1、02:24:44,1,第四节 拨禾器,第一节 概述,第二节 谷物收获的机器系统,第三节 切割器,02:24:44,2,第一节 概述一、我国谷物收获机械的发展概况二、谷物收获方法三、谷物收获的意义,02:24:44,3,一、谷物收获机械的发展概况国内：我国是个文明古国，又是个长期受封建和半封建半殖民地统治的国家，早在3500年前，劳动人民就发明了镰刀，（出土文物：蚌镰、石刀、石镰），易经中记载“断木杵，掘地为臼，杵臼之利，万民以济”。天工开物中记载，西汉水碓（对），动力为水轮，加工部件为杵臼，晋代末水磨、风磨。 然而真正的机械发展还是在解放之后。 45年 联合国在黄泛区农场投放了首批现代农业机械
2、，收获机麦赛哈里斯。48年 东北国营农场进口前苏联收割机C-6、C-4。,02:24:44,4,50年代 仿制了摇臂收割机，牵引式联合收割机，割晒机，脱粒机。 50年代末60年代中 研制并于1965年正式成批投产了2KBD-3型自走式联合收割机，69年四平东风厂在2KBD3的基础上改进设计了2KB-5。70年又进一步设计了东风641型。加大了马力、提高了生产率、改进了结构。 70年代 是我国收获机研究的鼎盛时期，全国研究和试制的各种收割机有数万种。出现了全悬挂的、半悬挂的，自走的、牵引的，大中小型联收机。有传统的纹秆键式逐稿器、有轴流型的。从作物的适应方面来看：以麦为主的、又以稻为主的。典型代
3、表机具有丰收3.0牵引4LQ-2.5、红旗系列、珠江1.2号等。,02:24:44,5,80年代 引进并生产了西德狄尔公司的1065、1075联收机，76年开始引进了东德的E512、514联收机，由四平东风联收机厂生产，对东风联收机也进行了改进设计。国外：早在公元一世纪五十年代，古罗马就记载了关于大麦、小麦集穗装置。这种装置做成两轮大车那样，梳穗器装在大车的前方，车子用牲畜在后方推动，梳穗器的安装高度应能够把麦穗从茎秆上捋下来。1800年，迈耶尔（Mayer）有了采用剪切式切割器的想法。1822年，收获机械第一次采用了拨禾轮，转动的板条把玉米茎秆拨向切割机构。,02:24:44,6,18261
4、828年， 贝尔（Bell）把前人发明的各个工作部件组成了整体，制成一台可以实际实用的机器。1838年， 谷物收割机割后的谷物靠人工搂集铺放，需要消耗相当大的体力，因此需要进一步改进其铺放机构。切割器和拨禾轮靠地轮推动，由齿轮和皮带传动。 1848年， 发明了摇臂收割机，搂耙把割下的作物由割台成堆地铺放在割茬上。1852年， 创造了能够根据作物密度来控制搂耙铺放动作的机构，以便在收割不同密度的作物时，得到大小基本相等的禾铺。使打的捆粗细较均匀。起动是靠人工踩踏板来控制禾铺，后来改用自动控制。这种谷物收割机的基本结构设计一直延续到现在。,02:24:44,7,1858年，马尔斯（Marsh）兄弟
5、设计了割捆机，起初，由人工对割下的谷物在站台上打捆，后改用金属丝、草绳打捆，这些方法都不行。同年美国农场一个名叫埃普勒比（Eppleby ）的青年人发明了一种用线绳打捆的装置，但由于缺乏制造样机的经济能力而直到9年之后，才能够制造他的打捆机，经过不断改进现这种打捆装置不仅在割捆机上，而且在现在的压捆机上成为不可缺少的工作部件。脱粒机：1800年，固定式打谷机，“地猪牌”在美国得到广泛应用，木架式的框架上固定滚筒进行打谷，手工进行分离清选。以后产生了具有抖动特点的分离装置。,02:24:44,8,1850年后，自动喂入、解捆、谷粒处理等出现，并逐渐发展完善。 在本世纪以前， 是把收割和脱粒看作完
6、全独立考虑的 ，到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和脱粒装置组合在一起的收割机。这种想法是在140多年以前在美国作专利登记的，110年前制成了机器，70年前，开始用带了发动机的联合收割机，近代的自走式联合收割机大约是在60多年前制成的。,02:24:44,9,1.分别收获法（分段）：用多种机械（或人工）分别完成割、捆、运、堆垛，脱粒和清选等作业方法。特点是：所用机械构造简单，设备投资少，技术要求低；劳动量大，生产率低，谷物损失较大，约为1120%。2.联合收获法：用联合收获机一次在田间完成切割、脱粒、清选等全部作业的方法。特点：机械化水平高，劳动生产率高，劳动强度低，
7、谷物损失少。每公顷610人.时，损失约5%。但不能充分利用谷物的后熟作用，机器构造复杂，价格昂贵，利用率低。,二、谷物收获方法,02:24:44,10,3、两段（分段）联合收获法：把收获分为两个阶段进行。将谷物（小麦）在腊熟期用割晒机割倒，并成条铺放在高为1520厘米的割茬上，经35天晾晒后谷物完成后熟并风干。使籽粒逐渐成熟一致，并降低水分。然后用装有捡拾器的联合收获机沿条铺捡拾、脱粒、清选。特点：收获期可提前78天，机器的作业量可提高近一倍；由于后熟作用，籽粒饱满、有光泽、粒重增加，提高了产量和质量，较联合法每亩可多收1520斤； 籽粒含水量低，（接近水分14%）、减轻了晒场或干燥的负担。但
8、两次作业，机器行走部分对土壤的破坏和压实程度增加；油耗增加710%；逢多雨天气，谷物在条铺上易发霉、长芽。,02:24:44,11,三、收获机械化的意义：,作物的收获大多在“三夏”、“三秋”大忙时节，使农业生产过程中人物最繁重，劳力最紧张的季节，加之农作物生长特点要求，其后的影响的因素，时间性强，劳动强度大。以小麦为例，根据经验和测定，一个年轻且技术熟练的社员每天收割2.5亩，而迟收五天。损失约4%，而迟收10天，则损失高达20%左右。而大家熟悉的东风5联收机，对于300400斤/亩小麦一小时则为2030亩/小时，一人驾机一天可收150200亩/日，约相当于200300名人工。 因此，收获机械
9、化对增产、保收、解放劳动力、提高生产率、实现农业现代化都具有极其重要的意义。,02:24:44,12,第二节、谷物收获的机器系统,收获谷物时不同的工艺所采用的机器，在用途和构造上都不尽相 同，这些机器构成了谷物收获的机器系统。谷类作物的收获机械，根据用途可分为三类：1.收割机械：条放收割机将作物割断，经割台输送而转向，使茎秆转放成与机器前进方向垂直的条铺，以供人工打捆，以割台的形式分为立式割台、卧式割台。堆放收割机将作物割断后，并成堆放置在田间，以便人工直接捆束。如摇臂收割机。,02:24:44,13,割晒机将作物割断后，由卧式割台输送至一侧，不经转向直接在田间放成首尾相接的条铺。晾晒后用带捡
10、拾器的联合收获机捡拾作业。 割捆机将作物割断后，能用绳索（麻绳、尼龙绳、棕绳）自动分把、打捆。谷物成捆的置于田间。此类机型如3C1.8马拉割捆机，日产久保田HC50A等。在日本应用较普遍，但在我国由于成本较高，打捆机构复杂，极少使用。2.脱粒机械： 半喂入脱粒机（用人工）将作物带穗头的上半部分喂入脱粒装置，进行脱粒作业、茎秆可基本保持完整。主要用于水稻脱粒。,02:24:44,14,全喂入脱粒机将作物全部喂入机器进行脱粒，茎秆也被打碎揉乱。 3、联合收获机： 半喂入联合收获机将作物割断后，将作物带穗头的上半部分喂入脱粒装置，进行脱粒、清选作业，茎秆可基本保持完整。 全喂入联合收获机先割断作物，
11、然后将其全部喂入脱粒装置，并完成分离、清选作业。 除以上所述的三类机械外，还有用于粮食清选和干燥的清选机械和烘干机（干燥设备）等。 各种机子的具体构造和工作过程在构造实习课中去观察、学习，在课堂上我们着重讨论主要工作部件的原理、参数分析及运动分析。,02:24:44,15,第三节、切割器,一、茎秆物理机械性质及其与切割的关系二、切割器的种类及其应用 三、往复式切割器的构造及工作原理 四、圆盘式切割器的割刀运动和参数分析,02:24:44,16,02:24:44,17,一、茎秆物理机械性质及其与切割的关系,1、茎秆刚度对切割的影响：现有切割器按切割时的支承情况分为：有支承切割： a、一点支承切割
12、（单支承切割）：动刀配合定刀切割。 b、两点支承割（双支承）：动刀配合带护刃器的定刀切割。 无支承割：用动刀直接切割茎秆。 如图所示：,02:24:44,18,图9-1 切割茎秆时的支承a）无支承 b）单支承 c）双支承,02:24:44,19,切割时作用在谷物上的力有惯性力PAB、PBC及茎秆的反弹抗弯反力Pw , 切割力Pd等，为使切割可靠应：RqPdPAB+PBC+PT （设制RqPw+Pg=P），其中Rq为茎秆的切割阻力， Pw为茎秆的抗弯反力,Pg作物惯性力的合力。讨论：对直径细、刚度小的茎秆，两点支承割较为有利。茎秆的抗弯能力（反弹力）有所增加、切割时弯曲较小（接近剪切状态）、切割
13、较省力。 对直径粗、刚度大的茎秆，则可取单点支承切割，割刀速度可稍低。,02:24:44,20,有支承切割的割刀速度，一般取0.8ms以上，即可实现良好的切割，往复式割刀速度约为11.5 m/s，但注意单支承切割必须使刀片间隙在一定范围内，否则就不能正常切割；双支承切割可适当放宽刀片间隙，以减少动定刀片相互磨损和空转功率。无支承切割，因无支承、故抗弯反力很小，所需的切割速度较高， 切割玉米等粗茎秆，尽管刚度较大，切割速度较低，也需610 m/s；稻麦则为1020 m/s,牧草则高达3040 m/s（4050 m/s）。,02:24:44,21,2、茎秆的纤维方向性与切割关系 茎秆由按照一定规律
14、排列而形成纤维组织的细胞而构成，其外表有一层有硬质纤维形成的韧皮圈，使茎秆具有一定的刚度，里面的维管束用来输送水分和养料，而髓部是定心的 。因为不是均匀体，在不同方向上的机械性能并不相同，称为各向异性。 因此在切割茎秆过程中，刀刃与茎秆的相对位置、相对运动方向和速度，对其切割阻力和功率消耗，有较大的关系。,图9-2 三种切割方向 a 横断切 b 斜切 c 削切,02:24:44,22,横断切：（砍切、横向切割）切割面和切割方向与茎秆轴线垂直（90，90）开始时茎秆被刀刃挤压然后开始切割 。斜切：切割面与茎秆轴线偏斜，但切割方向于茎秆轴线垂直。090，90开始时茎秆被刀刃挤压，然后斜切。削切:（
15、倾斜的斜切）：切割面和切割方向均与茎秆轴线偏斜，090，090， 开始时，茎秆被刀刃挤压，然后斜向切开。根据克拉马连科（Kramarenko）的测定：横断切的切割阻力和功率消耗最大；斜切较横断切的切割阻力和功率消耗降低了3040（割刀相对茎秆轴线成45），削切较横断切的切割阻力和降低了60，功率消耗降低了30。,02:24:44,23,3、滑切与切割阻力的关系：砍切（正切）：刀刃沿刃线方向切入茎秆。则切割阻力较大。切割速度为动力速度。滑切：刀刃沿刃线的垂直偏一角方向切入茎秆。则切割阻力较小。此时割刀速度可分解为垂直刃口的Vn和沿人口的Vt两个分量，Vn 称为正切速度，Vn叫作滑切速度。Vt/
16、Vntg叫滑切系数，叫滑切角（也称切割角），即刀刃的运动方向与刀刃法线之间的夹角。,a）,b）,图9-3 滑切和砍切 a 滑切 b 砍切,02:24:44,24,戈里亚奇金对茎秆做过滑切实验，一面在刀刃的法向施加压力P，一面使刀刃沿切向产生滑移S其结果如下： 刀刃滑切长度与切割阻力（教材P330） 括号中的数字为设制教材参考书1.P7中数字值。 可见，滑移值S愈大，切割茎秆所需的法向力P便愈小。根据实验结果，归纳出经验公式： P3S常数 关于滑切比正切省力的讨论参见参考书1、P7-8,02:24:44,25,二、切割器的种类及其应用。,对切割器的要求：割茬整齐（无撕裂），无漏割，功率消耗小，震
17、动小，结构简单和应用性广。分类：往复式、圆盘回转式、甩刀回转式往复式切割器1、特点：割刀做往复运动，结构简单，应用性广，平均割刀速度较小12m/S，工作质量较好，且很适应一般和较高的作业速度（610km/h），割幅可以从0.5m5m以上。但是往复惯性力较大，震动较大，切割时茎秆有倾斜和晃动。因而对茎秆坚硬、易于脱粒的作物易产生磨粒损失，对粗茎秆，由于切割时间长，茎秆有多次切割现象，割茬不整齐。,02:24:44,26,2、类型：（尺寸类型）普通型：又叫标准型或单刀距行程型。 其特征： S=tt0=76.2mm 式中： s割刀行程， t动刀片间距 t0定刀片（护刃器）间距 我国及世界上大部分国家
18、的收割机，割草机谷物联收机上，多采用76.2mm的规格；但在日本的收割机及国产水稻收割机有采用较标准尺寸小的切割器，其规格有50mm、60mm或70mm；用于粗茎秆的切割器采用较标准尺寸大的切割器，其规格为90mm或100mm。其特点：割刀速度较高，切割性能较强，对粗细茎秆适应性大，但切割,02:24:44,27,时茎秆倾斜度较大，割茬较高。采用小刀片类型的50、60、70mm规格，对立式割台输送较为有利。（是护刃器舌采用刀板），切割能力强，割茬较低。普通型：又叫双刀距行程型其特征： s2t2t0152.4mm 割刀行程等于刀片间距其特点：其割刀往复运动的频率较低，因而往复惯性较小，对抗振性较
19、小的小型机器具有特殊意义。但在切割过程中不能充分利用割刀的最大速度；在割刀的一次行程中，刃口的切割负荷不均匀（在中间护刃器处，刀片刃口的负荷很大），会导致刀片加速磨损和增加传动功,02:24:44,28,率；动刀片发生碰撞的机率比标准型较多。其优点是进距大（是单刀距行程的1.52倍），可推荐用于高速切割机上。低割型： 其特征：st2t076.2、101.6mm（3吋、4吋） 割刀行程S和动刀片间距t较大，单护刃器的间距t0较小，切割中茎秆的横向弯曲量较小，因而割茬较低，对收割大豆和牧草较有利。但对粗茎秆作物的适应性差。另外割刀速度较低，对青湿茎秆和杂草多时，割茬不整齐并有堵刀现象，现在趋于淘汰
20、。 以上也叫尺寸类型，除以上三种外还有中间型，双动割刀型（参考书1P10）,02:24:44,29,（二）圆盘式切割器,1、特点：割刀在水平面内（或稍有倾斜）作回转运动。切割速度高，切割能力强，可适应1025km/h的高速作业，割茬低达35cm，工作可靠。震动小，惯性力易平衡，但功率消耗较大，加之受回转半径的限制，只适用于小割幅的收割机上，特别适用于割草机上。如图9-42、分类：无支承切割圆盘式：工作时靠茎秆本身的刚度和惯性支承。圆周速度2550m/s，多用于牧草和甘蔗收获机。有支承圆盘式：除具有具有回转刀盘外，还有支承刀片，工作时有支承刀片支承茎秆，回转刀进行切割。圆周速度610m/s，有5
21、6个刀片，支承刀和动刀间有月0.5mm的垂直间隙。（可调）,02:24:44,30,a,c,e,图9-4 圆盘式切割器a、单盘式 b、三盘集束式 c、双盘式 d、铰链式刀片 e、多组圆盘式1-刀盘架 2-刀片 3-送草盘 4-拨草鼓,02:24:44,31,甩刀回转式切割器：,该切割器刀片铰链在水平横轴的刀盘上，在与前进方向平行的垂直平面内回转，圆周速度5075米/秒，为无支承切割，且割能力较强，适于高速作业，割茬较低。目前多用于高秆作物茎秆切碎机上。粗茎秆切割机上为有利于向地面抛撒茎秆，其护罩较短。 如图9-5,02:24:44,32,图9-5 甩刀回转式切割器 a 、玉米茎秆切碎器 b 、
22、牧草切割器 c、刀片,02:24:44,33,三往复式切割器的构造及工作原理,（一）构造及其标准化1.构造：如图9-6动刀片：为主要切割件。光刀：切割较省力，割茬较整齐，寿命短，需常磨刀，多用于牧草收割机。如国标型。齿纹刃刀：不需磨刀，切割阻力大，可自磨锐，收割机、联合收割机常用。定刀片：为支承件光刃：为多数。国标型即是，谷物收割机，型切割器采用。齿刃：为防止茎秆向前滑出,如E512联收机，护刃器支持面代替定刀。护刃器：保持定刀片的正确位置、保护割刀对禾秆进行分束，并引向割刀，还以其上舌和定刀片为上的支承、于动刀配合形成两点支承切,02:24:44,34,图9-6 往复式切割器1.护刃器粱 2
23、.摩擦片 3.压刃片 4. 刀杆 5.动刀片 6.定刀片7.护刃器 a.护刃器舌,02:24:44,35,割。护刃器有单指式：损坏后易于更换，可是安装调整麻烦。双指式：为联收机、收割机通用型式。三指式：压刃器：用来防止动刀片和定刀片的间隙增大。保持定刀片于动刀片正确的剪切间隙。每米割副23个。摩擦片：用以支承割刀的后部，使之具有垂直和水平方向两个支承点，以代替护刃器导槽对导秆的支承作用。借以可方便的调整其割刀间隙切割器的装配要求和调整要求：对中调整：动刀死点位置时，动定刀片的中心线应重合。不重合度5mm，（对于超行程型切割器，超出,02:24:44,36,两边的数值应相等E512为86.290
24、.2，每边应超出57cm）。动定刀片间隙，定刀片应在同一水平面内，不共面度0.5mm，刀片前端允许有0.5mm间隙，后端0.31mm，型，型切割器允许后端不大于1.5mm，但其数量1/3总个数。 压刃器于动刀间隙：0.5mm。2、标准化：为便于组织专业化生产和零配件供应，GB1209127375。根据结构不同将切割器分为三种型式（教材P339图918）：、型切割器其tto76.2mm，动刀片为光刃，刀片水平倾角6030，护刃器为单齿，设有摩擦片，用于割草机。,02:24:44,37,、型切割器 其tto76.2mm，动刀片为齿纹刃，双指护刃器，有摩擦片，用在谷物收割机上和联收机上。在新设计的机
25、子上推荐使用。、型切割器 其tto76.2mm，动刀片为齿纹刃，护刃器为双指，无摩擦片，用在谷物收割机上和联收机上。,02:24:44,38,（二）往复式切割器的传动机构,功用是把主动轴的旋转运动变为带动割刀的往复运动。按结构原理不同分为曲柄连杆机构、摆环机构、行星齿轮机构等。1.曲柄连杆机构：见图9-7a. 曲柄连杆和割刀在一个垂直平面运动结构简单横向占据空间较大，只适于侧置式收割机如GT4.9。,图9-7a,02:24:44,39,b、曲柄轴竖直，曲柄连杆在水平面内运动，该机构可置于前置式收割机上。如珠江2号、工农108。c、用在前置式收割机上。曲柄连杆机构置于割台的后方。东风-5,图9-
26、7 b） c),02:24:44,40,d.曲柄连杆摇杆短连秆（导杆）割刀e.曲柄连杆摆臂扭轴摆臂短连杆割刀f.曲柄滑块：由曲柄、滑块、滑道及导向器组成。曲柄回转时，套在曲柄上的滑块（或轴承）带动割刀作往复运动。结构简单，占据空间较小，但滑道磨损快。KS-3.8用的即是。,图9-7 d) f),02:24:44,41,2.摆环机构： 摆环机构由一个斜装在主轴上的摆环的带动摆轴摆杆来带动割刀，把回转运动变为往复运动。如图9-8 摆环机构1.主轴 2.摆轴 3.摆叉4.摆环 5.摆杆 6.导杆,图9-8,02:24:44,42,在主轴mm的一端折转一个角（或安装一个斜孔套）称其为斜轴。在斜轴上装有
27、轴承，在轴承外部装有双销轴的摆环。摆叉与双销轴铰接。主轴轴线、摆环轴线、摆叉轴线三者必交于一点O。主轴mm旋转时，摆环不转，而绕其中心作球面摆动。,02:24:44,43,a.摆环Q图面，t=0o,摆环销轴线于垂线夹角为b. t=90o,Q角90o 又AAc. t=180o，Q图面，摆环轴线AA和垂线在另一侧成角（-）d. t=270o,AA Q角90o+e. t=360o，摆环恢复到t=0o位置，这样把回转运动变成了往复摆动，摆动范围为2角。,a）,b),c),d),图9-9 摆环的结构原理,02:24:44,44,3.行星齿轮传动机构： 德国Deutz-Fahr M1102联收机应用该机构
28、。 组成：由直立曲柄轴套在曲柄（转臂）上的行车轮，固定在行星齿轮上的轴销，和固定齿圈组成。 原理：当曲柄（图a）绕轴心回转时，行星轮在齿圈上滚动，由于行星齿轮的节圆直径是固定齿圈节圆直径的一半，且销轴置于割刀的运动方向线上，则曲柄回转时，销轴在割刀的运动方向线上往复运动。其行程等于齿圈节圆直径。 （D齿2C齿 Zd2Zc 转臂的长f曲柄e的长度行星齿轮半径，1/4固定齿圈的直径。故在同一时间内转臂f的转角恒为曲柄转角的一半）。 如图9-10 特点：结构紧凑，导杆头不受垂直方向的分力。适用于配置在多收割机上。,02:24:44,45,02:24:44,46,右图9-10 行星齿轮传动机构a） a
29、 割刀杆 b 刀头 c 行星齿d 固定内齿圈 e 曲柄 f 转臂,02:24:44,47,图9-10 行星齿轮传动机构b） a 割刀杆 b 刀头 c 行星齿轮 d 固定内齿圈 e 曲柄 f 转臂,02:24:44,48,（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（茎秆被刀杆夹住的条件）a刀片宽度b刀片顶宽h刀片高度切割角（滑切角）,图9-11 动刀片尺寸,02:24:44,49,当a一定时，h 切割阻力p ， h 切割阻力p ：1545 但，将引起茎秆沿刀口滑出，造成夹持不稳，切割不可靠。故以茎秆被刀片夹住的条件为据来分析的合理值。 茎秆在被夹持中，在两刀刃的接触处A、B
30、正压力N1、N2，摩擦力F1、F2（F1tg1 F2=N2 tg2）则茎秆被夹持住的条件为，作用于茎秆的合力R1、R2必在同一条直线上。,图9-12 角增大，切割阻力减小的原因 a v1增大， b ir减小,02:24:44,50,图9-13 切割10株小麦的阻力变化曲线,02:24:44,51,图9-14 夹持茎秆的受力分析,从图中可知，（对顶角）（三角形三内角和为180）在AOB中+12180 其中 1、 2分别为动定刀片对茎秆的摩擦角。 从OACB中可知，OAC=OBC90（法向与切向夹角）180将以上两式联立得，茎秆被夹持的起码条件为12 、分别为动定刀切割角。,02:24:44,52
31、,结论：动定刀的切割角和必须小于、充其量等于动定刀对茎秆的摩擦角之和。只有这样才能保证茎秆被夹持住的条件。经测定：124552 标、的动29 61512符合夹持切割条件。,2、割刀运动分析 曲柄连杆机构(滑块)的割刀运动 虽然在实际应用中多采用偏置曲柄连杆机构，但当h/l或0, h/l或0时，则割刀运动接近或等于对心曲柄滑块机构。当h/l1/10时，偏距对割刀位移、速度和加速度的影响可以忽略不计，其运动简化对于运动分析足够准确。,02:24:44,53,这样，我们分析曲柄连杆机构的运动规律，便可将割刀运动视为曲柄销A(图9-15b)在割刀运动线上的投影，为一简谐运动。取坐标如图9-15a，并规
32、定曲柄有第象限的水平位置顺时针转动。,图9-15 机构简图a及运动分析b,02:24:44,54,则割刀位移x。速度vx加速度ax分别为： xrcostvxdx/dtr sin t axdvx/dtr2cos t依此绘图，可得x、 vx、 ax 随曲柄转角t的变化曲线，如右图：,图9-16 x、 vx、 ax 随曲柄转角t的变化曲线,02:24:44,55,由上看出：xf（t）， VX= f（t） ， aX = f（t） 那么割刀的速度，加速度与位移的关系呢？见以下分析：VX r Sin tr r 两边平方化简，即将其移向便得： VX22 (r2-x2) VX2 /2r2-x2 ， 1可见，速
33、度VX 与位移x的关系为椭圆方程式，其长半轴为r，短半轴为r如右图中实践所示。,图9-17 vx、ax随位移x的变化曲线,02:24:44,56,为绘图方便，仅将纵坐标的比例缩小，即选取绘图比例1/。那么，速度在图上的尺寸yr1/r。则割刀速度即成为半圆弧曲线。这时圆弧上任意点y坐标与之积则才是该点的割刀速度。VX yi同样可推得：aXr2Cost- 2（-rCost ）- 2x X-rCost 即加速度与位移按直线规律变化。此直线通过原点，其斜率：tg（-r2）/r- 2,02:24:44,57, 摆环机构的割刀运动： 通过推导，摆环机构为位移X，速度VX 加速度ax 方程式如下： X=-r
34、Cos t VX =r Sin tax r2Cost推导见参考书3P10-14,1.P1820，式中、均为摆环偏角和主轴转角t的函数. 1/Cos 3Cos2 3Cos2（322）,图9-18 割刀行程,02:24:44,58,结论：2406时，割刀的运动速度、加速度的变化接近曲柄连杆机构。见图9-192406时，加速度图有变化（和曲柄连杆相比）在主轴转一周时，曲柄连杆机构有两个最大值（在死点），而摆环机构有六个（以25为例，0、38、142、218、322、360）使机器振动加剧，故一般取1518运动情况并不比曲柄连杆机构好，主要优点是结构紧凑。 割刀行程：s=2r=2kLSin， 式中：k
35、尺寸误差和间隙对行程影响的修正系数1.021.1。L-摆臂长度 摆环摆角行星齿轮机构，摇杆机构的运动和曲柄连杆架构类同。,02:24:44,59,a ）,b ）,图9-19 摆环机构割刀运动规律a. 曲柄连秆机构 b.摆环机构 （a15） c.摆环机构 （a25）,02:24:44,60,3、切割速度分析切割速度图的绘制：a.普通型切割器的切割速度如图9-20：先绘制动刀片在左上点的位置图 ，并注出刃线符号ab。绘出在右上点位置的定刀片图形。以刀刃的下端点a为基准，画出割刀速度图（以曲柄为半径作半圆）。绘出刃线a电向右移动到与定刀片相遇的a点（开始切割）时的切割速度Va（有a1向圆弧作垂线）。
36、绘出刃线b点移动到于定刀片相遇的b1点（切割完了）时的切割速度Vb（有a2向圆弧作垂线）。圆弧VaVb是割刀在割茎秆过程中的切割速度范围。,02:24:44,61,.据上图分析可知（从实际结构看也是如此），夹持切割，只有动定刀相遇才进行切割。普通型的实际切割速度仅为oro中的一段VaVb。,图9-20 普通型切割器切割速度图,02:24:44,62,b.普通型：s=2t=2t0=152.4mm.割刀在一个行程中与两个定刀相遇，因而有两个切割速度范围Va1、Vb1，即Va2、Vb2,图9-21 普通型切割器的切割速度图,02:24:44,63,c.低割型：割刀在一个行程中与三个定刀片相遇，有三个
37、切割速度范围：Va1Vb1、Va2Vb2、Va3Vb3 ，其中Va10，Vb30 切割性能较差工作中常有部分茎秆撕裂扯断，出现堵刀。国标中没有这种类型。为低割型消除V0，则采用刀杆压住刀刃一部分。,图9-22 低割型切割器的切割速度图,02:24:44,64,超行程型：S （86.290.2）（90104）而t=t0=76.2mm 切割性能 V切短行程型：定刀宽b定 n S（63.5，70.5mm） V切 ,进程H,茬 Vj 主要用于牧草收割机。4. 割刀平均速度： 从以上分析可知，割刀速度为一变值，使用颇为不便，故引入割刀平均速度Vp的概念。用以表示割刀速度的大小。Vp （每分钟n转，每转2
38、s位移， Vp 又因s=2r） 式中：n割刀曲柄转速，s割刀行程 r曲柄半径 是确定割刀曲柄转速的重要参数，割草机、割晒机Vp ，联收机Vp， 12m/s,02:24:44,65,5.割刀进距对切割器性能的影响 a、割刀进距：割刀完成一次行程的时间内，机器前进的距离，用H表示。 H=60Vm/2n30vm/n 或H vm/ （ n/30 30/n/）其中为一个进程所需时间 。 式中，Vm机器前进速度m/s；n曲柄转速r/min；曲柄角速度1/s。b、切割图：动刀片（刃部）对地面的扫描面积叫切割图。（刀片的绝对运动轨迹） 分析：收获机械工作时，割刀作往复运动相对运动。又要随机子作前进运动牵连运动
39、。其绝对运动则是两者的合成。 所以，用作图法画出动刀片的绝对运动轨迹，也就是得到了切割图。,02:24:44,66,作图步骤：（a）画出两个相邻定刀片的中心线和刃线轨迹。（b）据给定参数Vm及n，按公式H30vm/n计算出H ，画上三根间隔为H的横线。（c）、画出动刀片的原始和走过两行程后的位置。（d）、以动刀原始位置的刃部A点为基准，用作图法画出该点的轨迹线。,图9-23 普通型切割器的切割图,02:24:44,67, 以A点为始点，以曲柄半径r为半径作图，把圆弧分成n等分；并以1、2、3、n作标记。在动刀片的进距线上，也分成相同的等分数，同样由下而上用1、2、3n作标记。在圆弧的各等分点纵
40、向平行线，从进距的各等分点画横向平行线，找出同样标记的纵、横线的交点并连成光滑的曲线，即为动刀片A点的轨迹线。因为，刀片是进行平动的，所以，刀片上各点的运动轨迹均相同，只需按A点的轨迹图形进行平移复制。动刀片作回程时的轨迹。，只需把轨迹样板翻转使用即可画出，刀片的刃线AB及CD所扫过的面积，即为我们所求得切割图。,02:24:44,68,关于切割图的分析说明： 在切割图中可见：在称之为切割面的相邻两刀片间的面积内分为三种情况：（a）、一次切割区（）：作物被动刀片推至定刀片刃口处而被切割。位于该区中的茎秆在切割前发生的弯曲称横向弯斜。区也称扫过区。（b）重切区（）：割刀的AB和CD刃线均通过此区
41、，有可能将割过的残茬重割一次。区也叫重复区。（c）、空白区（）：割刀刃线没有在此区通过。该区的谷物被割刀推向前方的下一次的一次切割区内，在下一次切割中成束的被切断。区中茎秆在切割前发生的弯斜，称纵向弯斜，所以，割茬较高，切割，切割阻力较大。如空白区太长，有的茎秆被推倒，造成漏割。,02:24:44,69,结论：空白区和重割区对切割性能都有不良影响。所以尽量。进距 H 则 相反 H 则 刃高 h 则 相反 h 则 谷物收割机H=1.22h；谷物联收机H1.53h；割草机H=1.11.5h；H进距，h刀高5、切割器的功率计算：N=Ng Nk ，Ng = (PS) 式中：Vm机器前进速度m/s, B
42、-割副m ， Lo切割每米2的茎秆所需功率Kg m/m2,割小麦Lo =10-20,牧草Lo 2030Nk 与切割器的安装技术状态有关，一般每米割幅所需空转功率为0.81.5马力。,02:24:44,70,6、割刀惯性力平衡： 惯性力使机器震动，影响零部件的使用寿命和工作质量。 惯性力部分平衡法：如图9-24所示，在曲柄对面增加配重，利用其离心惯性力来平衡割刀的部分往复惯性力。其理论计算是一种近似算法，其理论基础是假设连杆的1/3部分同曲柄销作圆周运动，2/3部分同割刀作往复运动，水平方向惯性力平衡方程式： Pd+PqCosPpCos,图9-24 割刀部分平衡分析,02:24:44,71,式中
43、Pd 割刀与2/3连秆部分的往复惯性力，Pd （Md+2/3Ml）r2Cos 其中Md 割刀质量 Ml连秆质量 r为曲柄半径，为曲柄角速度，为曲柄转角 Pq曲柄销与1/3连杆的离心惯性力，Pq (Mq+ 1/3 Ml )r 2 Pp-配重后曲柄盘所产生的离心惯性力，Mp为曲柄盘的质量，rp为曲柄圆盘重心的旋转半径，代入上式并化简后即得：（Md2/3Ml）r (Mq 1/3 Ml )r Mprp又全平衡时将导致离心力在垂直方向的更大不平衡，使机器上下振动，因此只要求往复惯性力平衡程度0.250.5，故给上式的左边第一部分乘以。（2）惯性力全平衡法：参见教材,02:24:44,72,四、圆盘式切割
44、器的割刀运动和参数分析,割刀运动分析： 圆盘式切割器的割刀运动，既有刀盘相对于机架的回转运动，又有随机子的前进运动，所以为其二者的合成。刀片的某一点绝对轨迹为余摆线，刀片刃线所扫过的面积为余摆带。 设 刀盘中心为o 水平向右x 垂直向上y 逆时针旋转,图9-25 刀片运动轨迹,02:24:44,73,则，相邻刀片各内、外端的位移方程如下：第一刀片内端a的位移方程为：Xa=rCos(t) YaVmtrSin(t) 式中：r刀片内端点半径， 刀片内外端点对盘心的夹角，刀盘回转角速度， t刀盘转过的时间 ，Vm机器前进速度外端 b 的位移方程：XbRCost YbVmtRSint 式中 R-刀片外端点直径。第二刀片的位移方程：XcrCos(t-) YcVmtrSin(t-)XdR Cos(t-) Yd Vmt RSin(t-) 式中为相邻刀片间的夹角,
