1、第七章 切 割 器,切割器是收获机械采用的切割装置，它是重要的通用部件之一。,切割器的功用：将田间作物全部整齐地割断。,一个良好的切割器应满足以下要求：,1. 切割质量好，割茬整齐，不漏割，不堵刀，不推倒作物。,2. 切割省力，功耗小，寿命长。,3. 通用性广，能切割多种作物。,4、结构简单，安全可靠，使用调整方便。,第一节 切 割 原 理,实验结果表明：谷物茎秆的切割过程与割刀的特性、茎秆的物理机械性质、切割方式、切割速度、割刀与茎秆的相对位置等有关。,一、切割方式对切割性能的影响,所谓切割方式主要是指割刀进入材料的方向，归纳起来主要有正切和滑切两种基本方式。,1.正切割刀的绝对运动方向垂直
2、于割刀刃口的切割方式。如图所示：,P,V,观察几种典型的切割方式,横切,斜切,削切,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30%40%，削切比横切下降60%。原因：因茎杆（主要被切物）是由纤维组成，各方向的强度不同。,结论：横切、斜切、削切三种切割方式均应属正切。,2.滑切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。,（1）从微观方面看：刀刃布满了微观齿，当刃口沿材料切向滑移时，这些微观齿的齿端就发挥了切割材料纤维的作用。这便是滑切省力的一个原因。,滑切省力的原因：,切
3、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。,A,（2）从宏观方面看：滑切时，切入材料的实际楔角比刀刃楔角小/ 。这便是滑切省力的另一个原因。,高略契金力学试验：试验步骤是，在割刀上一面施加法向力P，一面使割刀刃口沿切向方向产生滑移，滑移量为S，在切割条件相同的情况下（材料、深度），产生如下一组对比数据：,试验结果：,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，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，滑切比正切省力。,P3S = 常数,高略契金常数定理,二、茎秆的物理
4、机械性质对切割性能的影响,茎秆的物理机械性质主要是指茎秆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。而这些因素随茎秆的品种、成熟度和湿度等的变化而变化。只要割刀克服了横切面内的切割阻力，茎秆就会被切断。,对生长在田间的作物切割时，可采用几种不同的支承方式：,无支承切割： 有支承切割：,1.无支承切割只有动刀片而无定刀片直接切割茎秆的切割称为无支承切割。,由于茎秆是在没有任何扶持的状态下进行切割的，仅靠茎秆自身的抗弯能力Pw是很难与动刀片的切割力相平衡的，此时，PPw。切割速度较低时，茎秆将被推倒或折断。,但当动刀片以较高的速度进入材料时，原来静止的茎秆在瞬间获得动刀片
5、所传递的速度并立即产生很大的加速度以及与其方向相反的惯性力Pg。速度越大则惯性力就越大，因而茎秆的抗弯能力也就越大，有利于茎秆的顺利切割。,当P = Pg + Pw 时，可使得茎秆在直立状态下实现切割，因此无支承切割时，切割速度越快对切割越有利。,2.有支承切割在动刀片运动的反向施加支承力的切割称为有支承切割。,（1）单支承切割用动刀片配合定刀片的切割。,（2）双支承切割用动刀片配合带有护刃器的定刀片的切割 。,有支承切割可使茎秆获得一定的抗弯能力，可在低速状态下进行切割，切割速度为：Vp = 12 m / s。,在进行单支承切割时，切割速度为Vp = 12 m / s，切割间隙必须在= 00
6、.5mm范围内。 而双支承切割时，切割速度为Vp = 12 m / s，切割间隙可允许在= 11.5mm范围内。,例如，切割小麦时，使用带有护刃器的往复式切割器，其切割速度仅为12m / s，而无支承的回转式切割器的刀片速度则需1020m/s，如果切割牧草，则需4050m/s，这使得机构功率消耗增大、振动增加，传动装置也将比较复杂。,三、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，切割阻力有所下降。速度阻力关系图如下：,切割速度,切割阻力,0,三角形动刀片,梯形动刀片,四、刀片的几何形状与钳住茎杆的条件：,A,b前桥宽，a底部宽h刃部高 滑切角,动刀片的结构参数：切割角、刃线的
7、倾角、刃部高度、刀片底宽和前桥宽等。,一般情况下，越大，滑切能力越强，切割也就越省力，当由150增至450时，切割阻力将减少一半。滑切角与切割阻力P之间的关系曲线如下：,a=76 b=17 h=55 d=24,但要特别注意的是，的变化范围一定要首先满足茎秆被动定刀片钳住的条件：,o,+1+2,1 、2 分别表示动定刀片与谷物茎秆的摩擦角，1+245520，试验结果表明，=290，=6015/时切割效果最好。,第二节 往 复 式 切 割 器,收获机械所用切割器的类型有往复式与回转式两大类。,一、往复式切割器的类型,按其割刀行程S、动刀片间距t和定刀片间距t0之间的不同组合关系，有以下几种：,1.
8、标准型(S=t=t0=76.2mm )普通型,工作特点是：割刀的切割速度较高，切割性能好，对粗细茎秆有较强的适应性，广泛用于稻麦作物的收割机械上。,2.双刀距行程型(S=2t=2t0=152.4mm)普通 型,t0,t,S=2t=2to,特点：切割速度较低，往复惯性力小，但在割刀的一次行程中，刃口的切割负荷不均匀，使刀片加速磨损。同时增加了护刃器梁的振动。,3.低割型(S=t=2t0= 76.2mm )低割型,特点：定刀间距小，切割时茎杆的侧弯量小。但速度利用不好，适应性差。对收割低夹大豆和牧草较为有利。但有堵刀现象。,4.超越型(S=kt=kt0) ：通常2k1,特点：割刀行程大于动、定刀间
9、距，切割速度利用较好，兼顾了标准型和双刀距行程型的特点。,5.双动刀型,特点：切割器无定刀，具有上、下两列切刀，能适应恶劣的收获条件（潮湿、杂草多、密集的牧草等）多用于牧草收获机上。,二、往复式切割器的结构组成,1护刃器梁 2.摩擦片 3.压刃器 4.刀杆 5.动刀片 6.定刀片 7.护刃器 a.护刃器上舌,往复式切割器主要由往复运动的割刀和固定不动的支撑部分组成。由动刀片与定刀片组成切割副。,三、往复式切割器的使用调整,1.水平调整,调整方法：用锒头上下敲击护刃器尖进行校正。注意矫正之前刀杆应检查是否平直。,水平调整的目的：保证各定刀片处于一个平面，易于保证间隙。,调整的要求：各护刃器尖应在
10、同一水平面内，不共面度（上下偏差）0.5mm。,2.对中调整,调整方法：松开连杆螺栓，调节连杆长度或摆杆位置。,对中调整的目的：使其速度利用良好。对中调整不当时，易发生堵刀、塞刀或震动太大的现象。,调整的要求：对于标准型切割器而言，当曲柄处于死点位置时，动、定刀片的中心线应重合，不重合度5mm。,3.间隙调整,调整方法：通过调整摩擦片、增减调整垫片以及矫正护刃器、压刃器的方法达到。,间隙调整的目的：保证正常切割所需的动刀与定刀、动刀与压刃器之间的间隙。避免因间隙不当，易产生将作物连根拔起、堵塞或磨损过快等现象。,间隙调整的要求：动、定刀片前端间隙为0.5mm，动定刀片后端间隙为0.31mm，压
11、刃器与动刀片间隙0.5mm。,第三节 切割器的传动机构及运动分析,一、曲柄连杆传动机构,特点：机构简单、成本低廉、占据空间大。,一线式曲柄连杆机构,转向式曲柄连杆机构,曲柄滑块式机构,二、往复式切割器传动机构的运动分析,X= - Cost 曲柄半径曲柄的角速度。,当L时,V= Sint a= 2Cost,1.割刀的运动分析,建立动刀片的运动方程,Vx= rsint,2.往复式切割器的运动分析,将长半轴r缩小倍，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。,割刀加速度与割刀位移的关系为,X= - Cost ax=2Cost=2(Cost)= - 2X,即加速度与位移为一直线关系。,3.往
12、复式切割器的割刀的平均速度,Vpsn/302rn/30rn/15 （m/s）,式中 r曲柄半径；n曲柄转速。,Vp= S / t,t=30/n，S=2r,设：割刀运动一个行程S内所用时间为t， n曲柄转速（r/min）,4.切割速度图的绘制,（1）标准型切割器的切割速度图,（2）双刀距行程型切割器的切割速度图,（3）低割型切割器的切割速度图,思考题： 1.已知切割器的类型、曲柄转速和刀片的几何尺寸，求始割速度、终割速度、最大切割速度、最大加速度？ 2.已知切割器的类型、刀片的几何尺寸，要求在整个切割过程中切割速度不低于V，试求曲柄转速？ 3.用作图法说明往复式切割器为什么要做对中调整？,三、其
13、它传动机构 1.摆环机构,特点：结构紧凑、铰链较少、工作可靠、制造成本高。,2.行星齿轮机构,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线上作往复运动，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 。,四、割刀进距对切割器性能的影响,1.割刀进距：割刀走过一个行程时，机器前进的距离。,2.切割图利用作图法，画出动刀片的绝对运动轨迹，分析割刀的切割过程。,H,H,S,b,o,A,区（一次切割区）：在此区内的茎秆首先被动刀片推至定刀片刃口线上，并在定刀片和护刃器的双支承下被切割，由于动刀片只有一次通过该区，故
14、称为一次切割区。区内的茎秆由于所处的位置不同，多数茎秆是在横向歪斜状态下被切割的，歪斜状态下被切割的茎秆割茬高度有所增加。,=1.4,区（重割区）：动刀片刃口线两次通过该区，有可能发生对茎秆的二次切割但并非一定。当区面积较小时，且位于切割区的中部，尽管动刀片两次通过该区，但由于茎秆左右歪斜量大致相同，不可能发生重割。反之，当由于割刀进距H较小时，区面积增大，在第二次行程时，离动刀片较远而离定刀片较近的茎秆就有可能被重割一次。重割将无谓地增加功率的消耗。,=0.7,区（空白区）：动刀片的刃口线没有经过该区，如果该区面积较小时，且位于动刀片前桥宽度b的扫描范围之内，茎秆将被动刀片的前桥推向割刀下次行程的一次切割区内被切割，但歪斜量较大，割茬较高，且为集束切割，切割阻力大，功率消耗增加。如果割刀进距H过大，空白区增大，动刀片前桥宽度b的扫描面积没有全部掠过该区域，就有可能造成漏割。,经以上分析我们不难看出，值的大小或H值的正确选取对割刀的切割质量影响很大，通过绘制切割图，就可以确定最佳的速度比值，一般为= 0.81.2 。,
