第九章谷物收获机械概论 、研究的对象和目的 研究对象 ①作业机具,包括 (1)谷物收获机械 如稻麦收获机、玉米收获机等 (2)牧草收获机械(牧区饲草生产用机械) 如收割、集草、打捆、运输、青贮等 (3)经济作物收获机械 如:根块作物(马铃薯、红薯等)收获机:花生收获机 棉花收获机:特种作物(水果、蔬菜、茶叶等)收获机。 ②作业对象包括:干、湿作物籽粒,稿草等,主要涉及它们的物理机械特性,空气动力 特性,弹性,韧性,尺寸和重量等 2、研究目的:弄清收获机械的结枃及工作机理,掌握其设计理论和方法、步骤及使用 技术,以正确研宄设计和指导生产。 3、谷物收获的特点和对收获机械的一般要求 (1)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 (2)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) 第一节谷物收获机械发展概论 中国,解放前,仅有镰刀和工效稍高的工具一推镰,但是推镰也没有受到重视和推广 解放后,开始引进国际(前苏联,捷克等国)收获机械。伴随东北大型国营农场的建立 较先进的大型收获机械开始使用 50年代,开始仿制、改进,生产厂家有:四平、佳木斯、开封等,生产出:东风-5(四 平)、TF-1100复式脱谷机(佳木斯)、GT-49(开封)等。 到58年,开始有了自行设计、制造的收获机,如:定型的太谷一5号畜力收割机等。 到60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 如北京25等,并广泛应用于生产 目前,大、中、小型各种的收获机械正 迅速地发展,尤其是联合收获机,越来越被 农民所重视,并得到广泛应用。 的年代初(年,我国引进美国约对 翰迪;尔联合收获机JL1000系列技术和生 产线。在开封和佳木斯两厂同时上马,相继 生产出自动化程度高,效率高的:余马1065 (开封)和佳联1065、1075(佳木斯)联合收获机。四平引进(东)德国技术和机件,组 装和配装E512、E514、E516等联合收获机 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。如:东风-4.5、新疆一325、丰收一3 北京—2.5等另外,90年代以来,几种披挂式(悬挂或背负)联收机很受农民欢迎,(投资
1 第九章 谷物收获机械概论 一、研究的对象和目的 1、研究对象 ①作业机具，包括； （1）谷物收获机械 如 稻麦收获机、玉米收获机等。 （2）牧草收获机械（牧区饲草生产用机械） 如 收割、集草、打捆、运输、青贮等。 （3）经济作物收获机械 如：根块作物（马铃薯、红薯等）收获机；花生收获机； 棉花收获机；特种作物（水果、蔬菜、茶叶等）收获机。 ②作业对象包括：干、湿作物,籽粒,稿草等,主要涉及它们的物理机械特性，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。 3、谷物收获的特点和对收获机械的一般要求 (1) 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 (2) 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） 第一节 谷物收获机械发展概论 中国，解放前，仅有镰刀和工效稍高的工具—推镰，但是推镰也没有受到重视和推广。 解放后，开始引进国际（前苏联，捷克等国）收获机械。伴随东北大型国营农场的建立， 较先进的大型收获机械开始使用。 50 年代，开始仿制、改进，生产厂家有：四平、佳木斯、开封等，生产出：东风—5（四 平）、TF—1100 复式脱谷机（佳木斯）、GT—4.9（开封）等。 到 58 年，开始有了自行设计、制造的收获机，如：定型的太谷—5 号畜力收割机等。 到 60 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 如 北京 2.5 等，并广泛应用于生产。 目前，大、中、小型各种的收获机械正 迅速地发展，尤其是联合收获机，越来越被 农民所重视，并得到广泛应用。 80 年代初（1982 年），我国引进美国约 翰迪；尔联合收获机 JL1000 系列技术和生 产线。在开封和佳木斯两厂同时上马，相继 生产出自动化程度高，效率高的：余马 1065 （开封）和佳联 1065、1075（佳木斯）联合收获机。四平引进（东）德国技术和机件，组 装和配装 E512、E514、E516 等联合收获机。 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。如：东风—4.5、新疆—3.25、丰收—3、 北京—2.5 等另外，90 年代以来，几种披挂式（悬挂或背负）联收机很受农民欢迎，（投资
少,动力能充分利用)。如:上海一Ⅱ、上海一Ⅲ(南通)、桂林一Ⅱ,以及山西万革,山东 龙口生产的该类型的联收机,都批量很大(几千台/年)。销往全国很多地区。河北收割机厂 (藁城)也生产了披挂式联收机,但可靠性较差,竞争力还不太强,有待于改进(藁城联收 机厂与新疆联合生产新2自走、装袋) 旨在满足联产承包体制下,小块地收获的小联合收获机更是蜂拥而上,我省就不下十几 家,但性能和可靠性大都不佳。 收获机械发展之快、之多,可见这正是我国收获机械化发展兴旺之时,但总的收获机械 化程度不高,地区发展不平衡,且机器类型繁杂、型式各异(稻麦类),而玉米、果蔬等收 获机水平很低,所以在机器设计、改进、合理选型和技术推广等方面,不仅有大量的工作要 做,而且更加需要和迫切。 在我省农机化工作规划中,收获机械化是重点发展项目。并坚持发展大、中型为主,大、 中、小型相结合。我们要看准方向,明确目标。 第二节谷物的生物学特性 我们所研究的收获机械的工作对象,主要是谷物,所以必须对其生物学特性有所了解。 机械化是保证增产、增收,解放劳动力,提高生产率,所以机械化要适应和满足农技要 求;所以对工作对象的有关特性必须了解和弄清 1、成熟期 依据子粒的饱满程度,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 处于光熟的子粒比重最大,发芽率高,过熟后,易造成落粒损失。所以应选择合适 的收获时期和适当的收获方法。 收获时期从品种特性上要求成熟期应一致或不同品种成熟期错开,或使成熟期尽 量避开雨期。如早熟品种8326受到常遭受雨害的农民的欢迎 2、谷物的后熟作用 割断后的麦杆,茎叶中的养分会继续向子粒输送一称为后熟作用(植物生理研究)。 此作用可使麦类提前收割,增长收获期,缓解劳动几种情况且在腊熟中期开割,可 增产2-6%,子粒的品质也好谷物的湿度(含水率) 成熟度提高,湿度下降;湿度上升,作业质量下降(割、脱、清)且功耗上升。但 有些地区,收期雨多,且联收机本来就是在田间直接脱粒,因此,所用的收获机需要有 较好的湿脱、湿分性能 是要把握适时收获, 二是要求机具适于湿作物的工作。麦子的安全贮存湿度为14~15% 3、作物的倒伏 造成减产,且机收困难,效率低,损失大(尤其是漏割) 为更好地实行机收,除在机具上作文章外,还要从品种和管理等方面下工夫。 谷粒重 4、作物的高度和谷草比 谷草比 非谷粒重(割下部分) 谷草比的大小,直接影响脱、清、功耗等性能。禾杆高度与谷草比有关
2 少，动力能充分利用）。如：上海—Ⅱ、上海—Ⅲ（南通）、桂林—Ⅱ，以及山西万革，山东 龙口生产的该类型的联收机，都批量很大（几千台/年）。销往全国很多地区。河北收割机厂 （藁城）也生产了披挂式联收机，但可靠性较差，竞争力还不太强，有待于改进（藁城联收 机厂与新疆联合生产新 2 自走、装袋） 旨在满足联产承包体制下，小块地收获的小联合收获机更是蜂拥而上，我省就不下十几 家，但性能和可靠性大都不佳。 收获机械发展之快、之多，可见这正是我国收获机械化发展兴旺之时，但总的收获机械 化程度不高，地区发展不平衡，且机器类型繁杂、型式各异（稻麦类），而玉米、果蔬等收 获机水平很低，所以在机器设计、改进、合理选型和技术推广等方面，不仅有大量的工作要 做，而且更加需要和迫切。 在我省农机化工作规划中，收获机械化是重点发展项目。并坚持发展大、中型为主，大、 中、小型相结合。我们要看准方向，明确目标。 第二节 谷物的生物学特性 我们所研究的收获机械的工作对象，主要是谷物，所以必须对其生物学特性有所了解。 机械化是保证增产、增收，解放劳动力，提高生产率，所以机械化要适应和满足农技要 求；所以对工作对象的有关特性必须了解和弄清。 1、成熟期 依据子粒的饱满程度，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 处于光熟的子粒比重最大，发芽率高，过熟后，易造成落粒损失。所以应选择合适 的收获时期和适当的收获方法。 收获时期从品种特性上要求成熟期应一致或不同品种成熟期错开，或使成熟期尽 量避开雨期。如早熟品种 8326 受到常遭受雨害的农民的欢迎。 2、谷物的后熟作用 割断后的麦杆，茎叶中的养分会继续向子粒输送—称为后熟作用（植物生理研究）。 此作用可使麦类提前收割，增长收获期，缓解劳动几种情况且在腊熟中期开割，可 增产 2~6%，子粒的品质也好谷物的湿度（含水率） 成熟度提高，湿度下降；湿度上升，作业质量下降（割、脱、清）且功耗上升。但 有些地区，收期雨多，且联收机本来就是在田间直接脱粒，因此，所用的收获机需要有 较好的湿脱、湿分性能。 一是要把握适时收获， 二是要求机具适于湿作物的工作。麦子的安全贮存湿度为 14~15% 3、作物的倒伏 造成减产，且机收困难，效率低，损失大（尤其是漏割） 为更好地实行机收，除在机具上作文章外，还要从品种和管理等方面下工夫。 4、作物的高度和谷草比 非谷粒重（割下部分） 谷粒重 谷草比 = 谷草比的大小，直接影响脱、清、功耗等性能。禾杆高度与谷草比有关
第三节谷物收获方法及机械种类 (一)收获方法 目前,多采用的机械化收获方法有: 1分段(分别)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 由于后熟作用,产量和粮食品质提高。经晾哂湿度减小,作业效率提高,故障少,且 可提前开割,增长收获期 缺点;功耗增大(两次作业),地表压实较重,雨天时,子粒易发芽,甚至霉烂。 几种方法各有利弊,采用哪种方法,设计或推广什么类型的机具,要视本地区的自然 条件,土地规模和经营方式,以及经济和技术水平而定。 发展趋势:联合和两阶段联合收获 (二)谷物收获机械的种类 按用途主要分为三大类 收割机械( reaping machinery) 包括:收割机( reaper) 割晒机( swather, windrower) 割捆机( reaper- binders 2脱粒机械( threshing machinery) 3联合收获机( combine harvester) 第十章切割装置 切割器是收获机械和联收机上必不可少的主要工作部件 作用:切割作物茎杆 类型:回转式和往复式切割器,也包括镰刀、快速切割器 收获机械上采用的切割器应具有如下的技术要求 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) 切割器的工作质量好、坏,直接影响到整机的性能,例如:割茬不整齐,造成重割增多,短 小的茎杆给清粮增大负荷,粮食清洁度降低,功耗增大,刀具磨损加快等等。 影响切割性能的因素 1、切刀的特性(形状、刃口厚度、材质、耐磨度等) 2、茎杆的物理机械性质:指切割阻力、折短阻力、弯曲阻力、弹性模数、摩擦系数等 这些性质决定于作物的种类、品种、成熟度等(水分大,即青绿时易切断) 3、切刀与茎杆的相对位置
3 第三节 谷物收获方法及机械种类 (一)收获方法 目前，多采用的机械化收获方法有： 1.分段（分别）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。 由于后熟作用，产量和粮食品质提高。经晾晒湿度减小，作业效率提高，故障少，且 可提前开割，增长收获期。 缺点；功耗增大（两次作业），地表压实较重，雨天时，子粒易发芽，甚至霉烂。 几种方法各有利弊，采用哪种方法，设计或推广什么类型的机具，要视本地区的自然 条件，土地规模和经营方式，以及经济和技术水平而定。 发展趋势：联合和两阶段联合收获 （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-binders） 2 脱粒机械（threshing machinery） 3 联合收获机（combine harvester） 第十章 切割装置 切割器是收获机械和联收机上必不可少的主要工作部件 作用：切割作物茎杆 类型：回转式和往复式切割器，也包括镰刀、快速切割器 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） 切割器的工作质量好、坏，直接影响到整机的性能，例如：割茬不整齐，造成重割增多，短 小的茎杆给清粮增大负荷，粮食清洁度降低，功耗增大，刀具磨损加快等等。 一．影响切割性能的因素 1、切刀的特性（形状、刃口厚度、材质、耐磨度等） 2、茎杆的物理机械性质：指切割阻力、折短阻力、弯曲阻力、弹性模数、摩擦系数等。 这些性质决定于作物的种类、品种、成熟度等（水分大，即青绿时易切断） 3、切刀与茎杆的相对位置
4、切割方向与速度 下边对各影响因素作具体分析 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a角的方向切入茎杆的切割方式 )茎杆的刚度的影响 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。 切割茎杆时的支撑方式: 无支撑:只用动刀切茎杆 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 P=p+∑P惯>Ra m P割与P弯作用与反作用力 ∑P惯=-am rdon Ra:茎杆的切割阻力 要求动刀有高的速度(以获得较大的惯性力) (2)单支撑切割 f=P2+∑>R P较P弯增大(因有定刀支撑) 相应∑P可减小,即割刀速度可减低。V=amt一定 a减小,则v减小。 o) 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P更大,相应所需∑P可更小,即动刀 速度可小,同时,对动定刀间隙8的要求可放宽,动、定 刀磨损小,空转功率小 (二)茎杆纤维方向性的影响 不同的切割方向即沿茎杆的不同纤维方向进行切割 阻力的大小是不同的 rm切w 般常讲的三种切割方向 1.横断切:切割面和切割方向都与被切物的轴线垂直
4 4、切割方向与速度 下边对各影响因素作具体分析 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α角的方向切入茎杆的切割方式 (一)茎杆的刚度的影响 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。 切割茎杆时的支撑方式： 无支撑：只用动刀切茎杆 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 = p弯 +p惯 R阻 P 割与 P 弯作用与反作用力 p惯 = −am R阻 ：茎杆的切割阻力 要求动刀有高的速度（以获得较大的惯性力） （2）单支撑切割： 阻 ’ 惯 ‘ P割 = P弯 +P R ' P弯 较 P 弯增大（因有定刀支撑） 相应 ‘ P惯 可减小，即割刀速度可减低。 V = at 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 ‘’ P弯 更大，相应所需 ‘’ P惯 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 (二)茎杆纤维方向性的影响 不同的切割方向即沿茎杆的不同纤维方向进行切割 阻力的大小是不同的 一般常讲的三种切割方向： 1.横断切：切割面和切割方向都与被切物的轴线垂直
2.斜切:切割面与被切物轴线偏斜,但切割方向与轴线垂 直 3.削切:切割面与切割方向都与被切物轴线偏斜 经实验得知:纤维方向性对切割阻力和功率消耗的影响情 横断切b斜切C切 切割方向 阻力和功率消耗(定性的比较 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。 (三)刃厚及刃角的影响正切时切刀的受力图 P0——刃口切入茎杆的阻力(合力)方向垂直于刃口茎杆。相同时p0的大小决定于 刃口厚度厚度上升,则p0上升 N,一一茎杆对楔面(A)的正压力。(与杆的物理机械和性质 有关 Y——刃角(刀刃楔角) P—一刀刃所需的切割力 φ一一摩擦角 2-3正切时作用在夜上的方 F1F2——摩擦力 正压力和摩擦力作用在实际刀刃楔面A、B上的合力分别为.NaN ,依据力的平 cos COS 衡条件,X,Y方向上的平衡方程式为: N coS( +o) N p=P0+-snφ+sn(y+) cOs cOS 整理:将①代入②并调整 sin o cosl+o Ncosφsi(y+φ) -[sin o cos(+o)+cos p sin(y+p) sn(φ+y+p) D +M indy + 2o)
5 2.斜切：切割面与被切物轴线偏斜，但切割方向与轴线垂 直。 3.削切：切割面与切割方向都与被切物轴线偏斜。 经实验得知：纤维方向性对切割阻力和功率消耗的影响情 况 切割方向 阻力和功率消耗（定性的比较） 横断切 斜切 最大 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。 (三)刃厚及刃角的影响正切时切刀的受力图 0 p ——刃口切入茎杆的阻力（合力）方向垂直于刃口茎杆。相同时 0 p 的大小决定于 刃口厚度厚度上升，则 0 p 上升。 N1——茎杆对楔面（A）的正压力。（与杆的物理机械和性质 有关） γ——刃角（刀刃楔角） P——刀刃所需的切割力 φ——摩擦角 1 2 F ,F ——摩擦力 正压力和摩擦力作用在实际刀刃楔面 A、B 上的合力分别为： cos N 和 cos N1 ，依据力的平 衡条件，X，Y 方向上的平衡方程式为： cos( ) cos 1 = + N N ① sin( ) cos sin cos 1 0 = + + + N N p p ② 整理：将①代入②并调整 ( ) ( ) 0 2 0 2 0 2 0 2 2 cos sin( 2 ) sin( ) cos sin cos cos sin( ) cos cos cos sin( ) sin cos cos + = + = + + + = + + + + + = + + + p N N p N p N N p p A 横断切 b 斜切 c 削切
将①代入②并整理得h+sn(y+2p) 由式知:刃口厚度上升则p0上升,0n/2内正弦函数为增函数。 由上式可知,正切时,所需得切割刀与刃口厚度和刃角Y成正比。当然,刃厚和刃角太 小,刀得强度会下降,影响可靠性且磨损快,所磨周期短,影响捡拾。 (四)滑切( sliding cutting)与切割阻力得关系(即釆用滑切对切割力大小得影响) 实验和理论分析都可证明,滑切比正切切割阻力较小(即 滑切省力) 分析:如图所示:动刀与被切物料成倾斜得位置配置, V—一动刀运动方向 分解出:vn一正切速度,v1滑切速度,a-—滑切 角(刀刃运动方向与刀刃法线的夹角。gg=称为滑切 b 系数 滑切省力的原因: ①同一刃口在滑切时,刃角小 证:如图 igy AC 而DE=BC AE>AQ根据垂线定理:从线外一点刀这条直线的所有线 图3-3滑切时刀刃模角的变化 段中垂直线段最短) 故:2gy<lgy(因在0~/2内,正切为增函数)所以,y<y 虽然,滑切角a(0~n2)越大,刀刃切入材料的实际刃角γ越小,因此切入材料所需的力 越小(即越省力) ②滑切有锯切作用 刀刃上有很多微观齿,其端部很锋利(0.5~lum)(即相当于刃口厚度很小)而微齿根端钝 (6~10um) 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 (五)切割速度对切割阻力的影响 般,切割速度上升,则切割阻力下降 右图为:牧草切割实验的结果。 切割稻、麦茎杄时阻力也是随速度增加而减小,但并非明 ts'o 显的直线关系。速度上升,而阻力下降的现象,是由于切 图3-切阻力籼潮惠 割的有效系数增加的原故(切割总功由预压功Ay和切割 的有效功Aq合成,速度较大时,预压功Ay较小,因此切 割总功也有所降低)功小了,有效切割茎杆的距离大了 6
6 0 2 cos sin( + 2 ) p + N 将①代入②并整理得 由式知：刃口厚度上升则 0 p 上升，0~π/2 内正弦函数为增函数。 由上式可知，正切时，所需得切割刀与刃口厚度和刃角γ成正比。当然，刃厚和刃角太 小，刀得强度会下降，影响可靠性且磨损快，所磨周期短，影响捡拾。 (四)滑切（sliding cutting ）与切割阻力得关系（即采用滑切对切割力大小得影响） 实验和理论分析都可证明，滑切比正切切割阻力较小（即 滑切省力） 分析：如图所示：动刀与被切物料成倾斜得位置配置， V——动刀运动方向 分解出： n v ——正切速度， t v ——滑切速度， ——滑切 角（刀刃运动方向与刀刃法线的夹角。 n t v v tg = 称为滑切 系数。 滑切省力的原因： ①同一刃口在滑切时，刃角小， 证：如图： AC BC tg = AE DE tg 1 而 DE=BC AE>AC(根据垂线定理:从线外一点刀这条直线的所有线 段中垂直线段最短) 故: tg tg ' (因在 0~π/2 内，正切为增函数)所以， ' 虽然，滑切角 （0~π/2）越大，刀刃切入材料的实际刃角 ' 越小，因此切入材料所需的力 越小（即越省力） ②滑切有锯切作用 刀刃上有很多微观齿，其端部很锋利（0.5~1um）（即相当于刃口厚度很小）而微齿根端钝 （6~10um） 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。 （五）切割速度对切割阻力的影响 一般，切割速度上升，则切割阻力下降。 右图为：牧草切割实验的结果。 切割稻、麦茎杆时阻力也是随速度增加而减小，但并非明 显的直线关系。速度上升，而阻力下降的现象，是由于切 割的有效系数增加的原故（切割总功由预压功 Ay 和切割 的有效功 Aq 合成，速度较大时，预压功 Ay 较小，因此切 割总功也有所降低）功小了，有效切割茎杆的距离大了
注意: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(结构课讲) 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(结构课讲) (二)传动机构( drive mechanism) 功能:将回转运动变为往复运动 1、曲柄连杆机构( crank pitman mechanism):结构简单 (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(如东风-5) (4)空间型偏置曲柄连杆几够,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( slider.- crank mechanism) 特点:结构较为紧凑 3、摆环机构( wobbler):结构紧凑,但造价较高,谷物联收机上已广泛应用 4、行星齿轮机构( planetary gear) 刀杆 b:刀头销 c:行星齿轮 d:固定内齿圈 曲柄 f:转臂 齿数:Zd=2Zc f的长度e的长度=的半径(r)=12d的半径(R) a刀杆b刀头销c行星齿轮 即f=e=r=1/2R,这样,同一时间内f的转角恒为e 固定内齿圈e曲柄f转臂 转角的一半,刀头销b的轨迹为一直线(在割刀 的运动方向上) 因此,割刀往复运动时,无侧向力,故磨损小,震动小,可提高割刀速度。 (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(刀片销往茎杆的条件) *钳住茎杆的条件 b1、62—茎杆被钳住时所受作用力P1、P 与刀刃法线的夹角(P1、P2的作用方向角) 动定刀片刃口的滑切角(刃口倾角) 夫持茎杆的受力分析 a1和a2增大,切割阻力下降,但大到某个限度茎杆 会滑脱。所以正常切割,必须先将茎杆钳住。 在三角形OAB和四边形OACB中 180-∠AOBa+a2 ,=6 即1+62=a1+a2 a1和a2上升,B1和日2也将上升,但合力P1、P的作用方向角12不能大于茎杆与刀
7 注意：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(结构课讲) 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(结构课讲) (二)传动机构（drive mechanism） 功能：将回转运动变为往复运动 1、 曲柄连杆机构（crank pitman mechanism）：结构简单 （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（如东风—5） （4） 空间型偏置曲柄连杆几够，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（slider-cramk mechanism） 特点：结构较为紧凑， 3、 摆环机构（wobbler）：结构紧凑，但造价较高，谷物联收机上已广泛应用 4、 行星齿轮机构（planetary gear） a：刀杆 b：刀头销 c：行星齿轮 d：固定内齿圈 e：曲柄 f：转臂 齿数：Zd=2Zc f 的长度 e 的长度=c 的半径（r）=1/2d 的半径（R） 即 f=e=r=1/2R，这样，同一时间内 f 的转角恒为 e 转角的一半，刀头销 b 的轨迹为一直线（在割刀 的运动方向上） 因此，割刀往复运动时，无侧向力，故磨损小，震动小，可提高割刀速度。 (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（刀片销往茎杆的条件） *钳住茎杆的条件 1、 2 ——茎杆被钳住时所受作用力 P1、P2 与刀刃法线的夹角（P1、P2 的作用方向角） 1、 2——动定刀片刃口的滑切角（刃口倾角） 1 和 2 增大，切割阻力下降，但大到某个限度茎杆 会滑脱。所以正常切割，必须先将茎杆钳住。 在三角形 OAB 和四边形 OACB 中。 1 = 2 = 2 1800 − AOB = 2 21 + 即 1 + 2 =1 + 2 1 和 2 上升， 1 和 2 也将上升,但合力 P1、P2 的作用方向角 1 2 不能大于茎杆与刀 a 刀杆 b 刀头销 c 行星齿轮 d 固定内齿圈 e 曲柄 f 转臂 夹持茎杆的受力分析
片的摩擦角 912 即61≤62所以62≤q2 故钳住条件应是1+2≤q1+2 因为:61+6,=a1+ 所以:保证钳住茎杆的极限条件是:a1+a2≤q1+Q2 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) 这样,割刀的运动为简谐运动,即用曲柄销K在水 平直径上的投影点A的运动来代表割刀的运动 劃刀运动分析 如图所示的坐标系,建立割刀运动方程式 x= coset(位移) a=-ro2 cos ot(加速度) ro 位移X、速度V和加速度a都是时间t的函数,其变化规律是正弦或余弦曲线 v=-yosin =-yOvsn- ot (2)割刀速度V和加速度a与位移X的关系*V与X的关系 -yovI-cos a 整理:v 两边同时除以
8 片的摩擦角 1 2 即 1 ≤ 2 所以 2 ≤ 2 故钳住条件应是 1 + 2 ≤ 1 + 2 因为： 1 + 2 =1 + 2 所以：保证钳住茎杆的极限条件是： 1 + 2 ≤ 1 + 2 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） 这样，割刀的运动为简谐运动，即用曲柄销 K 在水 平直径上的投影点 A 的运动来代表割刀的运动 如图所示的坐标系，建立割刀运动方程式： x = r cost （位移） v = −rsint （速度） a r cost 2 = − （加速度） ωt 0 0 900 1800 270 360 x 0 - 0 v 0 - 0 0 a 2 − r 0 2 r 0 2 − r 位移 X、速度 V 和加速度 a 都是时间 t 的函数，其变化规律是正弦或余弦曲线。 (2)割刀速度 V 和加速度 a 与位移 X 的关系 *V 与 X 的关系： 2 2 2 2 2 2 2 cos 1 cos sin sin x t t t v t = − = − − = − − = − = − 整理： ( ) 2 2 2 2 v = − x 2 2 2 2 2 v = − x 2 2 2 2 2 v + x = 两边同时除以 2 2 割刀运动分析
得 (为椭圆方程) 若求A点的速度 ,=AA" 变化椭圆方程:(为容易作速度图,将V缩小ω倍) c2+2=1(为圆的方程) 图象曲线如图中虚线所示。 A点的速度可表示为VA=AA"AO(将曲线上的速度坐标放大a倍) 加速度与X的关系:a=-ro2 cos or=-o2( COSEL)=-2x 可见,加速度与Ⅹ成直线关系 (3)割刀的行程和平均速度 ①行程s=2r(无偏距时) 有偏距时:s≈2r(s>2r) S=AB=AC-BC √(+R)-e2-√-r)2 整理:2=s1-e3 一般 4l2 所以:S>2r 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。 ②割刀的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 行程 时间6030 2 当s=2r时,V= 15 r—一曲柄半径(m) n—一曲柄转速(r/min) (有支撑切割,需Ⅴp一般范围为1-2m/s,实验证明,切割速度在06-0.8m/s以上能 顺利切茎杆) 摆环机构的运动分析过程抽象,复杂,次种机构的运动特性已通过实验和实用所验证, 该种机构已成为一种成功的典型机构,各参数的选取也已优化出合理的数值范围,所以我们 这里无需再对抽象的分析过程进行烦琐的推导,仅对理论性问题给以提示和说明
9 得： 1 2 2 2 2 2 + = v x （为椭圆方程） 若求 A 点的速度 VA = AA 变化椭圆方程：（为容易作速度图，将 V 缩小ω倍） 1 2 2 2 2 2 + = X V （为圆的方程） 图象曲线如图中虚线所示。 A 点的速度可表示为 VA = AA （将曲线上的速度坐标放大ω倍）。 加速度与 X 的关系： a r t (r t) x 2 2 2 = − cos = − cos = − 可见，加速度与 X 成直线关系。 (3)割刀的行程和平均速度 ① 行程 s = 2r （无偏距时） 有偏距时： s 2r （ s 2r ） S=AB=AC-BC = ( ) ( ) 2 2 2 2 L + R − e − l − r + e 整理： 2 2 2 4 4 2 1 l s e r s − = − 一般 1 4 4 1 2 2 2 − − l s e 所以： s 2r 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。 ② 割刀的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。 30 2 60 sn n s Vp = = = 时间 行程 当 s = 2r 时， 15 rn Vp = r ——曲柄半径（m） n ——曲柄转速（r/min） （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） 摆环机构的运动分析过程抽象，复杂，次种机构的运动特性已通过实验和实用所验证， 该种机构已成为一种成功的典型机构，各参数的选取也已优化出合理的数值范围，所以我们 这里无需再对抽象的分析过程进行烦琐的推导，仅对理论性问题给以提示和说明
(3)摆环机构驱动时割刀的运动分析 x=-grcos @r 方程:v= ur@ sin at a=yo- cos or y——割刀产生的最大位移(摆距的一半) —一主动轴角速度 μ、y:系数 从方程来看,与曲轴连杆机构驱动的割刀的运动方程 式基本相同(即运动基本相同一似简谐运动)只是各相差 封刀位移 一个系数。 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:s=2kr=2 ksin a a—一摆割刀行程:角 r= Isn a r一最大位移 k—一考虑尺寸误差和间隙对S的影响的修正系数(K=102-1.2) 3.切割速度分析(割刀实际切割茎杆的速度) v2(r-x) y-x=1 封刀位移与速度图解 前边我们也已经讨论了割刀的速度V与位移X的关系为一椭圆关系, 即 长半轴为rO,短半轴为r的椭圆就为割刀的速度曲线。 曲线上任意一点A'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 速度以一的比例缩小,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(瞬时速度) V=AA 0N λ—一作图尺寸比例(每单位长度的尺寸所代表的实际数值) 即2=总的实际数值表示的实际数 总图长度单位图长 例:求单刀距行程型往复式切割器的始切速度ψs,终切速度V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:作图尺寸比例为入
10 (3)摆环机构驱动时割刀的运动分析 方程： a r t v r t x r t cos sin cos 2 = = = − ——割刀产生的最大位移（摆距的一半） ——主动轴角速度 、 、 ：系数 从方程来看，与曲轴连杆机构驱动的割刀的运动方程 式基本相同（即运动基本相同—似简谐运动）只是各相差 一个系数。 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： s = 2kr = 2klsin ——摆割刀行程：角 r = lsin r —最大位移 k ——考虑尺寸误差和间隙对 S 的影响的修正系数（K=10.2—1.2） 3.切割速度分析（割刀实际切割茎杆的速度） ( ) 1 2 2 2 2 2 = − + r r x r vx ( ) 1 2 2 2 2 = − + r r x r vx 前边我们也已经讨论了割刀的速度 V 与位移 X 的关系为一椭圆关系， 即 1 2 2 2 2 2 + = r x r v 长半轴为 r ，短半轴为 r 的椭圆就为割刀的速度曲线。 曲线上任意一点 A 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 1 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（瞬时速度） VA = AA ——作图尺寸比例（每单位长度的尺寸所代表的实际数值） 即 单位图长 表示的实际数 总图长度 总的实际数值 = = 例：求单刀距行程型往复式切割器的始切速度 Vs ，终切速度 Vz 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 割刀位移 割刀位移与速度图解
