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使用的设备，我们必
2、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(joseph Boyce) 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刀收割机，18261826年由贝
3、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(Obed Hussey) 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，它能将收割的作物搂集成堆，并从割台上搂拨到工作幅机，它
4、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 Meikle(Andrew Meikle) )于于1
5、7841784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世纪世纪末到末到2020世纪初，美国凯斯脱粒公司世纪初，美国凯
6、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
7、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
8、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
9、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、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
10、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
11、“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%
12、。 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
13、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
14、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
15、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
16、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900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
17、：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
18、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
19、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/
20、 /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。
21、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
22、 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
23、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
24、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： PV茎杆茎杆割刀刃口割刀刃口观察几种典型的切割方观察几种典型的切割方式式PPP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%4
25、0%，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刀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。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。 PVnVtV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
26、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）6001.55002.0400520040试验结果：试验结果： 高略契金力学
27、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
28、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ECB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
29、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
30、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、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
31、，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
32、：在同样切割速度的情况下，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，
33、切割而在进行双支承切割时，切割速度为速度为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。 PPw 由于茎秆是在没有任何由于茎秆
34、是在没有任何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。 PPw 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越大，因而茎秆
35、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1020m/s1020m/s，
36、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
37、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
38、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
39、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： t0S=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。物的收割机械上。 2 2、双刀距型切割器、双刀距型切割器： t0tS=2t=2to结构尺寸关系为结构尺寸关系为S =2 t =2 t0 =
40、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toS=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 mm 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
41、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
42、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 oABtxxy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 xyoo1A 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
43、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，
44、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bhadVnVAb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
45、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： oPa=76b=17h=55d=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： oAN1BN2F1F2R1R2+1+21 、2 分别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
46、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。 oABtxxyL r建立动刀片的运动方程建立动刀片的运动方程 x=rcostVx= rsint = r sin2 t = r 1cos2 t = r2r2cos t= r2x212222
47、2rVrxx 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，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。 orroxVxrrAB 由于割刀的横向直线运动速度是变化由于割刀的横向
48、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（曲柄转速（r/minr/min） Vp= S / t60秒秒 nt 1/2t=30/n，S=2rVp= 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
49、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（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
50、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。 HHSdoA 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，
