切刃口角为，滑切刃，滑切刃 口角为口角为/ /。 A / D 滑切滑切 E C B 正切正切 当进行滑切时，几当进行滑切时，几 何分析结果如下：何分析结果如下： tg=BC / AC tg/=DE / AE 又又AE = AC / cos DE = BC tg/= tgcos cos1， （cos= tg/ / tg1） tg/tg，/ 分析结果表明，滑切与正切相比，分析结果表明，滑切与正切相比， 滑切进入材料时的实际刃口角滑切进入材料时的实际刃口角/比正切比正切 时的刃口角时的刃口角变小了，这也是

30、滑切比正变小了，这也是滑切比正 切省力的原因之一切省力的原因之一 。 从力学试验结果和割刀运动几何分从力学试验结果和割刀运动几何分 析结果两方面说明了滑切比正切省力。析结果两方面说明了滑切比正切省力。 在对物体进行切割时，尽可能地采用滑在对物体进行切割时，尽可能地采用滑 切方式，以利于降低切割阻力和功率消切方式，以利于降低切割阻力和功率消 耗。耗。 2、茎秆的物理机械性质对切割性、茎秆的物理机械性质对切割性 能的影响能的影响 茎秆的物理机械性质主要是指茎秆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。力

31、、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。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力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定 的困难。因此，要的困难。因此，要实现对茎秆的完全切实现对茎秆的完全切 割，一般可采取二种措施割，一般可采取二种措施： 低速有支承切割 高速无支承切割 有

32、支承切割有支承切割在动刀片运动在动刀片运动 的反向施加一支承力的切割称为的反向施加一支承力的切割称为 有支承切割。有支承切割。 单支承切割单支承切割 用动刀片配合定刀用动刀片配合定刀 片的切割。片的切割。 定刀片定刀片 动刀片动刀片 P 双支承切割双支承切割用动用动 刀片配合带有护刃器刀片配合带有护刃器 的定刀片的切割的定刀片的切割 。 有支承切割可使茎秆有支承切割可使茎秆 获得一定的抗弯能力，获得一定的抗弯能力， 可在低速状态下进行可在低速状态下进行 切割，切割速度为：切割，切割速度为： Vp = 12 m / s。 P 研究结果表明：研究结果表明：在同样切割速度的情况下，在同样切割速度的情

33、况下， 双支承切割比单支承切割能获得较好的使双支承切割比单支承切割能获得较好的使 用参数。用参数。 在进行单支承切割时，切割速度为在进行单支承切割时，切割速度为 Vp = 12 m / s，要保证正常的切割，动、，要保证正常的切割，动、 定 刀 片 之 间 的 切 割 间 隙 必 须 在定 刀 片 之 间 的 切 割 间 隙 必 须 在 = 00.5mm范围内，否则，茎秆的切割阻范围内，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，切割而在进行双支承切割时，切割

34、速度为速度为Vp = 12 m / s，相对于割刀，相对于割刀 的上下抗弯能力有较大幅度的增强，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动定刀片之间的切割间隙可允许在 = 11.5mm范围内，这就给切割范围内，这就给切割 器的设计、使用、安装提供了比较器的设计、使用、安装提供了比较 宽松的条件，所以目前收获机械普宽松的条件，所以目前收获机械普 遍采用双支承切割方式。遍采用双支承切割方式。 无支承切割无支承切割只有动刀片而无只有动刀片而无 定刀片直接切割茎秆的切割称为无定刀片直接切割茎秆的切割称为无 支承切割。支承切割。 P Pw 由于茎秆是在没有任何由于茎秆是在没有任何

35、 扶持的状态下进行切割的，扶持的状态下进行切割的， 仅靠茎秆自身的抗弯能力仅靠茎秆自身的抗弯能力P Pw w 是很难与动刀片的切割力相是很难与动刀片的切割力相 平衡的，此时，平衡的，此时，P PP Pw w。 切割速度较低时，茎秆将被切割速度较低时，茎秆将被 推倒或折断。推倒或折断。 P Pw 但当动刀片以较高的速但当动刀片以较高的速 度进入材料时，原来静止的度进入材料时，原来静止的 茎秆在瞬间获得动刀片所传茎秆在瞬间获得动刀片所传 递的速度并立即产生很大的递的速度并立即产生很大的 加速度以及与其方向相反的加速度以及与其方向相反的 惯性力惯性力P Pg g。速度越大则惯性。速度越大则惯性 力就

36、越大，因而茎秆的抗弯力就越大，因而茎秆的抗弯 能力也就越大，有利于茎秆能力也就越大，有利于茎秆 的顺利切割。的顺利切割。 当当P = PP = Pg g + P + Pw w 时，可使得茎秆在直立状态下实现切割，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。因此，无支承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。 Pg 例如，切割小麦时，使用带例如，切割小麦时，使用带 有护刃器的往复式切割器，其切有护刃器的往复式切割器，其切 割速度仅为割速度仅为12m / s12m / s，而无支承，而无支承 的回转式切割器的刀片速度则需的回转式切割器的刀片速度则需 1

37、020m/s1020m/s，如果切割牧草，则需，如果切割牧草，则需 4050m/s4050m/s，这使得机构功率消耗，这使得机构功率消耗 增大、振动增加，传动装置也将增大、振动增加，传动装置也将 比较复杂。比较复杂。 3 3、切割速度与切割阻力的关系、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，切试验结果表明，随着切割速度的增加，切 割阻力有所下降割阻力有所下降。速度。速度阻力关系图如下：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二、切割器的类型与构造 从目前收割从目前收割 机和联合收获机机和联合收获机 应用情况看，切应用情况看，切 割器主要有回转割器主要

38、有回转 式切割器和往复式切割器和往复 式切割器二种基式切割器二种基 本类型。本类型。 回转式切割器一般回转式切割器一般 为一高速旋转的水平刀为一高速旋转的水平刀 盘，工作幅宽小、功率盘，工作幅宽小、功率 消耗大，大多用于园艺消耗大，大多用于园艺 管理、茶树修剪等作业，管理、茶树修剪等作业， 很少在谷物收获系统中很少在谷物收获系统中 使用。使用。 往复式切割器，一般由动刀片、往复式切割器，一般由动刀片、 定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片、 刀杆等组成。刀杆等组成。 往复式切割器结构简图往复式切割器结构简图 护刃器护刃器 动刀片动刀片 压刃器压刃器 摩擦片摩擦片刀杆刀

39、杆定刀片定刀片 动刀片与定刀片相对动刀片与定刀片相对 做直线往复运动，平均切做直线往复运动，平均切 割速度为割速度为12m/s，特点是：，特点是： 结构简单、工作可靠、适结构简单、工作可靠、适 应能力强、作业幅宽大，应能力强、作业幅宽大， 纵向尺寸小，目前绝大多纵向尺寸小，目前绝大多 数的收割机和联合收获机数的收割机和联合收获机 上采用这种形式的切割器。上采用这种形式的切割器。 本节的重点也将针对往复本节的重点也将针对往复 式切割器的类型、结构、式切割器的类型、结构、 工作原理、参数分析等进工作原理、参数分析等进 行介绍。行介绍。 机构组成的功用机构组成的功用 往复式切割器的类型往复式切割器的

40、类型 根据动刀片直线运动行程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相邻动刀片和相邻定刀片之间的 安装间距安装间距 t 和和 t0 三者的组合关三者的组合关 系，往复式切割器可分为三种基系，往复式切割器可分为三种基 本类型。本类型。 1 1、标准型切割器、标准型切割器： t0 S=t 动刀片动刀片 定刀片定刀片 结构尺寸关系为结构尺寸关系为 S = t = t0 =76.2 mm 工作特点是：割刀的切割速度较工作特点是：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，广泛用于稻麦作较强的适应性，广泛用于稻麦作 物的收割机械上。物的收割机

41、械上。 2 2、双刀距型切割器、双刀距型切割器： t0 t S=2t=2to 结构尺寸关系为结构尺寸关系为S =2 t =2 t0 =152.2 mm，动刀片间距，动刀片间距t和定刀片间距和定刀片间距t0 与标准型相同，但割刀行程与标准型相同，但割刀行程S为标为标 准型的准型的2倍。倍。 工作特点特点：割刀往复运动频率工作特点特点：割刀往复运动频率 低，惯性力小、适合于抗振性较差低，惯性力小、适合于抗振性较差 的小型收割机。的小型收割机。 3、低割型切割器、低割型切割器 to S=t 结构尺寸关系为结构尺寸关系为 S = t =2 tS = t =2 t0 0 =76.2 mm =76.2 m

42、m 在标准型切割器的基础上，在两定刀片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，使得定刀片之间又增加了一个定刀片，使得定刀片 之间的间距缩小之间的间距缩小1倍，切割谷物时，茎秆倍，切割谷物时，茎秆 的横向歪斜量小，割茬较低，对收割低的横向歪斜量小，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三、往复式切割器的传动机构 往复式切割器的工作特点是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将动力输出的旋转运动变为割刀 的直线运动方法很多，目

43、前在收的直线运动方法很多，目前在收 割机械上割机械上应用较多的有三种类型：应用较多的有三种类型： 曲柄连杆机构、摆环机构、行星曲柄连杆机构、摆环机构、行星 齿轮机构，齿轮机构，其中行星齿轮机构应其中行星齿轮机构应 用最广。用最广。 1、曲柄连杆机构、曲柄连杆机构 o A B t x x y 特点：机构简单、成本低廉、占据空间大。特点：机构简单、成本低廉、占据空间大。 2、摆环机构、摆环机构 特点：特点：结构紧凑、铰链较少、工作可靠、结构紧凑、铰链较少、工作可靠、 制造成本高。制造成本高。 3、行星齿轮机构、行星齿轮机构 x y oo1 A 行星齿轮的节圆直径是齿圈节圆直径的一半，销轴置行星齿轮

44、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，机构复杂紧凑、振动小，便于机构配置，但成本高，机构复杂 。 四、往复式切割器的工作原理四、往复式切割器的工作原理 及及 运动分析运动分析 1 1、刀片的几何形状、刀片的几何形状 无论使用什么样的切割器，都必须满足滑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，切的要求，而能否保证割刀

45、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，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，将影响割刀刃口的因为三角形一旦出现磨损，将影响割刀刃口的 长度，近而最终影响割刀的切割质量。长度，近而最终影响割刀的切割质量。 三角形动刀片三角形动刀片梯形动刀片梯形动刀片 hh1 结论：梯形动刀片比三角形动刀片使用寿命长，结论：梯形动刀片比三角形动刀片使用寿命长， 工作质量高，是目前最常用的结构形式。工作质量高，是目前最常用的结构形式。 梯形刀片的结构参数梯形刀片的结构参数 b h

46、a d Vn V A b前桥宽，前桥宽，a底部宽底部宽 h刃部高刃部高 滑切角滑切角 一般情况下，一般情况下，越大，滑切能力越越大，滑切能力越 强，切割也就越省力，当强，切割也就越省力，当由由150增至增至450 时，切割阻力将减少一半。滑切角时，切割阻力将减少一半。滑切角与与 切割阻力切割阻力P之间的关系曲线如下：之间的关系曲线如下： o P a=76 b=17 h=55 d=24 但要特别注意的是，但要特别注意的是，的变化范围一定的变化范围一定 要首先满足茎秆被动定刀片钳住的条件：要首先满足茎秆被动定刀片钳住的条件： o A N1 B N2 F1 F2 R1 R2 +1+2 1 、2 分别

47、分别 表示动定刀片与表示动定刀片与 谷物茎秆的摩擦谷物茎秆的摩擦 角，角， 1+245520， 试验结果表明，试验结果表明， =290， =6015/时切割时切割 效果最好。效果最好。 2、割刀的运动分析、割刀的运动分析 割刀的运动特性对切割器性能有直割刀的运动特性对切割器性能有直 接的影响，由于往复式切割器的动刀片接的影响，由于往复式切割器的动刀片 工作时在曲柄连杆机构的驱动下做横向工作时在曲柄连杆机构的驱动下做横向 的往复直线运动，其运动是间歇的。我的往复直线运动，其运动是间歇的。我 们通过对该机构的运动分析找出割刀位们通过对该机构的运动分析找出割刀位 移与速度之间的关系，为合理的确定割移

48、与速度之间的关系，为合理的确定割 刀速度与机组前进速度配合关系提供理刀速度与机组前进速度配合关系提供理 论依据。论依据。 o A B t x x y L r 建立动刀片的运动方程建立动刀片的运动方程 x=rcost Vx= rsint = r sin2 t = r 1cos2 t = r2r2cos t = r2x2 1 22 2 2 2 r V r x x 可以看出，割刀速度与割刀位移之间的关系为一椭圆方可以看出，割刀速度与割刀位移之间的关系为一椭圆方 程式，长半轴为程式，长半轴为rr，短半轴为，短半轴为r r，他反映了割刀在其运动过，他反映了割刀在其运动过 程中，任意一点的速度是不相同的，

49、有时，为了研究的方便，程中，任意一点的速度是不相同的，有时，为了研究的方便， 将图中的长半轴将图中的长半轴rr缩小缩小倍，这样割刀速度与位移之间的倍，这样割刀速度与位移之间的 关系图就可用一标准圆来表达，后面我们将会用到这个结果。关系图就可用一标准圆来表达，后面我们将会用到这个结果。 or r o x Vx r r AB 由于割刀的横向直线运动速度是变化由于割刀的横向直线运动速度是变化 的，应用起来很不方便，因此我们引进割的，应用起来很不方便，因此我们引进割 刀的平均速度刀的平均速度Vp 的概念的概念。 设：割刀运动一个行程设：割刀运动一个行程S S内所用时间为内所用时间为t， n曲柄转速（曲

50、柄转速（r/minr/min） Vp= S / t 60秒秒 n t 1/2 t=30/n，S=2r Vp= S / t = n S / 30 = n r / 15 在这里有一个问题需要说明，在这里有一个问题需要说明， 往复式切割器割刀的运动是水平横往复式切割器割刀的运动是水平横 向运动和直线前进运动的合成，割向运动和直线前进运动的合成，割 刀横向运动的平均速度刀横向运动的平均速度V Vp p与机器前与机器前 进运动的速度进运动的速度V Vm m的的 配合关系，决定配合关系，决定 了割刀绝对运动轨迹，这一配合关了割刀绝对运动轨迹，这一配合关 系我们习惯上用割刀进距（切割进系我们习惯上用割刀进距

51、（切割进 距）距）H H来表示。来表示。 割刀进距割刀进距割刀完成一个行程割刀完成一个行程S 的时间的时间t内机组所前进的距离内机组所前进的距离。 H = Vm t = Vm 30 / n 有时也用有时也用刀机速比刀机速比来表示来表示 =Vp / Vm =S / H 试验结果表明，试验结果表明，的大小对割的大小对割 刀的切割质量影响很大，我们必须刀的切割质量影响很大，我们必须 进行必要的量化处理，即给出进行必要的量化处理，即给出值值 的大小，确定的大小，确定Vp 与与Vm的配合关系。的配合关系。 通常我们用作图的方法通常我们用作图的方法切割图，切割图， 来确定来确定值的大小。值的大小。 切割图

52、切割图利用作图法，画出动刀利用作图法，画出动刀 片的绝对运动轨迹，分析割刀的切片的绝对运动轨迹，分析割刀的切 割过程。割过程。 H H S d oA 由图可知，在定刀片运动轨迹由图可知，在定刀片运动轨迹 线内的谷物茎秆将被动刀片切割，线内的谷物茎秆将被动刀片切割， 切割区内的茎秆在动刀片的左右推切割区内的茎秆在动刀片的左右推 动下被推向定刀片实施剪切，由于动下被推向定刀片实施剪切，由于 值的不同，切割区内茎秆被处理值的不同，切割区内茎秆被处理 的程度也有些不同，有可能出现三的程度也有些不同，有可能出现三 种情况。种情况。 区（一次切割区）：区（一次切割区）： 在此区内的茎秆首先被在此区内的茎秆

53、首先被 动刀片推至定刀片刃口动刀片推至定刀片刃口 线上，并在定刀片和护线上，并在定刀片和护 刃器的双支承下被切割，刃器的双支承下被切割， 由于动刀片只有一次通由于动刀片只有一次通 过该区，故称为一次切过该区，故称为一次切 割区。割区。区内的茎秆由区内的茎秆由 于所处的位置不同，多于所处的位置不同，多 数茎秆是在横向歪斜状数茎秆是在横向歪斜状 态下被切割的，歪斜状态下被切割的，歪斜状 态下被切割的茎秆割茬态下被切割的茎秆割茬 高度有所增加。高度有所增加。 =1 区（重割区）：动刀区（重割区）：动刀 片刃口线两次通过该区，片刃口线两次通过该区， 有可能发生对茎秆的二有可能发生对茎秆的二 次切割但并

54、非一定。当次切割但并非一定。当 区面积较小时，且位区面积较小时，且位 于切割区的中部，尽管于切割区的中部，尽管 动刀片两次通过该区，动刀片两次通过该区， 但由于茎秆左右歪斜量但由于茎秆左右歪斜量 大致相同，不可能发生大致相同，不可能发生 重割。反之，当由于割重割。反之，当由于割 刀进距刀进距H较小时，较小时，区面区面 积增大，在第二次行程积增大，在第二次行程 时，离动刀片较远而离时，离动刀片较远而离 定刀片较近的茎秆就有定刀片较近的茎秆就有 可能被重割一次。重割可能被重割一次。重割 将无谓地增加功率的消将无谓地增加功率的消 耗。耗。 =1.4 区（空白区）：动刀片的区（空白区）：动刀片的 刃口

55、线没有经过该区，如果刃口线没有经过该区，如果 该区面积较小时，且位于动该区面积较小时，且位于动 刀片前桥宽度刀片前桥宽度b的扫描范围的扫描范围 之内，茎秆将被动刀片的前之内，茎秆将被动刀片的前 桥推向割刀下次行程的一次桥推向割刀下次行程的一次 切割区内被切割，但歪斜量切割区内被切割，但歪斜量 较大，割茬较高，且为集束较大，割茬较高，且为集束 切割，切割阻力大，功率消切割，切割阻力大，功率消 耗增加。如果割刀进距耗增加。如果割刀进距H过过 大，空白区增大，动刀片前大，空白区增大，动刀片前 桥宽度桥宽度b的扫描面积没有全的扫描面积没有全 部掠过该区域，就有可能造部掠过该区域，就有可能造 成漏割。成

56、漏割。 =0.7 经以上分析我们不难看出，经以上分析我们不难看出， 值的大小或值的大小或H H值的正确选取值的正确选取 对割刀的切割质量影响很大，对割刀的切割质量影响很大， 通过绘制切割图，就可以确定通过绘制切割图，就可以确定 最佳的速度比最佳的速度比值，一般为值，一般为 = 0.81.2 = 0.81.2 。 五、切割器的功率消耗五、切割器的功率消耗 切割器工作时的功率消耗主要有切切割器工作时的功率消耗主要有切 割功率消耗割功率消耗Ng 和空转功率消耗和空转功率消耗Nk两部两部 分组成。分组成。 N = Ng + Nk Ng = Vm B L0 / 1000 （kW） Ng = Vm B L

57、0 / 1000 （kW） 式中：式中：V Vm m机组前进速度，（机组前进速度，（m/sm/s） B B 机组作业幅宽，（机组作业幅宽，（m m） L L0 0割刀切割每平方米面积的作割刀切割每平方米面积的作 物茎秆所需功值物茎秆所需功值 （N.m / mN.m / m2 2），据测），据测 试，收割小麦时，试，收割小麦时，L L0 0=100200 =100200 Nk = （0.61.1）B，（，（kW） 六、割刀惯性力的平衡六、割刀惯性力的平衡 往复式切割器在工作时做高速往复直往复式切割器在工作时做高速往复直 线运动，由于其速度是变化的，将在机器线运动，由于其速度是变化的，将在机器 上

58、产生较大的惯性力，速度越高惯性力就上产生较大的惯性力，速度越高惯性力就 越大，机器的振动也就越严重。据测试，越大，机器的振动也就越严重。据测试， 每米割刀所产生的惯性力高达每米割刀所产生的惯性力高达600800N， 严重地影响了机器的使用寿命和工作质量，严重地影响了机器的使用寿命和工作质量， 因此，必须对割刀的惯性力予以平衡。以因此，必须对割刀的惯性力予以平衡。以 曲柄连杆机构为研究对象，建立割刀惯性曲柄连杆机构为研究对象，建立割刀惯性 力的平衡关系式。力的平衡关系式。 常用的措施：在曲柄销对面增加平衡配重常用的措施：在曲柄销对面增加平衡配重 设：设：Md割刀质量割刀质量 Me连杆质量连杆质量

59、 r曲柄半径曲柄半径 曲柄回转角速度曲柄回转角速度 Mp配重质量配重质量 rp配重块回转半径配重块回转半径 a割刀加速度，割刀加速度，a=r2cost o A B t x x y L r 为了研究方便，设连杆质量为了研究方便，设连杆质量Me的的2/3 随割刀做直线往复运动，随割刀做直线往复运动，1/3随曲柄销做随曲柄销做 圆的运动。机构运动简图如上图所示。圆的运动。机构运动简图如上图所示。 MeMd Pd=（Md+Me2/3）a Mer2/3 rp Mp Mpr2 o A B t x x y L r MeMd Pd=（Md+Me2/3）a Mer2/3 rp Mp Mpr2 当当t=090t=

60、0900 0时，加速度时，加速度a a为正值，此时，为正值，此时， P Pd d与与P Pq q同向，方向为同向，方向为x x的反向。当的反向。当t=90t=900 0时，时， 割刀在割刀在x x轴上所受到的力最小，只有轴上所受到的力最小，只有P Pd d。 o A B t x x y L r MeMd Pd=（Md+Me2/3）a Mer2/3 rp Mp Mpr2 机构受力平衡式如下： （Md + Me2/3）r2cost + Me r2/3 cost = Mprp2 cost ppeed rMrMrMM 3 1 3 2 o A B t x x y L r MeMd Pd=（Md+Me2/