农业机械学概述

1、农业机械学( (下）下）主讲：刘俊峰主讲：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 cereal harvesting machinery 如： 稻麦收获机、玉米收获机等2）牧草收获机械 hay-making machinery 如：收割机、集草机、打捆机、运料机等 3）经济作物收获机械 industrial crop harvesting machinery 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

2、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

3、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1620% 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（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

4、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35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（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 reaping machinery 包括：收割机 reaper 割晒机 swather，windrower 割捆机 reaper-b

5、inders 2、脱粒机械 threshing machinery 3、联合收获机 combine harvesting 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=to 2. 双刀距行程型 s=2t=2to 3. 割型 s=t=2to 4. 中间型 s=t=kto 5. 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

6、刀片 3.护刃器 作用： 保证定刀位置 保护割刀 护舌和定刀构成两点支承分术引导作物 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/h 3.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

7、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 cutting mechanism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

8、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角的方向切入 茎杆1 1 茎杆刚度的影响茎杆刚度的影响 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：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

9、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=12m/s，但动定刀间隙要求严格，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：

10、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3040%）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

11、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=12二、切割的类型与特点二、切割的类型与特点三、往复式切割器构造及参数分析三、往复式切割器构造及参数分析 （一）（一） 往复式切割器构造与标准化往复式切割器构造与标准化 （二）（二） 传动机构传动机构 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

12、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）（三） 往复式切割器的工作原理和参数分析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：没偏距连杆长L远远大于r（曲柄半径）割刀运动分析trxcostrvsintracos2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 122222xv（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: rs22

13、)有偏距时： rs2rs2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12m/s实验证明:切割速度在0.60.8m/s以上能顺利切茎杆 （4） 摆环机构驱动时割刀的运动分析tratrvtrxcossincos2运动方程 :摆环的倾角=1518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122222rxrrvx

14、12222rxrrvx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。122222rxrv曲线上任意一点到X轴的距离AA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 1AAVA 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。作图：作图尺寸比例为 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

15、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 先绘动、定刀片的相对位置图作A点的切割速度图（以R为半径画半圆）始切点为C，始切速度为终切点为，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0.60.8m/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=12m/s内选取。 zsvvssvcv 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

16、分析Vm和h在不同值时对切割性能的影响）（1）已知条件： 割刀类型，主要结构尺寸 机组前进速度Vm（匀速） 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)(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 O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、8 n等分进距（n=8）过1、2、3、4、5、6、7、8作垂线（注：

17、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）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 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：区为一次切割区（扫过区）（弯斜小，割茬较整齐）区为空白区（弯斜大，尤其是纵向弯斜，割茬不整齐）区为重割区（浪费功率，且粮食中 会有短茎杆）分析：当Vm不变时，曲柄n提高或刀高h变小时变大，区减小当n不变，Vm上升或h减小时，区减小，区变大。当H上升时，则区减小，区增大；当h减小（其

18、他条件不变），区增大，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=（1.22）h谷物联收机H=（1.53）h割草机 H=（1.11.5）h H 的大小，与Vm（要合理确定行进速度）和n有关： nVHm305、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术状态有关。即 kgNNN一般每米割幅 Nk为0.30.56KW（0.81.5马力） 10000BLvNmgVm 机组前进速度，米/秒 B 割幅 m Lo 切割单位面积的茎杆所需的功率（Nm/m2） 一般割小麦 Lo=100200 Nm/m2 割牧草 Lo=200300 Nm/m

19、2 6、复式切割器惯性力的平衡一、惯性力的影响以曲柄连杆机构驱动的切割器为例分析惯性力的影响。惯性力的总力转化到曲柄销上，可分解为径向力和切向力。 其惯性力引起的曲柄经向力的变化将引起机架的振动（影响使用寿命和工作质量） 其惯性力引起的曲柄切向力，引起曲柄上的扭拒也交替变化，导致转速波动（影响工作质量）对于小型收割机具，抗振能力差，必须考虑惯性力的平衡。 二、惯性力的平衡 以曲柄连杆机构传动为例 用质量代换法（用集中在连杆两端销轴中心的质量的惯性力来代替）解决连杆的惯性力。根据静代法，连杆集中在A、B两点的质量分别为： lmlm11lmlm22m连杆的质量旋转质量产生的惯性力 221rmmPB

20、）（旋旋转惯性力 是容易被平衡的，只要在曲柄销的对面加一配重 使其产生的惯性力 等于即可完全平衡。 旋BP配m旋BP222.rmmRmq配配配配Rrmmmq)(2其中：往复惯性力 trmmPgAcos21往往复惯性力 的平衡：若在曲柄对面，半径为 处加一个质量为 的配重其平衡重产生的离心力为 惯AP2配R2配m2配P2222配配配RmP若选适当的平衡重 使 = 2配m平配2P往AP则往复惯性力则可完全平衡 但平衡了 又出现了 （垂直方向的惯性力）引起机器的上、下振动. 往AP重配2P所以，对 一般采用部分平衡，以不致使 过大。实际中只平衡 的一半或三分之一。 即 往AP重配2P212)(213

21、1配实配Rrmmmd往AP讨论：1、旋转惯性力完全平衡，往复惯性力部分平衡，若现在全部平衡需特殊的传动机构 rRR21配配qdmmmmm212131配总2、若 则总配重 3、实际中一般都是以这种按力偏距情况计算平衡重 和 来近似地处理有偏距情况下的平衡问题。1配m实配2m四回转式切割器 （一）割刀运动分析 工作特点：回转割刀的运动，由刀盘的回转运动和机器前进速度所合成。刀片上任一点对地面的轨迹为与摆线，刀刃扫过的面积对地面为余摆带，其带宽与刀刃高度近似。 刀片运动规律及刀片数的确定相邻刀片各内、外端点的位移方程。 第一刀：点a的位移方程tRxacostRtvYmasin内端点a1的位移方程：

22、)sin()cos(11trtvYtrxmaa第2刀片：点b的位移方程 )sin()cos(tRtvYtRxmbb点b1的位移方程：)sin()cos(11trtvYtrxmbb（二）割刀转速的确定 割刀转速，要根据切割速度的要求来确定（结合割刀的结构尺寸和机器前进速度）实验得：回转割刀的切割速度应为20-50r/s（无支撑时），Vd=4-10m/s（有支撑时） 确定割刀的转速，以刀片的内端点为基准（因该点圆周速度最低） 割刀任一点的速度（绝对速度）均由该点圆周速度和机器前进速度所合成。故a1点的速度: 2221cos2mmavtrvrv当 （k=0、1、2、.n）Va1最小mmmmmmavr

23、vrvrvrvkrvrv2222222min122cos2kt2则割刀应有的角速度： rvvmdtvrvrvmmacos22221割刀转速 ：rvvnmd260260Vd:割刀应有的切割速度,依据割刀结构和工作对象的要求而定 (三) 刀片数M的确定理想的切割情况是：使割刀进距H（回转一周时机器前进的距离）与 在一个进距中各刀片余摆带的纵向宽度Mh相等。 即H=Mh确定刀片的依据 mmmvnvtvH260所以：刀片数 hnVMM60（四）参数分析 hvMnm60hnVMM60它反映出割刀转速与机组速度和刀高间的关系，若Vm大，h小，则转速n应越快。60mhnvmnvMhm60在选定了M、h、n的

24、情况下，可算出Vm M一定时，可根据Vm和n考虑结构尺寸h（刀高） 讨论：无空白区切割的临界条件为H=Mh，（h，h）若HMh，则出现空白区,有横向和纵向歪斜,茬不整齐若H1因为，要完成拨禾轮的三个作用拨板必须有向后的水平分速度，只有当1时，拨板轨迹为余摆线，形成扣环在扣环下部拨板才具有向后的水平分速度，即具有引导、扶持和推送的作用。 三 拨禾轮的工作过程 工作过程：从与待割作物接触开始铺放并脱离接触工作过程中应满足的要求： 除满足1的条件外，还应满足：造成的损失要小工作范围要大铺放性好（一）拨板沿垂直方向进入作物丛的条件 拨板（点）轨迹方程为： tRhHytRtvxmsincos拨板铅垂插入

25、作物要求其 0 xv1sin1bmmvvRvt满足铅垂插入作物的条件时要使拨板、拨禾轮相对于割刀的安装高度： RhLH（二）拨禾轮的作用程度 1、作用范围拨板配合切割时，每次所扶持谷物的长度范围为拨板的作用范围。 轮轴在割刀的正上方时，X等于0.2倍的扣环宽度（最大横弦） 21xxx211arcsin2Rx11arcsin12211RRRtRx22222RRvtvxmm2、拨禾轮的作用程度 拨板的作用范围与拨板余摆线扣环间的节距之比称为拨禾轮的作用程度（用 表示）。若拨板数为Z 则：211arcsin2211arcsin22.220zRRzRzxsx的意义： 表示作物在拨板扶持下被切割的百分比

26、。 由上式可知：Z增大，则 作用程度增大 增大，则 作用程度增大但Z数大，结构复杂，击穗次数多，落粒损失增加 过大，会产生回旋，击穗力也大，落粒损失增加所以：一般 多为0.3左右5 . 025. 0（三）清刀和稳定推送的条件 顺利铺放：即割后不向前翻到于台下，不被挑起，不堆在刀上，以免造成损失或堵刀。因此：拨板的作用点应位于已割禾杆重心的稍上方（推送时）一般已割禾杆重心位于自穗头向下的1/3处 所以，要达到清刀和顺利铺放移轴相对于割刀的安装高度应满足下列条件:条件 是保证拨板进入作物丛时， ，为减小对穗头的撞击（即铅垂插入) 0 xv条件 是保证开始向割台推送时作用点在重心稍上。为减少前倒和挑

27、草，便于铺放（即稳定推送）。 四 拨禾轮的主要参数 （一）转速n mmmmbvRnnvRvRvv30602Rvnm30取值，一般0 . 22 . 1 的确定要依据机器的生产率，割幅和配套动力等因素而定 mv（二）直径D联立“铅垂插入”和“稳定推送”的两个条件即可求得D13113hLhLR132hLD解之得： RhLHhLRH32hLRRhL32和（三）拨禾轮的位置调整 1、高低（垂直）调整 高度调节的目的：为满足“铅垂进入作物”和“稳定推送”针对不同高度的作物和值，轮的安装高度将调整。 高度调节的原则：高度调节一般不能同时满足两项要求，实际中视作物状况来调。 作物成熟度高时，以 的条件（即使

28、）为主进行调整，其它情况时以 的条件（稳定推送）为主进行调整。 RhLH0 xvhLRH32 最大安装高度：所以 范围 一般 RhLHmaxmax最小安装高度：RhLHminminminmaxminmaxLLHHsmms6005002、前后（水平）调整目的：前移可增大作用范围，增强扶倒能力；后移有利于铺放（推送角大）x前移量为b时， 作用范围为： 1bxx最大作用范围： 1maxmaxbxx拨禾轮轴的前后调整，影响到拨板的扶倒性能和推送铺放，茎杆的性能。轮轴前移，扶倒性能提高，推送铺放性能下降。轮轴后移，扶倒性能下降，推送铺放性能提高。 （四）拨禾轮的功率 N的大小与禾杆弹性变形阻力，穗重及空

29、转阻力有关。 bpBvN 拨禾轮单位宽度上的切向阻力，一般 轮宽（m） 周速（m/s）一般每米宽所需功率小于100W（较小）pmNp40Bbv第五节输送器和铺放机构 收割机的主要工作部件：1 分禾装置：收集、扶起待割作物，并将待割与不割的作 物分开，确定割幅。2 输送机构：将割下的禾杆，以直立状态均匀、连续地输 送到机侧或机后铺放（齿带式）。3 换向机构：往返行程作业时，改变输送带的输送方向。一 立式割台输送器分析 1 割刀前伸量：动刀片刀顶线和下输送带拨齿齿顶 线在水平面上投影之间的距离。 2 要保证先割后送，以免造成禾杆折断或倾倒而堵刀。割刀前伸量应大于机器的进距。 3 进距：割刀一个行程

30、时间内机器前进的距离。4 均匀连续输送的条件可写成： khBvvms二 卧式割台收割机输送器及输送速度分析 1 输送装置 输送器有三种形式：单带、双带、三带 （1）单带式 带宽约9001200（与台面宽相等）带线速度 =（1.41.6）svmv （2）双带式 前带：宽约300mm 后带：宽约400500mm，前、后带长度差约 400500mm，后带比前带高100250mm，间距 应能调以适应不同高度的作物 铺放原理：转向90度，横向条状铺放 带线速度参考单带式，但211 . 1ssvv（3）三带式 谷物自由抛离分析：生产率 ：物料的升运高度 m：布带的阻力系数 0.650.7Qskg /HbK

31、：带每米长的重量 kg/m：带的全长 m：带单位长度上的物料重量 kg/m：载有物料的带的长度 m：带的线速度 m/s0q0lqLsvsbvqllqKQHN001021带式输送器的功率 :2 被输送物的自由抛离条当作物到A点（开始作圆弧运动）时能够被抛起，作物对输送带的法向压力应等于或小于作物随带运动的惯性力（离心力）。cosrgrvs作物正常抛起的必要条件 :rmmg2cos即: 3 作物层的（适宜）厚度 Bqvrlhvmsrjhvs:单位时间内的输送量（kg/s） Bqvm:单位时间内的收割量（kg/s） 第十章 脱粒机械第一节 概述第二节 脱粒种类和构造脱 粒 机脱 粒 装 置 1、脱粒

32、装置是联合收获机和脱粒机上的主要 工作部件。 2、功用: 将谷粒从穗上脱下,并尽多地使子粒从稿草中分离出来。 3、性能要求：脱净；破碎、暗伤少；分离性好；功耗低。 4、类型：全喂入式 半喂入式 类 型纹杆滚筒式脱粒装置n组成：滚筒，凹板。n滚筒分为：开式 闭式 纹杆类型：A型 D型 凹 板 1 组成： 侧板、横格板、 钢丝。 2 凹板包角：凹板圆弧所对的圆心角。 3 凹板间隙： 滚筒与凹板的间隙。入口大，出口小。4 脱粒装置的调整： 转速调整 脱粒间隙调整 钉齿滚筒式脱粒装置n组成：钉齿滚筒和钉齿凹板。n钉齿滚筒脱粒装置的脱粒间隙： 指齿侧间隙 （即相邻两钉侧面之间的离）。轴流滚筒式脱粒装置构

33、成：轴流滚筒和栅格式凹板。 第三节 脱粒装置 脱粒装置是脱粒机的最主要的部分。 1、组成： 由一个高速回转的圆柱形或圆锥形滚筒和弧形的凹板组成。 2、功用： 将谷粒从穗头上脱落下来，并尽量多地将谷粒从脱出物（谷粒、碎杆、颖壳、混杂物中分离出来） 3、对脱粒装置的要求： 使用性能上：脱粒干净；子粒破碎、暗伤少；分离性能好；（有的要求茎杆完整或少碎） 设计上：尽力满足性能要求的同时，还要力求功耗少，生产率高，一机多用，（适应多种作物或条件）一、谷物的脱粒特性和脱粒原理 （一）作物的脱粒特性： 脱粒特性指谷物脱粒的难易程度，以及脱粒难易与作物本身的关系。谷粒与谷穗的连结强度决定谷物脱粒的难易脱粒难易

34、程度易脱下一粒子粒所需的力或功来恒量（静态法）谷粒与谷穗的连结强度上升，则 所需脱粒功或力上升。 脱粒难易测定方法：1、脱一粒所需的力2、脱一粒所需功 所需脱粒功与谷物脱粒难易有关的因素有： 作物种类，品种，成熟度， 湿度，子粒在穗上的生长部位。实验观测情况： 作物的脱粒特性因种类和品种而不同。 难与易脱的谷粒占少数，中等强度的占多数。 随湿度增加，所需10克粒功增加 同穗上，晚粒的难易程度也不一样，小麦，两端难脱，中间易脱，（以选合适的圆周速度或脱粒 装置的形势）。（二）脱粒原理： 脱粒装置对谷物的脱粒过程一般是以一、两种脱粒原理为主，几种其他原理为辅，同时对作物施加几种作用力。 一般应用的

35、脱粒原理有：冲击、揉搓（搓擦）、梳刷、碾压、振动等。 依据谷物的性质和脱粒特性，以及脱粒性能要求，选择合适的脱粒原理，设计合力的脱粒装置。1、冲击（打击）脱粒：靠脱粒元件，告诉地冲击作物来 脱粒。冲击强度大，脱粒干净，需设置调速装置。2、搓擦脱粒：靠脱粒元件与穗头之间的摩擦。需有调整 搓擦强大的机构，（适应脱净和破碎）。3、梳刷脱粒：靠脱粒元件对谷物施加拉力和冲击来 脱粒。脱粒能力与元件的速度相关。（主要用于 弓齿式打稻机上）。4、碾压脱粒：靠脱粒元件与作物之间相互挤压来脱 粒。适于留种（不易破碎、脱皮）5、振动脱粒；对谷物施加高频振动来脱粒。脱粒能 力与频率和振幅有关。 二、 纹杆滚筒式脱粒

36、装置（一）构造与工作特性（二）衡量脱粒质量（工作性能）的参数（指标） 首先应弄清所要达到的工作性能的指标，设计的标准和评估机器优劣的依据。 1. 作物的脱净率（脱净率=1-未脱净损失率） 2. 谷粒的损伤率（破碎率） 3. 凹板的分离率 尽量高，以减少分离机构的损伤。70%以上。 4. 茎杆的破碎情况 尽量少 5. 功率消耗的大小（经济指标）（三）脱粒性能的影响因素及参数选择 1、喂入状况 喂入方式分析：穗头朝前喂入时，穗先受到纹杆的打击脱下大部分子粒，待脱粒间隙中以谷物较薄的状态进一步脱粒，则脱不净损失少。 当根朝前时，根部分受纹杆抓取，当穗部运动到脱粒间隙时，谷物的运动速度明显加大（相对打

37、击速度减小），作物受到的冲击减弱，脱粒效果差，凹板分离率也下降（因子粒未被脱之前，占用较大空间的茎杆已堵在脱粒间隙中，所以分离率下降）。2、凹板长度L（或包角） 当L增大，脱粒率提高，分离率提高，而破碎率和功耗也增加。现有纹杆滚筒式脱粒装置的凹板长度为350700mm。包角约为108120度，少数可达150180度。 凹板的分离率不仅取决于；还与凹板的有效分离面积有很大关系。分离率与分离面积成正比。（但不能单靠增大筛孔的办法增加分离率）滚筒的圆周速度提高，凹板的分离率也相应提高。 总之，凹板的分离率随L、孔面/总面、n的增大而增大。3、滚筒直径D 确定D的主要依据是： 凹板长度L 足够的转动惯

38、量 滚筒不被茎杆缠绕1802DL 4、纹杆数M M多，脱净和分离率高，但破碎率和功耗也增高。还有，M过多，将形成封闭式的滚筒，抓取能力下降，确定M的多少，主要考虑良好的脱粒效果，再有就是惯性力平衡的问题。M依D的大小而异。 部颁标准规定： D450时 M=6 D=500550时 M=8 D=600时 M=105、脱粒间隙（凹板间隙） 1) 脱粒间隙：滚筒最外缘与凹板内弧面间的距离。 2) 间隙对脱粒性能的影响： 间隙小，脱净率高，分离率高，但破碎率也高。 脱离间隙由入口到出口逐渐减小。 3) 原则：在作物能顺利喂入和得到加速度的情况下， 应尽量减小入口间隙。这样可使尽量多的谷 粒在凹板前段接触

39、纹杆而脱下，并分离，不 受滚筒的连续冲击，以减少破碎和损失。6、滚筒的脱粒速度（影响工作性能的重要因素） 1) 速度增加，脱净率和凹板分离率提高；但破碎率也提高，公耗也增大。（冲击和搓擦力大，并使脱粒间隙中的谷物层变薄，离心力变大。） 2) 工作时的圆周速度必须小于极限速度。 3) 脱粒的极限速度： 子粒受到严重损伤并开始出现破碎率超标时滚筒的速度。作物的脱粒极限速度随该作物脱粒时的湿度而变化。7、喂入速度 当喂入量一定时，提高，凹板分离率提高，脱净率提高，破碎率略有增加。（因提高，使凹板间隙中的谷层变薄）。但不能太高，一般=22.5m/s ，有的=56m/s。 现有联收机上喂入轮D=1503

40、00，=49m/s8、喂入量q喂入量:单位时间内允许喂入脱粒装置内谷物的量g/s 当q增加，分离率下降，脱净率下降，破碎率下降，功耗增加。 一个装置的设计定型，喂入量是有一定要求的，所以使用中一般不能超量或过度喂入不均，否则影响性能。喂入量的大小可以反映滚筒的工作能力。 谷草比大时，喂入量可大（因粒对茎杆来说占的体积小，相同的脱粒间隙可通过较大重量的谷物）。9、滚筒长度L（纹杆长度） （1）L大小影响的问题 L 长，生产率高，脱得净（因可薄层喂入） L的长短可作为设计、分离、清选、收割等部 分的依据。 （2）如何确定 跟机器的总体布置相适应 选用系列的标准长度值 L的长度系列：500、700、

41、900（1100）、 1200、1050、1500 mm 10、谷物的湿度和青杂草含量 分析： (1) 湿度大时，作物与滚筒、凹板的摩擦阻力加大， 谷层变厚，对脱粒和分离不利。 (2) 湿度过大或过小时，对留种谷物发芽率的影响 均不利；过干，易碎；过湿易扁。 (3) 青杂草增多，脱净率明显下降，分离率也下降， 并造成分离和清选装置效果不良（草汁等粘在 抖动板、筛子等部件上，造成不良影响）。三 钉齿滚筒式脱粒装置 （一）工作原理：靠钉齿的正面冲击为主，侧面搓擦 （挤压）为辅来脱粒。（二）与纹杆滚筒装置的比较（特点） 抓取能力强 生产率高，钉齿式的比纹杆式的一般高23 脱粒质量：脱净率高，对潮湿和

42、较难脱的作物 都能脱。但茎杆破碎较重，凹板分离率低。 功率耗用大。 使用调整较麻烦，或间隙不能调得一致（因钉 齿可能变形或安装不准）（三）钉齿在滚筒上的排列 1、排列原则： 打击作物均匀（即间距要一致）（等齿迹线） 作物有左右移动的可能（钉齿分布成梅花状， 如右图） 在一个齿迹线上要有多个钉齿打击（工作） 要满足以上三个原则，钉齿要按复式螺旋线排列。 2、参数间关系 t：螺旋线螺距（右图为2头螺旋线分布） a：齿迹距，相临两齿迹间的距离。 b：同齿杆上相临两齿间距。 l：滚筒的计算长度 L：滚筒实际长度 l：边缘齿距齿杆端的距离。 3、参数选择（确定） 4、钉齿滚筒展开图的绘制（钉齿的排列）

43、要根据展开图对各元件进行加工、制造和安装。2) 螺旋头数K目前一般钉齿滚筒上 K=25K增多，则脱粒能力提高，破碎率提高 3)齿杆数M（即钉齿排数） 目前，一般M=812 4)滚筒长度 l12 ha1)（四）钉齿凹板 钉齿排列： 凹板钉齿位于滚筒钉齿相临二齿迹的中间（如上图） 相临两排钉齿相互错开，这样，同一排内齿间距等 于2a 有的钉齿凹板的第一排或前二排钉齿间距为4a（即 减半） 钉齿排数一般为46，大多为4排。齿与滚筒上的等长或略短凹板包角大多为100度左右。对分离率要求高的凹板其栅格段较长，包角可达200度左右。（两个钉齿排组的中间段可装栅格筛凹板）。四 轴流滚筒脱粒装置 （一）构成：

44、 脱粒滚筒（有圆柱形的和锥形的，脱粒元件有纹杆、杆齿、板齿，纹杆杆齿组合等几种） 筛状凹板（有栅格筛、冲孔筛和编织筛几种，包角一般为150240度，多数为180度，有的达360度） 导板和顶盖等（顶盖与凹板相接成圆筒形的脱粒室） 导向板装于顶盖的内壁，以控制作物轴向移动速度，导板的螺旋升角为2050度，导板高一般5070mm（二）轴流： 被脱谷物总的流动趋势沿滚筒轴向移到排草口 （实际是螺旋线运动） （三）工作原理： 在脱粒间隙内谷物受到多次反复地打击和搓擦而脱粒。 A 径向喂入 径向排出 B 径向喂入 轴向排出 C 轴向喂入 径向排出 D 轴向喂入 轴向排出 （四）特点： 滚筒、凹板长，凹板

45、包角，脱粒间隙较大，脱粒和分离时间长故脱净率高，分离好（可省去分离机构）且子粒破碎、暗伤少（解决了切流或脱粒装置的脱净与破碎相矛盾的问题）对各种作物的适应性均较好，但功耗大，茎杆破碎重，使清粮负荷增大。 对应用了轴流滚筒脱粒装置的脱粒机和联收机来说，结构紧凑（因省去了较庞大的分离机构）背负式联收机多采用。五 双滚筒式脱粒装置1、 考虑双滚筒脱粒装置的出发点： 同穗谷粒脱粒的难易程度相差悬殊。 单滚筒脱粒对留种不利（因破碎、暗伤较重）。 为解决以上问题，考虑设计双滚筒脱粒机，解决脱净率与破碎相矛盾问题。 2、 脱粒特点 第一滚筒：转速低，脱易脱的子粒，使它们免 受重击，多采用钉齿滚筒。钉齿在筒上

46、排列多 为多头螺旋线。 第二滚筒：转速高，脱难脱的子粒，保证脱净 多采用纹杆滚筒。 3、 双滚筒脱粒存在的问题 凹板分离物中含杂量较高，给清粮增加困难 功耗大，比单滚筒增大4050%，甚至更大。六 弓齿滚筒式脱粒装置 1. 构成：弓齿滚筒和筛状凹板2. 工作过程：为半喂入式脱粒3. 主要特点：保证茎杆的完整，并能解决脱净与破碎的矛盾，功耗较小。4. 脱粒方式： A 倒挂侧脱型 B 平喂上脱型 C 平喂下脱型 5.比较： 倒挂侧脱主要食欲卧式割台，断穗抽草现象少，分离性好，平喂上脱和平喂下脱适合于立式割台和圆盘割台。平喂上、下脱有共同的缺点：有些茎杆折弯，其穗头夹在杆中易漏脱。上、下脱相比，上脱

47、的分离面积较大，子粒也易被抖出，所以排杂损失和夹带损失比下脱较少。6.弓齿的排列： 一般按螺旋线分区排列 一般分为三个区段： 第一区段：梳整区，占滚筒全长的1015%导 禾喂入并将谷穗梳整脱粒。 第二区段：脱粒区，占全长的2025% 第三区段：排稿区，占全长的810%七、脱粒滚筒功率耗用与运转稳定性 研究此问题的目的： 1、合理选择动力（合理计算） 2、研究减小功耗的措施 3、保证脱粒质量 （一）滚筒的功率耗 包括：无用功率（空转功率） 和有效功率（脱粒功率） 1、空转功率克服与脱粒过程无关的阻力（轴承、转动摩擦阻力、滚筒转动时空气阻力）所消耗的功率。 30BAN式中 ：滚筒角速度（1/秒）：

48、系数 一般 与轴承种类和传动方式有关。 ：系数 一般 与迎风面积有关，迎风面积增大，则B增大。根据实验定，一般 SKWA3310294. 0196. 0104 . 02 . 0SKWB661067. 048. 0109 . 048. 0NN07. 005. 00AB2 脱粒功率 克服脱粒过程产生的阻力所消耗的功率。阻力类型：1、滚筒在未入口处冲击作物的阻力。2、在脱粒间隙中对作物进行冲击和搓擦的阻力3、凹板出口处抛处物的阻力、冲击力 :1PvmvtmPmvtP11、搓擦力P2 ：fPP 2、滚筒总圆周力PfvmP1所以脱粒功率: fvmPvNt11000100023、滚筒功率 NfvmBANN

49、Nt110002304、脱粒滚筒功耗的主要影响因素 喂入量、滚筒转速、脱粒间隙、茎杆长度（二）脱粒滚筒运转稳定性 1、滚筒的临界速度 滚筒的角加速度供应： 工作时，滚筒的角加速度消耗:滚筒的临界速度： JNdtdw1000fvmdtdwJN110002mfNRRmfNl16 .311100022、脱粒滚筒的基本方程式： MptPMfBdtdwJ23、脱粒滚筒稳定运转的条件 （1）滚筒要有适度而足够的转动惯量（储备能量）（2）动力机要有足够的后备功率。（如果用柴油机要有较灵活的调速器，若用电动机应有良好的启动性能）。一般要求：滚筒的运转波动不大于57%滚筒运转不均度： 220pppppJwtNJ

50、wtMwJwtMwww 较大的滚筒转动惯量，对1、动力机功率储备不足。2、喂入量突增。3、人工喂入不均等情况下，改善运转的稳定性都是有利的。但只有足够的转动惯量而没有一定的功率贮备也是不利的。问题有二：其一是启动困难。其二恢复转速时，功耗增大，并且因滚筒重量增大，则空转功耗也将增大。第四节 分离装置 （一）功用: 此机构用以田收脱出物中夹带的谷粒与断穗,并将茎 杆排出机外 （二）设计要求: 1.谷粒的夹带损失前后,后部倾角小,以利于脱物中夹带籽粒多时,有较长的分离时间(倾角大处),到后部,籽粒少了,使移草较快地排出,以免堆积,堵塞 .（二）平台式逐稿器 1.组成：由筛面平台(有平面的和阶梯面的

51、两种)摆杆和曲柄连杆驱动机构组成. 2.特点:结构简单,但有相当的分离能力,约为键式的 3.应用:直流型联收机和中小型脱粒机 4.尺寸:长2米左右(大到三米),宽随脱粒装置定 5.配置和一般运动参数: 台面倾角:=312度, 阶梯面的阶面倾角为10 25度, 摆动方向角=2535度, 摆幅80100mm,即r=4050, 曲柄转速:200280r/min, 加速度比r2/g=23时,分离效果较好.二 键式逐稿器 （一）逐稿器的分离原理 逐稿器是以抛物原理,将脱出物抛扔和抖动,进行分离的,抛出物被抛离键面层,做抛物线运动，此时,物层处于较松散的状态,谷粒有较多的机会从空隙中穿过,进而通过键面筛孔

52、而分离出来,脱出物起落,周而复始的抛物线运动使夹带分离出来,长茎杆被向后输送并排出。 满足逐稿器分离原理必须具备两个基本条件 ： 1 键式逐稿器上脱出物抛离的条件 2 向后抛送脱出物的条件 1、键式逐稿器上脱出物抛离的条件 假设1.抛出物在键面上,与键面没相对移动2.忽略空气阻力3.认为茎杆是刚体 支反力:N=mgcos- mr2sint1即N= mgcos- mr2sint1 =0 (刚抛离)则: r2sint1=gcos抛弃条件:因为: sint1= gcos 当支反力N=0时,此时曲柄的转角为t, 脱出物被抛离键面2、向后抛送脱出物的条件从两方面考虑,其一是运动参数最大界限,其二方面是结

53、构尺寸方面的最大界限一定时。为使脱出物抛离键面,并向后运动(抛起之后不再落回原处)必须抛起速度V0的方向与水平的夹角900(如上图)推导出定量表示的条件. t1=即t1-=0, 这时sint1=gcos/ r2= sin则: r2 =g/tg(后抛的极限条件时) 又知K= r2 /g 则tg=1/K(后抛极的限条件时)所以必须是运动参数r2g/tg(运动参数n,去满足结构参数)或者是键面倾角=mgcos时,开始被抛起,由于茎杆的弹性上层茎杆先被抛起,随后下层的被抛起(单向膨松)4)抛起一段时间后,移层上部继续上升，而下部开始降落(双向膨松) 5)上层茎杆到最高点后，整个移层开始处于降落，到某一

54、时刻,移层厚度膨松到最大.(达hmax) (6)随后,下层茎杆着落键面,而上层继续降落,又重复上述过程 2.高速摄影的观察结果(结论)(1)因茎杆有弹性和受空气阻力以及邻键上的茎杆相互牵扯的影响,移层实际运动轨迹与理论上(理论上:抛起后轨迹为抛物线，着落后为圆)有较大差别.实际上，移层质点有两种运动.(2)与键面接触的质点（下层）在一定时间内(不一定只是接触的时间)有反向运动。其轨迹为扣环.(3)不与键面接触的质点,其轨迹近似于正弦曲线(4)两者之间的物层为过度区(5)在现在常用的运动参数下(n=195r/min,r=0.05m)不与键面接触的质点的平均水平速度大约为与键面接触质点速度的两倍,

55、因此,产生的效果是将茎杆拉开,加快了夹带籽粒的分离进程. (6)逐稿器的分离作用,主要发生在移层被抛起后,整个移层降落的过程段，此时籽粒最易通过疏松的移层而分离出来.(7)在喂入量q和曲柄r相同时,不同曲柄转速下工作比较结果显然移层的变形特点(运动过程)是相似的.但移层的变形大小和分离效果是不同的,再根据籽粒在移层下落阶段最易分离的情况,所以确定逐稿器的运动参数时,应尽量使移层得到最长的降落时间(即在相同条件下,使逐稿器处于最低位置时与茎杆相遇)(二)逐稿器主要参数对分离效果的影响和选择 1 逐稿器的动力参数对分离效果的影响和选择 动力参数包括: 1、曲轴转速n(频率) 2、曲轴半径r(振幅)

56、 2 逐稿器的结构参数对分离效果的影响和选择 结构参数包括: 1、逐稿器的总宽B,键长L, 2、键面倾角和键面筛孔率 三.逐稿器上的辅助分离机构 (1)键的中部上方加设翻转轮 (2)曲轴连杆组成的纵向挑松机构 (3)“鹿角”叉式辅助机构 第五节 清粮装置 1.清粮原理 功用-从脱出物中把轻杂物清出机外，分出杂余断穗再取脱粒，和复清，选出谷粒，获取清洁的粮食. 2.设计要求： 1)粮食的清洁率在（）以上； 2)清选损失率小于.5； 3)生产率要与收割，脱粒装置的生产率相适应。 3.清选原理和清选方式 脱粒机和联收机上需清粮，在清选机上需对谷粒 进行精选和分级 4.清选粮的共同原理: 利用清选对象

57、各组成部分物理机械性质的差异， 而将它们分开 . 5.清选对象的物理机械性能主要表现 1)尺寸特性（长，宽，厚尺寸特征） 2)空气动力特性 3)表面特性 4)比重，弹性，颜色等特性 6.就清粮而言，采用的原理主要是: 1)按照谷粒和轻杂物的空气动力特性进行风选， 称之为气流清选，脱粒机和联收机上多采用气流，筛 子配合进行清粮，称为气流筛子式 。 2)按照谷粒的尺寸特性进行筛选，其清粮方式 称为筛子式筛选 。（一）按照脱出物的空气动力特性进行分离 物体的空气动力特性由可以用漂浮速度p或漂浮系数 p来表示 . 漂浮速度的定义（含义） 漂浮速度-垂直气流对物体的作用力（推力）与 物体的重力相等，而使

58、物体保持漂浮状态时，气流具 有的速度 . 物体的漂浮速度，漂浮系数的表达式 为建立其表达式，分以下步骤进行 (1)物体与气流相对运动时，受到气流的作用力 p=kFV2 N (kg m/s2) 式中：k-阻力系数（与物体的形状，表面特性 和雷诺数有关） -空气的密度kgm -物体对气流的相对速度m/s(2)垂直气流下谷粒（物体）的运动方程为： m(dV/Dt)=p-G 其中： m-谷粒的质量 dV/dt-加速度 p- 气流对谷粒的作用 G-谷粒受的重力 pG时，谷粒向上运动 pG时，谷粒向下运动 P=G时，谷粒漂浮（不动）(3)求解漂浮速度p和漂浮系数kp P=G时dV/dt=0此时漂浮状态的谷

59、粒所在处的气 流速度等于该谷粒的漂浮速度Vp 即P=kFVp=G=mg 定义：kp= kF/m 称为漂浮系数 一般 kp=0.0750.12 (漂浮系数) k=0.1840.265 （阻力系数）3. 应用空气动力特性清选的实例（） 风扇清选（风选） 漂浮系数较大的轻杂物受气流的作用力较大，被吹得较远，相对于漂浮起来所需的力较大而漂浮系数较小的谷粒，则被吹得较近。 在使用中，据物体的不同的漂浮速度，来确定气流的风向和风量，尤其是在田间作业的联收机上。（2） 带式扬场机： 带以高速（-m/s）将被清物抛向空中，迎风面大，重量轻的混杂物（受气阻力大），扔出的距离近，迎风面小，重量较大的谷物，（受气阻

60、力小，且惯性大）扔出的距离较远，从而分离（因抛出速度较高）在无风的情况下，也可得到较好的清选效果。（二）按谷粒的尺寸特征进行分离（筛选） 谷粒的尺寸以长，宽，厚来表示,根据谷粒不同方向上的尺寸大小，用不同孔型的筛子和运动,方法将谷粒与脱出物的其他成分分离和分级。 按尺寸特征分离主要用于清选机上对谷粒进行分级选粮,分选方式为分选. 筛子选择的内容(方面):1.筛子种类2.筛孔孔形和尺寸3.筛孔的排列方式 选择依据:1.谷粒的尺寸（长，宽，厚）选筛种类,孔形，尺寸2.清选精度要求,选筛的种类。二 气筛清粮装置及工作状况（一）构造： 1.吊装振动式筛子.风机（清粮型）.输送器（阶梯抖动板）.驱动机构