小麥聯合收獲機割臺設計【全套含有CAD圖紙三維建?！?/h1>

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Organization of crop harvester and thresher harvester is intermediate conveying means is connected into one, the use of crops harvested crop harvester, you can complete a one-time harvesting, threshing, cleaning and bagging process, not only greatly improve the harvest efficiency, reduce harvesting costs, and the loss of only 1% to 5%, saving manpower and resources, greatly reducing the burden on farmers, prompting hope we can fully mechanized harvest crops. This paper is to explore, study and design of systems for crop harvester cutting table. This paper first describes the significance of research in this topic, introduces the development status quo crop harvesters, dynamic and future direction of domestic and foreign crop harvesters; the overall layout and design of their programs, and then again on the cutting table institutions scheme demonstration; to be confirmed after the program, its main components and checking design calculations, the final collation, analysis, design proofing parameters to see whether to meet production requirements, and summarizes the characteristics and shortcomings of this subject. Keywords: crop harvester, cutting table system, cutting station; 1 緒論 1.1 設計背景 我國是農業(yè)大國，糧食種植面積和產量均居世界首位，我國農作物種植面積接近2600萬hm2，約占世界種植面積的21%，產量占世界總產量的34%，用10％的可耕地養(yǎng)活了全球22％的人口，對世界的糧食安全起著重要作用。 收獲適時與否，不僅直接影響作物的產量和質量。還影響下茬作物的及時栽種，因此收獲作業(yè)具有季節(jié)性強的特點。我們國家的農作物收獲方式主要有一下三種方式：分段收獲、人工收獲和農作物收割機收獲。農作物生長發(fā)與環(huán)境和技術措施復雜，生產環(huán)節(jié)多，用工量多，勞動強度大，農民種植農作物十分辛苦，所以改變農作物落后的生產方式，一直是廣大農民的迫切愿望。收獲是作物栽培的最后一個環(huán)節(jié)，在農田作業(yè)項目中需要勞動量最大。在較長的一段時間里，我國的農作物收割主要以人工收獲為主。就是由人工完成整個收割過程，這種收獲方式效率低、時間長、損失浪費嚴重、勞動強度大。后來逐步發(fā)展到分段收獲，就是由割稻機進行收獲，然后由人工進行運輸、集捆、清選、脫粒等環(huán)節(jié)，在收獲過程中是用割稻機完成收獲過程中幾項作業(yè)，這種收獲方式的機器比較簡單，機具價格也便宜，操作維護方便，容易掌握和推廣，對使用技術的要求不高，但在整個收獲過程中勞動強度高、花費的勞動量大、谷物的總損失量也較大、效率低下。而現在的聯合收獲法是使用農作物農作物收割機進行收獲，它能夠一次性完成脫離、切割、清選、分離和裝袋過程，整個過程都是由機器來完成，這樣不僅提高了收獲效率，還減小了勞動強度，降低了總損失，大大節(jié)省了勞動力，即能及時收獲和清理田地，又能及時進行下茬作物的耕種，特別有利于搶收、搶種[1]。實踐表明，農作物收獲實現機械化可以減少勞動用工量76%，大幅度提高工效，機械收獲較人工收獲節(jié)省成本300元∕公頃。因此農作物收獲機械化一直是政府、農民、收獲機械專家們和農作物收割機生產企業(yè)所關注的焦點。 1.2 設計目的 隨著農村經濟的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設的推進，糧食生產向規(guī)?；较颉⒓s化發(fā)展，目前市場對谷物農作物收割機提出了更新換代要求。這促使了農作物收割機行業(yè)將由低價格、低水平和低質量的生產方式向高質量、高效率和高技術的方向發(fā)展，也為新一代高效多功能的聯合收獲機械進入市場提供了契機，同時迫切需要對產品進行技術創(chuàng)新和更新換代。同時大力推進農作物收獲機械化，是穩(wěn)定農作物生產，解決農作物生產勞動力短缺問題的最有效的辦法，這將提高農作物生產的勞動生產率，實現農作物生產節(jié)本增效，增加農民收入的迫切之舉[2]。 我國農作物主產區(qū)在南方，南方多丘陵、梯田，地區(qū)的季節(jié)性、作業(yè)環(huán)境差異也大，浙江省位于我國東南沿海長江三角洲南翼，農作物是浙江省的主要糧食作物，其播種面積和產量常年分別約占食糧播種面積和總產量的70%和80%，浙江農作物總產量與糧食總產量密切相關，相關系數決定了糧食的增減。而且農作物也是浙江糧食作物中單產最高的作物，其單產比其他主要糧食作物玉米和農作物分別高近55%和35%。 1.3國內外研究狀況 1.3.1 國外收獲機械化技術與機具發(fā)展趨勢 18到19世紀，在英、美等國曾有許多人研制和設計農作物收割機，其中有的人還獲得了專利或制造出了樣機，但基本都不具備實用價值，未能得到推廣。1889年，美國人貝斯特（Best）設計制造出第一臺由蒸汽機驅動的自走式農作物收割機，一天最多可收割50多公頃農田。此后，又相繼誕生了由內燃機驅動的自走式農作物收割機。漸漸地，19世紀80年代后期，農作物收割機在美國日益普及，很快澳大利亞也生產了類似的機器[3]?，F如今所有的發(fā)達國家都已廣泛使用農作物收割機?，F在國外農作物收割機的發(fā)展也不單單只是簡單地滿足于收割，而是向更成熟更可靠的階段發(fā)展。 （1）在保證良好性能的前提下，農作物收割機正在向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速發(fā)展。以谷物農作物收割機最具代表，喂入量已由一般的5~6kg∕s發(fā)展到10~12kg∕s；所配發(fā)動機的功率最大到243kw，正在研發(fā)的有276kw；割臺最大割幅已超過9m。 國外的大型農作物收割機大多采用渦輪增壓發(fā)動機，最近紐荷蘭CR9090型農作物收割機創(chuàng)造了一項新的吉尼斯世界記錄，發(fā)動機功率達434 kW，10.7 m 的全新割幅， 最高收獲效率達到了78 t/h，是目前世界上最大的農作物收割機[3]。 （2）向擴大機器的通用性和提高適應性發(fā)展。除發(fā)展多種專用割臺外，同一臺機器還可配置不同割幅的割臺以適應不同作物和不同單產的需要；改進機體結構，使其更好地適應不同作物和傾斜地面，割臺裝置配置多種寬度的輪胎、履帶、水田高花輪胎或半履帶，農作物農作物收割機上采用雙泵雙馬達的轉向方式實現原地回轉等功能以提高在潮濕地和水田中工作的適應能力[3]。 （3）新材料和先進制造技術的廣泛應用使產品性能更好，可靠性更高。 （4）廣泛應用機電一體化和自動化技術，使用安全性、操作方便性、舒適性方向發(fā)展?，F在還特地改善駕駛室的工作環(huán)境，很多設有現代化的密閉駕駛室都有隔噪音、隔熱的；有些還配有排草堵塞、轉動部件轉速、谷物損失量、收割機切割高度、糧箱填充量等的信息顯示；安全生產的互鎖補償系統(tǒng)和警報輸出有信號報警、故障警報、啟動互鎖、收獲互鎖與運輸等功能；還有自控裝置包括了割茬高度的自動調節(jié)、自動対行、自動停車、自動控制車速等[3]。 （5）向集全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，智能化收獲機發(fā)展，遙感系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)于一身的“精準農業(yè)”技術發(fā)展，在智能化農作物收割機上的應用時，這些都是當今收獲機械化最重要和最新的技術發(fā)展。國外有一些先進的農作物收割機上都裝有GPS 接受系統(tǒng)，他們是用于獲取影響作物生長環(huán)境因素和農田小區(qū)作物產量的信息，并且監(jiān)測作物的產量和水分，從而來控制農作物收割機的割幅、割茬和前進速度，讓農作物收割機處于一個最佳的狀態(tài)，把農作物收割機的最佳作業(yè)量和最高生產工效發(fā)揮到極致。還可以通過信息傳遞對農作物收割機出現進行診斷，指導排除故障；確定農作物收割機所在的地理位置，并且可以指導其行駛路線[3]。 1.3.2 國內收獲機械化技術與發(fā)展趨勢 國內收割機起步較晚，早期以模仿及從蘇聯，美國，及加拿大等國家進口為主。很多連接或支承部位沒有經過詳細的計算，而是根據發(fā)達國家已造好的收割機的尺寸設計制造的，使得收割機體積龐大，質量偏大。 稻麥農作物收割機是中國的特色，是我國農村經濟條件催生出來的一種較為經濟實用的收獲機械。這一階段從與“小四輪”掛接的“小聯合”發(fā)展到與大中型拖拉機配套的中型背負機。農作物收割機結構簡單，價格便宜，又是農民家中拖拉機收益最高的配套機具，20 多年來一直暢銷不衰，與自走機平分收獲機市場[4]。 目前我國谷物農作物收割機已走過了低端產品的普及過程，社會保有量在60 萬臺以上。隨著農業(yè)生產向產業(yè)化、集約化推進，農作物農作物收割機產品發(fā)展趨勢將向中高端發(fā)展，并逐步進入國際市場。 國內收獲使用的主要有兩種機具, 一種為自走式， 另一種為配套式，隨著經濟發(fā)展， 自走式將逐步取代配套式機具。從現在種植結構看多為中小田塊，所以機型以中型機占主導地位，發(fā)展趨勢是中、大型機, 并逐步由現在以機械式為主向電子、液壓技術方面發(fā)展。收獲作業(yè)時要求莖稈粉碎還田使近幾年的平均故障間隔時間有了較大的提升[4]。 2 農作物收割機總體設計 此設計是根據南方丘陵水田面積小而設計的小型農作物收割機，該農作物收割機可一次性完成收割、脫粒、分離和裝袋作業(yè)。該機體積小、重量輕，操作靈活，通過性與適應性好，較好地解決了大、中型收割機在丘陵、山區(qū)和水田難以收割的難題，在南方雙季稻區(qū)、泥腳深度不大于20厘米的稻田中均能正常收割農作物。 2.1 農作物收割機的類型定位 整機形式為：懸掛式、全喂入 割臺形式為：帶攪龍輸送器式臥式割臺 脫粒裝置形式為：軸流式 2.2 農作物收割機的整機結構及選擇 所設計的農作物收割機為輪式農作物收割機，整機分為割臺部分和收割部分兩部分。 圖2-1 農作物收割機整機結構簡圖 割臺部分采用四輪式拖拉機，后輪驅動，前輪轉向。收割部分懸掛在拖拉機上（圖2-1），收割臺懸掛在車架懸架的正前方，脫粒裝置懸掛在拖拉機后方，中間輸送槽布置在收割機的左側,前后兩端分別連接割臺和脫粒裝置。為使割臺左右平衡，將割臺傳動裝置置于右側。對于收割機后部，脫粒裝置靠左布置，揚谷器布置在脫粒裝置右側，同時糧袋放置于脫粒裝置右側使農作物收割機后部平衡。整機前進動力由拖拉機提供，收割部分動力由拖拉機后置動力輸出軸提供。 2.3 農作物收割機的工作流程 農作物收割機的作業(yè)流程如圖2-2所示，當農作物收割機進行作業(yè)時，撥禾輪首先把作物撥向割刀，割刀把作物割倒后，撥禾輪隨即把作物推倒到割臺上，割臺輸送攪龍把割倒下來的作物向左側集送到伸縮撥指機構，撥指機構把攪龍送來的作物以很高的速度向后拋送給輸送槽，輸送槽把撥指機構送來的作物抓取后從槽底源源不斷地輸送給脫離機構，作物進入軸流型脫谷機構后，由于它受到滾筒釘齒高速打擊以及作物在作螺旋運動的過程中不斷與凹板篩撞擊的結果，使谷粒脫了下來，并通過凹板篩孔落到集谷攪龍上。落到集谷攪龍上的谷粒被推運到揚谷器（在另一側未畫出來），再由揚谷器拋送到糧袋，隨即包裝。另外被脫谷機脫凈谷粒的禾桿由于被凹板篩阻留無法通過篩孔，最后從出草口被滾筒釘齒拋送出去，這就完成了聯合收獲的全過程。 圖2-2 農作物收割機作業(yè)流程圖 38 3 參數設計與選擇 3.1 收獲機割臺設計依據 自走式牧草收獲機割臺用于控制割臺、撥和輪升降。 1）各驅動馬達的轉速在合理范圍內分別單獨調節(jié)，且互不干涉； 2)收獲機適應收割田間作業(yè)時撥禾輪、攪龍及切割器負載的正常范圍內波動，并且各執(zhí)行機構負載變化時驅動馬達仍可獲得較穩(wěn)定的轉速。 表3-1 收獲面割臺設計參數 撥禾輪馬達 往復式切割馬達 螺旋輸送馬達 傾斜輸送馬達 轉速 25～39 503 500 513 工作載荷動率 0.192 2.36 5.03 0.53 工作載荷力矩 47.2 141.74 95.12 9.86 3.2 液壓系統(tǒng)的設計 采用液壓馬達為執(zhí)行元件，選擇定量泵和定量馬達節(jié)流調速系統(tǒng)。 接口駁接相應獨立割臺，使用液壓快速接口連接割臺與底盤之間的油路。裝載壓力表和壓力表開關可方便觀察油路壓力及其變化；溢流閥起定壓溢流作用和系統(tǒng)安全保護作用，能保證液壓泵出口壓力及流量恒定，同時，當調速閥調整參數不變時，能夠保證系統(tǒng)流量恒定不變，調節(jié)調速閥參數可別控制撥禾輪、攪龍及切割器驅動馬達的轉速，駕駛員實時調整調速閥，可以使收割機割臺各機構在最佳參數組合下高效率、低損失地完成收獲作業(yè)。 3.3 液壓系統(tǒng)系統(tǒng)載荷分析 對于液壓驅動機械來說，系統(tǒng)的工作壓力是設計計算中最重要的參數之一，壓力的合理選用與匹配不但能保證液壓元件具有期望的壽命與可靠性，以及元件工作能力被充分利用而又低成本，而且能保證液壓系統(tǒng)具有較高的傳動效率從而有效的發(fā)揮機器動力性和經濟性。因此對液壓系統(tǒng)工作壓力的確定是十分必要和關鍵的。在負載一定情況下，設計壓力過低，必然會加大執(zhí)行元件的結構的尺寸和重量，同時，系統(tǒng)的效率也會降低；如果壓力選得太高，對液壓元件的材質、 密封及制造精度也要求很高，成本也會隨之增加。綜合考慮執(zhí)行元件及其他液壓元件、輔件的尺寸、重量、加工工藝性、成本、貨源及系統(tǒng)的可靠性和效率等方面的因素，液壓執(zhí)行元件 設計壓力可根據主機類型。目前，國內農業(yè)機械上廣泛采用16MPa的液壓系統(tǒng)壓力，故本機系統(tǒng)壓力確定為額定壓力 10MPa，最高16MPa，既可以滿足要求，又不增加液壓件的采購成本。 確定液壓系統(tǒng)的各機構工作載荷及液壓馬達載荷轉矩。由于馬達和各執(zhí)行機構是無變速直連接，忽略馬達和軸的機械效率損失，即認為各機構工作載荷等于馬達載荷轉矩。 1、 撥禾輪馬達工作載荷功率和載荷力矩，撥禾輪齒線速度為： =2R —撥禾齒線速度， —撥禾輪轉速， —撥禾輪半徑， =15—55，=3.14，=0.468，=0.73—2.69 撥禾輪馬達工作載荷力矩和功率為： = =. —撥禾輪馬達工作載荷力矩 — 撥禾輪馬達工作載荷功率， —撥禾輪單位長度撥禾阻力， —割臺工作幅寬， 取：=2.7，= （一般為25—） 則有撥禾輪最大工作載荷力矩 最大載荷功率 2.撥禾輪軸距切割器平面的安裝高度 =1000mm L-作物高度，L=600mm； h-切割器距離地面高度，h=100mm； D-撥禾輪直徑，D=1000mm； 3.喂入量 割幅=2.7 作業(yè)速度 割下作物總重中谷粒所占作物百分比 作物單位面積產量（）6000（每畝400kg） -收割機的作業(yè)速度（） - 動刀的平均速度 =0.7-1.0取0.8（聯合收割機） 4.攪龍馬達工作載荷功率和載荷力矩： = 攪龍馬達工作載荷功率， 生產率， 重力加速度， 阻力系數 割臺長度， 校正系數， 取， （由于攪龍工作時堵塞纏繞時阻力公式會成倍增加，故校正系數取較大值10） 則有攪龍最大載荷功率，最大載荷力矩 5.切割器工作載荷功率和載荷力矩，包括切割功率與空轉功率兩部分， -切割器工作載荷功率， -切割器功率， -空轉功率， -割幅， -收割機前進速度， -單位收獲面積的莖稈切割功， -每米割幅需消耗空轉功率，。 收割農作物時100-200，收割牧草時200-300，為空轉功率，與切割器設計制造和割幅有關，一般每米割幅需消耗的空轉功率=0.6-1.2,取 ， 3.4 割幅與作業(yè)速度 1割副B 割幅是指農作物收割機兩分禾器尖端之間的距離。小型農作物收割機的割幅一般為 1.5m～2.0m，其大小受輪距B0影響，關系為： BB0+2△ 式中 B——割幅m B=2700 3.5 谷物收割機的喂入量 喂入量由割幅、作業(yè)速度等決定，其關系為： 式中 q——喂入量 kg/s B——割幅2.7m M——作物單位面積產量 M=8107千克/公頃 β——割下作物中谷粒與莖稈的比例，即谷草比，β=0.43 C——常數 C=10 由上公式算得q=2.264kg/s 4 切割器設計 收獲機械上采用的切割裝置又稱為切割器，它的功用是將田間作物全部整齊地割斷，它是重要的通用部件之一。 4.1 切割器性能要求 割茬整齊、不漏割、不堵刀、不推倒谷物、不扯斷和撕裂莖稈、切割造成的損失和功率消耗少，在收割農作物、大豆和牧草是，還特別要求能進行低割，以減少損失，增加收獲量 4.2 切割器選擇 根據切割器結構及工作原理的不同可分為：往復式、圓盤式和甩刀回轉式三種。 4.2.1 往復式切割器 割刀作往復運動，結構較簡單，適應性較廣。它能適應一般或較高作業(yè)速度（6－10km/h）的要求，工作質量較好，但其往復慣性力較大，振動較大。切割時，莖稈有傾斜和晃動，因而對莖稈堅硬、易于落粒的作物易產生落粒損失。對粗莖稈作物，由于切割時間長和莖稈有多次切割現象，則割茬不夠整齊。 往復式切割器按結構尺寸與行程關系分有以下幾種（圖4-1）： 4.2.1.1 普通Ⅰ型 其尺寸關系為 S＝t＝t0＝76.2mm（3in） 式中 S－割刀行程 t－動刀片間距 t0－定刀片間距 普通Ⅰ型切割器的特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較強，對粗、細莖稈的適應性能較大，但切割時莖稈傾斜度較大、割茬較高。 在農作物收割機上有采用較標準尺寸為小的切割器，其尺寸關系為 S＝t＝t0＝50、60或70mm 其特點是：動刀片較窄長（切割角較小），護刃器為鋼板制成，無護舌，對立式割臺的橫向輸送較為有利。其切割能力較強，割茬較低。 4.2.1.2 普通Ⅱ型 其尺寸關系為 S＝2t＝2t0＝152.4mm（6in） 該切割器的動刀片間距t及定刀片間距t0與普通Ⅰ型相同，但其割刀行程為普通Ⅰ型的2倍。其割刀往復運動的頻率較低，因而往復慣性力較小。此點對抗振性較差的小型機器具有特殊意義，適于在小型收割機和聯合收獲機上采用。 圖4-1 a.普通Ⅰ型 b.普通Ⅱ型 c.低割型 4.2.1.3 低割型 其尺寸關系為 S＝t＝2t0＝76.2、101.6mm(3in、4in) 切割器的割刀行程S和動刀片間距t均較大，但定刀片的間距t0較小。切割時，莖稈傾斜量和搖動較小，因而割茬較低，對收割大豆和牧草較為有利，但對粗莖稈作物的適應性較差。 低割型切割器由于切割時割刀速度較低，在莖稈青濕和雜草較多時切割質量較差，割茬不整齊并有堵刀現象,在稻麥收割機上采用較少。 4.2.2 圓盤式切割器 圓盤式切割器的割刀在水平面（或有少許傾斜）內作回轉運動，因而運轉較平穩(wěn)，振動較小。該切割器按有無支承部件來分，有無支承切割式和有支承切割式兩種。 4.2.2.1 無支承圓盤式切割器 該切割器的割刀圓周速度較大，為25－50m/s，其切割能力較強。切割時靠莖稈本身的剛度和慣性支承。在牧草收割機和甘蔗收割機上采用較多，在小型農作物收割機上也采用。 小型農作物收割機上，有采用單盤和多盤集束式回轉式切割器者。多盤集束式切割器能將割后的莖稈成小束地輸出，以利于打捆和成束脫粒。它由順時針回轉的三個圓盤刀及擋禾裝置組成（圖4-2）。圓盤刀除隨刀架回轉外自身作逆時針回轉，在其外側的刀架上有攔禾裝置。圓盤刀（刃部為鋸齒狀）將禾稈切斷后推向攔禾裝置。該裝置間斷地把集成小束的禾稈傳遞給側面的輸送機構。這種切割器因結構較復雜應用較少。 4.2.2.2 有支承圓盤式切割器 該切割器（圖4-3）具有回轉刀盤和支承刀片。收割時該刀片支承莖稈由回轉刀進行切割。其回轉速度較低，一般為6－10m/s。刀盤由5－6個刀片和刀盤體鉚合而成。其刀片刃線較徑向線向后傾斜α角（切割角），該角不大于300。支承刀多置于圓盤刀的上方，兩者保有約0.5mm的垂直間隙（可調）。 圖4-2 圓盤式切割器 a.單盤式 b.三盤集束式 c.雙盤式 d.鉸鏈式刀盤 e.多組圓盤式 1.刀盤架 2.刀片 3.送草盤 4.撥草鼓 圖4-3 有支承圓盤式切割器 a. 單盤式 b.雙盤式 1.回轉刀盤 2.支承刀片 4.2.2.3 甩刀回轉式切割器 該切割器的刀片鉸鏈在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面（與前進方向平行）內回轉。其圓周速度為50－75m/s，為無支承切割式，切割能力較強，適于高速作業(yè)，割茬也較低。多用于牧草收割機和高稈作物莖稈切碎機上。 結合各切割器的結構和使用性能，在小型全喂入農作物收割機上采用往復式普通Ⅱ型切割器。 圖4-4 甩刀回轉式切割器 b.牧草切割器 c.刀片 4.3 往復式切割器的構造和標準化 4.3.1 往復式切割器的構造 往復式切割器由往復運動的割刀和固定不動的支承部分組成（圖4-5）。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構相連接，用以傳遞割刀的動力。固定部分包括護刃器梁、護刃器、鉚合在護刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復運動，其護刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運動中將禾稈推向定刀片進行剪切。 圖4-5 往復式切割器 1.護刃器梁 2.摩擦片 3.壓刃器 4.刀桿 5.動刀片6.定刀片7.護刃器 4.3.1.1 動刀片 它是主要切割件，為對稱六邊形（圖4-6），兩側為刀刃。刀刃的形狀有光刃和齒紋刃兩種。光刃切割較省力，割茬較整齊，但使用壽命較短，工作中需經常磨刀。齒紋刃刀片則不需磨刀，雖切割阻力較大，但使用較方便，在谷物收割機和聯合收獲機上一般用齒刃。 圖4-4 動刀片 4.3.1.2 定刀片 定刀片為支承件固定在護刃器上，與動刀片組成一切割副。一般為光刃，定刀片的刀口刃角比動刀片的大得多，常取為60°左右，這是因為定刀片刃口多為光刃，本身易磨鈍，固為了使其保持鋒利耐用，其刃口角就需大些。 4.3.1.3 護刃器 護刃器的作用是保持定刀片的正確位置、保護割刀、對禾稈進行分束和利用護刃器上舌與定刀片構成兩點支承的切割條件等。其前端呈流線形并少許向上或向下彎曲，后部有刀桿滑動的導槽。 圖4-7 定刀片 圖4-8 護刃器 4.3.1.4 壓刃器 為了防止割刀在運動中向上抬起和保持動刀片與定刀片正確的剪切間隙（前端不超過0－0.5毫米，后端不大于1－1.5毫米），在護刃器梁上每隔30－50厘米裝有壓刃器。它為一沖壓鋼板或韌鐵件，能彎曲變形以調節(jié)它與割刀的間隙 圖4-9壓刃器 圖4-10摩擦片 4.3.1.5 摩擦片 它的功用是以它的前端面與護刃器固定定刀片的凸臺后端面之間構成割刀導向槽，以便引導刀桿往復運動，有了摩擦片之后，刀桿運動就不會與護刃器發(fā)生摩擦，可以延長護刃器的使用壽命，而摩擦片的工作端面磨損后，可反過來換另一個工作端面。摩擦片數目通常與壓刃器數目相同，即每隔30－50厘米裝有一個壓刃器。 4.3.2 結構標準化 普通Ⅱ型切割器（圖4-11）：其t＝t0＝76.2毫米，動刀片為紋齒刃，護刃器為雙齒，設有摩擦片，用于谷物收割機和聯合收獲機。 4.4 往復式切割器的傳動機構設計 其特點是把回轉運動變?yōu)橥鶑瓦\動。由于各種機器的總體配置和傳動路線不同，因此傳動機構的種類較多。按結構原理的不同可分為曲柄連桿機構、擺環(huán)機構和行星齒輪機構等三種。 圖4-12 曲柄連桿機構 a.線式 b.立式-線式 c.轉向式 d.轉向式 e.曲柄滑塊式 圖4-11 4.4.1 曲柄連桿機構 曲柄連桿（或滑塊）機構由曲柄、連桿（或滑塊與滑道）及導向器等組成。 為適應不同配置的割臺型式和傳動路線，該機構又有（如圖4-12）所示的幾種傳動形式。 4.4.1.1 一線式曲柄連桿機構 其曲柄、連桿及割刀在一個垂直平面內運動（圖4-12a）。其機構雖較簡單，但橫向占據空間較大，只適于側置式收割機采用。若將該機構旋轉900，使曲柄連桿在水平面內運動（4-12b），則該機構可用在前置式收割機上。 4.4.1.2 轉向式曲柄連桿機構 在前置式收割機上，常將曲柄連桿機構置于割臺的后方，并在側方增設擺叉（或搖桿）及導桿（圖4-12c、d），通過導桿驅動割刀運動。該機構在自走式聯合收獲機上采用較多。上述各機構的連桿長度均可調節(jié)，以便進行割刀“對中”（連桿處于止點時，動刀片與護刃器中心線重合）的調整。 4.4.1.3曲柄滑塊機構 它由曲柄、滑塊、滑道和導向器等組成（圖4-12e）。曲柄回轉時，套在曲柄上的滑塊帶動割刀作往復運動。其機構較簡單，占據空間較小。但滑道磨損較快?？捎迷谥行「罘那爸檬绞崭顧C上。 4.4.2 擺環(huán)機構 它是由斜裝在主軸上的擺環(huán)并通過擺動軸把回轉運動轉變?yōu)橥鶑瓦\動的一種機構。擺環(huán)機構由主軸、擺環(huán)、擺叉、擺軸、擺桿和導桿等組成（圖2-17）。擺環(huán)的銷軸與擺叉上的銷孔相連接，擺環(huán)擺動時通過擺叉、擺軸及擺桿帶動導桿并驅動割刀運動。 圖4-11擺環(huán)機構 1、主軸2、擺軸3、擺叉4、擺環(huán)5、擺桿6、導桿 4.5 往復式切割器的工作原理 割刀的運動特性對切割器性能有直接影響，曲柄連桿（滑塊）機構的割刀運動：為簡化分析，設曲柄軸心偏距為零，連桿長度為無窮大，則割刀運動可視為曲柄銷A（圖4-12b）在割刀運動線上的投影，為一簡諧運動。 圖4-12 行星齒輪式傳動機構 1.曲柄軸 2.行星齒輪 3.銷軸 4.固定齒圈 若以曲柄軸心為座標原點O，水平向右為X軸，向上為Y軸，并令曲柄由第二象限的水平位置順時針轉動。則割刀位移方程為 X=-rcosωt 速度方程式 加速度方程式為 式中 r——曲柄半徑 ω——曲柄角速度 表4-1 割刀位移、速度、加速度與曲柄轉角的關系 ωt 0° 90° 180° 270° 360° X -r 0 +r 0 -r vx 0 +rω 0 -rω 0 ax +rω2 0 -rω2 0 +rω2 為了便于分析，下面研究割刀速度與位移的關系及加速度與位移的關系 兩邊平方，簡化后得 即： 可見速度Vx與位移X的關系為一橢圓方程式（圖4-13d）。橢圓的長軸半徑為rω，短軸半徑為r。由圖可得出任意位移點的割刀速度。 割刀加速度αx與割刀位移X的關系為 ax=rω2cosωt=－ω2(－rcosωt)=－ω2X 即加速度與位移為一直線關系（圖4-13d）。 圖4-13 割刀運動分析 a.曲柄偏距h=0 b.割刀運動分析 c、X、vX、aX隨曲柄轉角ωt的變化曲線 d、vX、aX隨位移X的變化曲線 4.6 往復式切割器的切割性能參數分析 4.6.1 切割速度分析 試驗證明：在割刀鋒利、割刀間隙正常（動、定刀片間的間隙為0－0.5mm）的條件下，切割速度在0.6－0.8m/s以上時能順利地切割莖稈；若低于此限，則割茬不整齊并有堵刀現象。 為了探討切割器在切割莖稈過程中的速度大小，需繪制切割器的切割速度圖，并進行分析，普通I型切割器的切割速度圖（如圖4-14） 圖4-14普通I型切割器的切割速度圖 普通I型切割器的切割速度圖的特點是：割刀在一個行程中與兩個定刀片相遇，因而有兩個切割速度范圍，分別為va1－vb1及va2－vb2。從兩個范圍的速度看，雖沒有包括最大割刀速度，但仍屬于較高速度區(qū)段，因而切割性能較好。因此，安裝割刀時，應當使曲柄銷處在左右兩止點位置時，定刀片和動刀片的中心線重合。 4.6.2 切割平均速度 割刀的速度為一變量，為便于表示割刀速度的大小，常以平均值即割刀平均速度vp表示。 式中 n——割刀曲柄速度 r——割刀曲柄半徑 S——割刀行程 又vp在0.9-1米/秒之間 ，選擇 vp＝1米/秒 代入可得：n=394轉/分 4.6.3 割刀進距對切割器性能的影響 割刀走過一個行程（St）時，機器前進的距離稱為割刀進距。 即 或 式中 vm——機器前進度 n——割刀曲柄轉速 ω——割刀曲柄角速度 割刀進距的大小，直接影響到動刀(刃部)對地面的掃描面積——切割圖，因而對切割器性能影響較大。它也是確定切割器曲柄轉速的另一重要參數。普通Ⅱ型切割器的切割圖（如圖3-21），由圖可見，在定刀片軌跡線內的作物被護刃器及定刀片推向兩側，在相鄰兩定刀片之間的面積為切割區(qū)。在切割區(qū)中有三種面積： 圖4-15 普通Ⅱ型切割器的切割圖 1）一次切割區(qū)（Ⅰ）：在此區(qū)內的作物被動刀片推至定刀片刃線上，并在定刀片支持下切割。其中大多數莖稈沿割刀運動方向傾斜，但傾斜量較小，割茬較低。 2）重割區(qū)（Ⅱ）：割刀的刃線在此區(qū)通過兩次，有可能將割過的殘茬重割一次。因而浪費功率。 3）空白區(qū)（Ⅲ）：割刀刃線沒有在此區(qū)通過。該區(qū)的谷物被割刀推向前方的下一次的一次切割區(qū)內，在下一次切割中被切斷。因而莖稈的縱向傾斜量較大，割茬較高，且由于切割較集中，切割阻力較大。若空白區(qū)太長，莖稈被推倒造成漏割。 由上述分析可知：空白區(qū)和重切區(qū)都對切割性能有不良的影響，因此，應減少該兩區(qū)的面積。而空白區(qū)和重切區(qū)又與影響切割圖圖形的割刀進距有直接關系。當進距增大時，切割圖圖形變長，空白區(qū)增加，而重切區(qū)減少；反之，則相反。此外，動刀片的刃部高度h也影響到切割圖的形狀。H增大時，空白區(qū)減小，而重切區(qū)增加；反之，則相反。 4.6.4 切割器功率計算 切割器功率，包括：切割功率Ng和空轉功率Nh兩部分。即 N＝Ng＋Nh 其中 式中 vm——機器前進速度，米／秒； B——機器割幅，米； LO——切割每平方米面積的莖稈所需功率，公斤·米／米2，經測定：割農作物LO＝10－20馬力。 Nh大小與切割器的安裝技術狀態(tài)有關，一般每米割幅所需空轉功率為0.8－1.5馬力。 vm＝0。56米／秒，B=1.5米，L0取15馬力，Nh=1.2馬力 代入可得：N=1.37馬力。 5 割臺螺旋推運器（攪龍）的設計 5.1 攪龍結構設計 割臺螺旋推運器由兩端的螺旋葉片和伸縮撥指兩部分組成。螺旋將割下的谷物沿軸向推向伸縮撥指，撥指將谷物流轉過90o縱向送入傾斜輸送器，由輸送齒耙將谷物喂入滾筒，其結構如（圖5-1）所示。 圖5-1 螺旋推運器 1、傳動軸 2、傳動盤 3、滾筒 4、葉片 5、固定擋盤 6、深溝球軸承 7、軸套 8、撥指 9、撥指座套 10、偏心銷軸 11、檢視蓋 12、攪龍短軸 13、撥指調節(jié)板 為了提高喂入均勻性，螺旋4有一小部分伸入到撥指區(qū)域內。撥指部分是一個可以拆開的圓筒，撥指軸10剛性地安裝在螺旋推運器軸的懸臂6上；撥指的另一端插入裝在螺旋推運器外殼上的套筒中。工作時，軸12是固定不動的，傳動軸1帶動螺旋推運器旋轉時，滾筒帶動撥指8繞軸10旋轉，由于軸10配置在螺旋推運器的前下方，所以撥指除了旋轉外還沿滾筒外沿滑動；轉至前下方時從殼中伸出抓取谷物，而轉至后上方時縮回殼中。 為了使谷物輸送工作在螺旋輸送器、伸縮撥指機構和輸送槽等三者銜接的地方交接好，螺旋葉片應延伸進槽口約30-50毫米，否則會出現部分谷物掛在割臺與輸送槽連接的轉角處，以致影響谷物連續(xù)輸送。由于輸送槽位置所限，割臺攪龍以伸縮撥指為界，分成左右兩段。左右兩部分螺旋方向相反。因右端部分很短，所以用兩塊導向葉片完成輸送工作。 為了使割臺攪龍順利輸送谷物，攪龍與割臺框架應有合理的配合關系。若底隙過大，則要等到谷物積得夠厚后螺旋葉片才能把它推撥到，過小則會增加輸送阻力，嚴重時還會堵塞死攪龍，葉片與底板的最小間隙，打、中型機取15-20毫米，小型機取8-10毫米。攪龍葉片與后擋板的間隙過大會造成回草現象，過小也會塞死攪龍，通常后側間隙，打、中型機取25-30毫米，小型機取15-20毫米。一般說這兩個間隙應根據割幅大小不同而定，割幅大的，間隙要大，小的可以小些。 收割的時候，情況是在不斷變化的，有時禾層的厚度會變化，禾層會突然增厚，為了適應這一情況，割臺攪龍通常做成浮動式，即靠近輸送槽一端做成浮動式，另一端則采用圓柱孔調心球軸承固定。 5.2 割臺螺旋的參數設計 割臺螺旋的主要參數有螺旋角、內徑、外徑、螺距和轉速等。 5.2.1 螺旋角α 在同樣條件下，螺旋角大，生產率高，但工作費力；螺旋角小，則生產率低，但工作省力。若螺旋角太大時甚至不能工作，一般取α=20°。 5.2.2內徑d 外徑D 轉速n 螺距S 查詢《農機手冊》，得到廣東農林學院經過多次對比試驗得出的參考數據： 內徑d = 230mm 外徑D = 340-550mm 轉速n = 170-220r/min 螺距s = 240-320mm 又根據工作要求外徑盡量選大，因此選取外徑D = 550mm；考慮到配套拖拉機輸出軸轉速540r/min，為使傳動機構簡單設計攪龍轉速180r/min；至于螺距的配置，以撥指為界，撥指左端螺距選擇300mm， 右端距離較短，采用起點相隔180度的兩段導向葉片，螺距為320mm。 5.3 伸縮撥指的設計 伸縮撥指結構也叫回轉導桿機構。割臺攪龍上的伸縮撥指機構，是由空套在軸上的若干條撥指和攪龍的圓筒組成。 伸縮撥指安裝在螺旋筒內，由撥指并排鉸接在一根固定的曲軸上（圖5-2）。曲軸與固定軸固結在一起。曲軸中心02與螺旋筒中心O1有一偏心距。撥指的外端穿過球鉸連接于螺旋筒上。這樣，當主動輪通過轉軸使螺旋筒旋轉時，它就帶動撥指一起旋轉。但由于兩者不同心，撥指就相對于螺旋筒面作伸縮運動。由圖可見，當螺旋筒上一點B1繞其中心01轉動1200到B3時，帶動撥指繞曲柄中心O2轉動，撥指向外伸出螺旋筒的長度增大。由B3轉到B2再到B1時，撥指的伸出長度減小。工作時，要求扒指轉到前下方時，具有較大的伸出長度，以便向后撥送谷物。當撥指轉到后方時，應縮回螺旋筒內，以免回草，造成損失。 圖5-2 撥指機構 1、帶輪 2、傳動軸 3、螺旋 4、偏心軸 5、扒指 6、短軸 7、調節(jié)板 如果使曲軸中心O2繞螺旋筒中心O1相對轉動一個角度，則可改變撥指最大伸出長度所在的位置，同時撥指外端與割臺底板的間隙也隨著改變。撥指外端與割臺底板的間隙應保持在10mm左右。當谷物喂入量加大而需將割臺螺旋向上調節(jié)時，撥指外端與底板的間隙也隨著增大，此時應轉動曲軸的調節(jié)手柄，使撥指外端與割臺底板的間隙仍保持在10mm左右。在聯收機的割臺側壁上裝有調節(jié)手柄，用以改變曲軸中心O2的位置。 伸縮撥指的主要參數有撥指長度L和偏心距e，當撥指轉到后方或后上方時，應縮回到螺旋筒內，但為防止撥指端部磨損掉入筒內，撥指在螺旋筒外應留有5～10mm余量。當撥指轉到前方或前下方時，應從螺旋筒內伸出。為達到一定的抓取能力，撥指應伸出螺旋葉片外40～50mm。 在圖（5-3）中，D為螺旋外徑，d為螺旋內徑，即螺旋筒直徑，L為撥指長度，e為偏心距。 圖5-3 扒指長度及偏心距 為了滿足撥指在筒外露出最短，后上方外露量為5-10mm，（以防撥指掉入筒內），在伸出最長的位置，撥指應伸出螺旋葉片外40-50mm。（以滿足抓取能力的要求） 由圖5-3幾何關系即可得出確定L和e的算式： 分別取中間值得e = 65mm、L = 175mm。 6 其它部件 6.1框架 圖 6-1 框架圖 圖 6-2 分禾器 框架的作用：對各工作部件起支撐作用；輔助輸送谷物；連接附加機構；使割臺都裝在框架上，便于拆卸、托運和維修。因此，框架應設計成跟拖拉機單相獨立的一部分，再用連接件跟其他部件連接。 6.2 分禾器 分禾器的作用是把待割谷物和未割谷物分開，使得收獲過程有序、不漏割。 6.3 液壓升降機構 收割作物時，要隨時調節(jié)割茬高度，要經常進行運輸狀態(tài)和工作狀態(tài)的相互轉換。所以割臺必須能很方便地升降?，F代農作物收割機都采用液壓升降機構，操作靈敏省力，精度高。為避免割臺強制下降造成的損壞和適應地形的需要，割臺升降油缸均采用單作用油缸。割臺是靠自身重量將油液從油缸壓回貯油箱而下降的。所以，當油泵停止工作時，只要把分配閥的回油路接通，割臺就能自動降落。 6.4 割臺各工作部件的相互配置 在割臺上合理配置螺旋輸送器、割刀和撥禾輪的位置十分重要，尤其是螺旋輸送器相對于割刀的距離，對割臺的工作性能影響很大。各部件之間的相對位置如（圖6-3）所示。 圖 6-3 割臺各部件的相對位置 1.割臺螺旋 2.后壁 3.擋草板 4.切割器 5.撥禾輪 L值為螺旋中心到護刃器梁的距離，如果此值較大，比較適應于長莖稈作物收獲，而收獲短莖稈時容易堆積；反之，若此值較小，則適合收獲短莖稈作物，而收獲長莖稈作物時，就容易從割臺上滑下，造成損失。撥禾輪中心相對割刀前伸量n值根據L值變化，L大，則n值也大，但不能過大，因此n值比較小。螺旋葉片與割臺底板之間的間隙L3應為10-20mm，此間隙可以通過上下移動割臺兩側壁上的調節(jié)螺栓進行調整。螺旋葉片與割臺后壁的間隙L2為20-30mm，為了防止回草，在割臺后壁上裝有擋草板，并使螺旋葉片與擋板之間的間隙保持在10mm左右，撥禾輪壓板與螺旋葉片的間隙L1至少應有40-50mm,以防壓板和螺旋葉片或撥指相撞。 結論 一、結論 設計對象是目前已經比較成熟的農作物收割機的割臺系統(tǒng)，其中的個別裝置的結構是參照現有的機的割臺裝置，再加上自己思考后的方案來進行設計的。尤其是在張緊裝置上，加入了自己的創(chuàng)新思想，把原來的滑動摩擦改成了滾動摩擦。在這個過程中，我發(fā)現如果要自己設計一個裝置或者零件要考慮很多東西，比如說結構的緊湊，潤滑，固定條件等等。要把自己臆想的東西與實踐相結合，然后再改善其結構。對于這個滾子結構，是思考了很多種方案和模擬后才定下來的。事實上這個滾子結構不只可以用在這張緊裝置里面，在其它相似的結構上也可以用上。在作圖過程中，針對圖的標注，標準件的畫法、粗糙度等都進行了進一步的復習和鞏固。 由于初次涉及此領域的設計，對其內部結構不是有太多了解，所以我的設計思路是先把整體割臺的框架確定下來，再把它各個部分都分開來設計和計算。把它的計算方法是按照常規(guī)的途徑一步步進行下來的，零件和構件的尺寸確定方法是現根據計算初步確定下來的，再將計算的結果轉換為實體，通過對實體的模擬，觀察各部件之間的裝配、結構，從而對零件或者裝置進行再進一步的調整和優(yōu)化。結合計算過程和實際結構完成整個機割臺系統(tǒng)的設計，在設計過程中，對其相關知識的運用使自身對農作物收割機割臺系統(tǒng)有了較大程度的認識。 二、今后研究方向 現在的農作物收割機都朝著中小型結構發(fā)展，所以機械結構的緊湊性必須要提高。雖然現在農作物收割機的割臺裝置基本都都采用的，但是這都無法彌補機遠程的耗時和耗資金，所以如果要對機械化進行進一步的提高必須再深入研究。比如在材料方面，可以使用高性能材料，輕質材料，既不影響它的結構性能，又能減輕它的質量。在割臺裝置方面，可以向履帶輪式方向靠攏，它結合了和輪式優(yōu)點，這不僅對農作物收割機來說是一個大的跨越，對其它重型機器來說也是有象征意義的進步。 參考文獻 [1]陳震，農作物收割機常見故障的排除與維護[J].農機化研究，2011 [2]曹洪亮，農作物收割機割臺系統(tǒng)的探討與研究[J].農業(yè)機械，2007； [2]鄧玲黎，我國農作物農作物收割機的現狀及發(fā)展趨勢 [J].農機化研究，2001（5）； 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