第三节摘穗器

第三节摘穗器

一.摘穗器的种类、构造和工作过程二.摘穗器的工作原理和参数分析

一、摘穗器的种类、构造和工作过程

现有机器上所用的摘穗器皆为辊式。按结构可分为纵卧式摘辊、立式摘辊、横卧式摘辊和纵向摘穗板四种。（一）纵卧式摘辊纵卧式摘辊1.强拉段2.摘穗段3.导锥4.可调轴承5.茎杆它多用在站秆摘穗的机型上，由一对纵向斜置（与水平线成35－400）的摘辊组成。两轴的轴线平行并具有高度差，由于其前端高度相同，因而两辊长度不等，一般靠近机器外侧的摘辊较长、靠近机器内侧的摘辊较短。摘辊的结构前、中、后三段有所不同：前段为带螺纹的锥体，主要起引导茎秆和有利于茎秆进入摘辊间隙的作用；中段为带有螺纹凸棱的圆柱体，起摘穗作用。两对应摘辊的螺纹方向相反，并相互交错配置。摘穗辊的直径一般为72－100mm，转速为600－820r/min。两摘辊之间的间隙较茎秆直径为小，约为茎秆直径的30－50％，移动摘辊前轴承可以调节间隙。调节范围为4－12mm（从摘辊中部测量）。

工作中，茎秆在两辊和两辊凸棱之间沿轴向移动时被向下拉伸，由于茎秆的抗拉力较大（1000－1500N），而果穗与穗柄的连接力及穗柄与茎秆的连接力较小（约500N），因此果穗在两摘辊碾拉下被摘落。果穗一般在它与穗柄的连接处被揪断，并剥掉大部分苞叶。摘穗辊的后段为强拉段，表面上具有较高大的凸棱和沟槽（长约120－320mm）。其主要作用是将茎秆的末稍部分和在摘穗中已拉断的茎秆强制从缝隙中拉出和咬断，以防堵塞。

纵卧式摘辊的主要特点是：在摘穗时茎秆的压缩程度较小，因而功率耗用较小，对茎秆不同状态的适应性较强，工作较可靠；但摘落的果穗带有苞叶较多。

（二）立式摘辊立式摘辊1.挡禾板2.上段3.下段

多用在割秆摘穗的机型上，由一对（或两对）倾斜（与竖直线成250夹角）配置的摘辊和挡禾板所组成，每个摘辊分上下两段，两段之间装有喂入链的链轮。上段为摘辊的主要部分。为了增加摘辊对茎秆的抓取和对果穗的摘落能力，该段的断面为花瓣形（3－4花瓣）。下段为辅助部分，主要起拉引茎秆的作用。该段的断面或与上段相同或采用4－6个梭形。摘辊的直径一般为80－95mm，上段长为300mm左右，下段为150－200mm。摘辊转速为1000－1100r/min。

立式摘辊的主要特点是：摘穗中对茎秆的压缩程度较大，果穗的苞叶被剥掉较多，在一般条件下，工作性能较好，但在茎秆粗大、大小不一致、含水量较多的情况下，茎秆易被拉断而造成摘辊堵塞。

为了改善立式摘辊的性能，我国在研制4YL－2玉米联合收获机时，采用了组合式立式摘辊，即前辊采用表面具有钩状螺纹的辊型，主要起摘穗作用；后辊采用六棱形（成大花瓣形）拉茎辊，有较强的拉引作用。试验证明，该组合式摘辊性能较好，果穗损失率较低，工作可靠性较大；但机构较复杂，功耗较大。组合式立式摘辊1.前摘辊2.挡禾板3.后拉茎辊

（三）横卧式摘辊在自走式玉米联合收获机上有的采用横卧式摘辊。其构造与工作过程如下图所示。横卧辊式摘辊器1.拨禾轮2.喂入轮3.摘穗辊4.喂入辊5.输送器

摘穗器由一对横式卧辊、喂入轮、喂入辊等组成。工作时，被割倒的玉米经输送器送至喂入轮和喂入辊的间隙中，继而向摘穗轮喂送。该摘穗辊在回转中将茎秆由梢部拉入间隙并抛向后方，果穗被挤落于前方。试验证明：横式摘辊由梢部抓取茎秆，抓取能力较强，果穗被咬伤率也较大，摘辊易堵塞，但在收获青饲玉米时性能较好，且结构较简单、功耗较小。国外有的青饲玉米联合收获机采用了此种机构（如俄罗斯CK－2.6）。

（四）纵向板式摘穗器主要用于玉米割台上，由一对纵向斜置式拉茎辊和两个摘穗板组成。其特点是：工作可靠，果穗咬伤率小，籽粒破碎率低；但果穗上带有的苞叶较多，被垃断的短茎秆也较多。拉茎辊a)四叶轮式b)四棱形c)六条圆肋式d)六条方肋式二、摘穗器的工作原理和参数分析

现有摘穗器多为摘辊式。按茎秆喂入摘辊的方向不同，摘辊有径向喂入式和轴向喂入式两种。现对其工作的基本条件、工作过程和参数选择等叙述如下：（一）摘辊工作的分析及其直径的确定摘辊抓取茎杆的条件a)开始喂入b)喂入后1．摘辊工作的基本条件

（1）能抓取茎秆

设两摘辊为圆柱形断面，当茎秆在喂入机构的作用下与摘辊接触时，则摘辊对茎秆端部便产生支反力N和抓取力T，摘辊能抓取茎秆的条件是Tx＞Nx即Tcosα>Nsinα

而T＝Nμj式中μj——摘辊对茎秆的抓取系数；α——对茎秆的起始抓取角。代入上式得Nμjcosα>Nsinα简化得μj＞tgα

即摘辊对茎秆的起始抓取角α的正切值应小于抓取系数μj。需知：抓取角α在茎秆进入摘辊间隙后则变小，为摘辊对茎秆挤压的合力方向角α0，而α0＜α。因此其抓取能力增强。轴向喂入式摘辊（纵卧式摘辊），则具有此有利条件。当其前方螺旋锥体将茎秆引入摘辊间隙后，摘辊的抓取能力已增强，因而工作较可靠。（2）不抓取果穗

当茎秆在摘辊间隙中被向后拉引而穗与摘辊相遇时，摘辊对果穗端部便产生支反力Ng和抓取力Tg。为了使果穗不被抓取，必须满足下述条件，即Ngsinαg>Tgcosαg式中Tg＝Ngμg;μg－摘辊对果穗的抓取系数。代入上式得挤落果穗条件

Ngsinαg>Ngμgcosαg简化得tgαg>μg

即摘辊对果穗的起始抓取角αg的正切值应大于果穗的抓取系数μg。摘辊对茎秆和果穗的抓取系数μj及μg，因摘辊的材料和表面形状不同而异。一般为了增加摘辊对茎秆的抓取能力以提高工作可靠性，常将摘辊制成凸凹不平的花瓣形（3－6花瓣）或带有螺旋肋的断面。其抓取系数为μj≈μg＝（1.6～2.3）f＝0.7～1.1式中f——摘辊对茎秆的摩擦系数，铸铁f＝0.4～0.5。（3）碾拉断果穗

摘辊在工作中不断向后方拉引茎秆，而果穗被挡在摘辊间隙之外。当拉引茎秆的力大于茎秆前进阻力和果穗摘断力时，则果穗被碾拉断，落在摘辊的前方。设摘辊对茎秆的水平拉引力为Tjx，茎秆进入摘辊的阻力为Njx，碾拉断果穗需的力为Rg，则碾拉断果穗的条件为

即或因为所以挤落果穗的受力分析式中α0——摘辊对茎秆的平均抓取角；μj——摘辊对茎秆的抓取系数；Rg——碾拉断果穗的拉断力，Rg＝385－527N（前者为果穗从穗柄上的拉断力，后者为果穗连同穗柄从茎秆上的拉断力）；Njy——摘辊对茎秆的垂直挤压力，与茎秆压缩率成正比，与摘辊间隙h的选择有关。为了满足碾拉断果穗的上述条件，一般摘辊间隙为h＝（0.3－0.5d）。式中d为茎秆直径，h为摘辊间隙。2．摘辊直径的确定摘辊直径系根据摘辊能抓取茎秆而不抓取果穗两条件而确定。从满足抓取茎秆条件中，可看出下列尺寸关系:简化得D、h及a的关系式中D——摘辊直径；d——茎秆直径；h——摘辊间隙；α——摘辊茎秆的起始抓取角。由上式可看出：当摘辊直径D与间隙h增大时，茎秆的起始抓取角α变小，对茎秆抓取有利；反之，则对抓取茎秆不利。因为代入上式为

即又因为tgα＜μj，则得

上式是按抓取茎秆条件而推导的最小摘辊直径公式。同理，可按不抓取果穗条件导出最大摘辊直径公式为

兼顾两者要求的摘辊直径应为

式中dg——果穗直径。（二）茎秆在摘辊中的运动分析和摘辊长度的确定摘辊工作长度（摘穗段长度）系根据茎秆在摘穗过程中的运动要求而确定。现按茎秆向摘辊的喂入方向不同，分别讨论如下：1．茎秆在纵卧式摘辊中的运动及摘辊长度的确定纵卧式摘辊在工作中由前部的螺旋锥体将茎秆引到摘穗段，此后由于摘辊间隙变小而且越来越小，茎秆受碾拉开始按摘辊的运动规律运动。摘辊的圆周速度v，可分解为使茎秆沿轴向移动的相对分速度v1和使茎秆向下拉伸的相对分速度v2。其值为v1＝vtgβ

卧辊中的茎杆运动分析

若不考虑摘辊表面形状对速度的影响，令茎秆沿轴向移过L段的时间与茎秆被拉伸Lg段的时间相等，则可推得摘辊工作段的最小长度L。因因或则得L＝Lgsinβ式中L——摘辊工作段的最小长度；β——摘辊倾角，一般为30－400；Lg——果穗最低结穗与最高结穗的高度差，一般Lg＝0.4～0.6m(个别品种，Lg可达1m)。

举例计算：1．如国产4YW－2型玉米联合收获机，其β＝350，如取Lg＝0.8m，代入式得：L＝0.8sin350＝0.43m而该机取摘穗段长度为0.65。2.又如ZMAJ型玉米割台，其拉茎辊倾角为30°，如取Lg＝0.8m，则L＝0.8sin30°＝0.4m。而该机的拉茎辊长度为0.47m。1．茎秆在立式摘辊中的运动及摘辊长度分析当茎秆被喂入链从根部喂入摘穗辊后，迅速由摘辊的下段过渡到摘辊的上段，此后茎秆按上段的运动规律运动。摘辊的圆周速度可分解为摘辊的轴向移动速度v1茎秆的拉伸速度v2，即v1＝vctgβ0v2＝vcscβ0立辊中茎杆运动分析式中v——摘辊圆周速度；β0——由于挡禾板的作用，茎秆在上段始端A位置时的倾角（茎秆与摘辊轴线的夹角）。需知β0是一变值。当茎秆向上移动到摘辊末端B时，β0＝π/2。因v1及v2的平均值可由下式推得

若令茎秆由A移动到B的时间（t）与茎秆由A点拉伸到C点的时间相等，则可得摘辊的最小工作长度L0因为或所以

若令茎秆由A移动到B的时间（t）与茎秆由A点拉伸到C点的时间相等，则可得摘辊的最小工作长度L0

举例计算：如4YW－2型玉米联合收获机的β0＝42°（设计时已确定），如取Lg＝0.6m，则而该机的摘辊工作段长度为0.29m，可见符合要求，即：在一般结穗高度范围内的果穗均可在茎秆向上移动中摘落，而个别结穗高度过大时可能在茎秆移动到上端后被集中摘下。（三）摘辊速度的选择

摘辊圆周速度是影响摘穗器性能的重要因素之一，其大小应根据摘穗质量和生产率要求而确定。现按摘辊配置不同分别讨论。1．纵卧式摘辊的速度选择试验指出：纵卧式摘辊在摘穗中，茎秆处于直立或少许向后倾斜时，摘穗损失最小。建议采用下述数据范围：式中K——比例系数vm——机器前进速度；v——摘辊圆周速度

β——摘辊倾角

前进速度与摘辊速度的关系前进速度vm及摘辊圆周速度v与损失ρ的关系机器前进速度vm及摘辊圆周速度v分别与摘穗损失和生产率有着直接关系，其变化曲线下图所示。即当机器前进速度增加时，摘辊速度应相应增加，而摘辊速度与摘辊损失为一曲线关系。当摘辊速度过大时，由于摘辊对果穗的冲击力加大而落粒损失增大；但如摘辊速度过低时，由于摘穗中果穗与摘辊接触时间