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收割机械使用与维修-安徽明光职业高级中学

发布时间:2022-08-13 来源:立博app官方网站 作者:立博体育在线登录 阅读次数:1

  23收割机械使用与维修(专业带头人编写)收割机械使用与维修作物收获是整个农业生产过程中夺取高产丰收的最后一个重要作业环节,对谷物的产量和质量都有很大的影响,其特点是季节性强、时间紧、任务重,易遭受雨、雪、风、霜的侵袭而造成损失。因此,实现谷物收获作业机械化对于提高劳动生产率、减轻劳动强度、降低收获损失、以确保丰产丰收具有极其重要的意义。一、国内外收获机械发展概况(一)国内收获机械的发展概况我国劳动人民在长期的生产实践中对收获工具有许多发明创造,据古书记载在三千五百年前已发明了镰刀,在十三世纪中叶创造了推镰等高效工具。但这些成就在长期的封建和半封建、半殖民地的社会中得不到应有的发展及重视。新中国成立后,相继在东北等地建立了国营农场,引进了国外先进的谷物收获机,我国谷物收获机是在此基础上逐渐发展起来的。在近五十年的发展历程中,我国收获机械的发展速度很快,总结起来大致经历了以下几个发展阶段。1.入门阶段(1949-1965这一阶段所完成的主要是引进和仿制工作。1949年开始从前苏联引进C-6牵引式和C-4自走式联合收获机,此后又相继从其他国家引进一些机型。牵引式机器有:联邦德国的克拉斯、兰茨、英国阿尔滨等;自走式机型有:前苏联C-4M、CK-3、捷克ZM330、匈牙利ACD330、波AC-400、英国福格森和联邦德国克拉斯等。经过多年的试验选型和农场的实际使用,曾先后选定几种机型进行仿制,但最后投产的只有两种联合收割机机型,即1956年投产的GT-49牵引式联合收割机和1965年投产的东风ZKBD-3型自走式联合收割机。尽管产品的数量不多、制造质量也不高,而且在此期间国内少数单位自行设计研制的一些小型联合收割机均未成功,但此时我国已初步掌握了联合收割机的生产和制造技术。2.发展阶段(1966-1980这一阶段是我国联合收割机迅速发展的时期。全国不仅涌现出一批新的专业联合收割机厂,而且还发展了相应的配套件厂,这些工厂通过扩建、技术改造,生产能力有了很大提高。到70年代末,一个比较完整的联合收割机制造业已初具规模,联合收割机年产量也已达到6000台的水平。典型的生产厂及其产品有:四平和开封联合收割机厂生产的ZKB-5、LZ-5等机型;佳木斯联合收割机厂的丰收-30自走式联合收割机;北京联合收割机厂的北京-25自走式联合收割机;依兰收获机厂的北大荒-6;新疆联合收割机厂的新疆-5等一大批自走式联合收割机。尽管其中有的机型是国外四五十年代技术水平的老机型,机器性能相对比较落后,但这一阶段我国的联合收割机事业却是飞速发展的。而且,这段时间的工作使我国设计研究联合收割机的水平有了长足的进步和提高,逐步具备了独立设计开发新产品的能力。3.利用引进技术发展阶段(1981-1990这个阶段是谷物联合收割机发展过程中一个艰难而又复杂的时期,经历了一个极大的起落过程。1980年前后,改革开放政策对联合收割机的发展产生了巨大的影响。1981年机械部首先组织开封、佳木斯两个联合收割机厂引进美国约翰迪尔公司的“1000”系列谷物联合收割机的制造技术,生产了1055、1065、1075三种大型联合收割机。继而又协助四平联合收割机厂与民国德国前进工厂以合作的方式引进E514联合收割机的制造技术,进行组装和制造。经过几年的努力,这些引进的机型陆续投产,我国的联合收割机行业的科学技术在许多方面从原来比较落后的状态,一下子跨到80年代初的国际先进水平,有了一个划时代的飞跃。但是,由于80年代初农村经济比较落后等一些其它因素的影响,联合收割机市场明显萎缩。自1982年起,全国产量由6000台一下子降到1000余台。到80年代中后期,随着农村经济的发展,市场逐渐恢复。到进入90年代,不仅产量恢复到了历史最高水平,而且新试制的产品,特别是中小型拖拉机悬挂的品种型号繁多,出现了制造、开发、选购收获机的新局面。90年代中后期,我国的收获机发展更加迅速,不仅各种类型机械齐全,性能也不断完善,而且产量也大幅度提高。仅1997年全国年生产联合收割机351051982年提高了几倍。而且,市场也比较看好,年终售出31955台,呈现出了良好的发展势头,开始了我国收获机发展的又一个崭新的阶段。(二)国外收获机的发展概况国外收获机发展比较有代表性的国家和地区为欧美及日本等地。欧美多为全喂入脱粒,机型大,生产率高,适合较大规模的生产条件;日本则以中小型水稻收获机为主,多采用半喂入,机型小,生产率相对较美国早在十九世纪初发明了脚踏脱粒机和畜力割捆机,1890年开始生产由30-40马力牵引的联合收获机,1920年生产动力联合收获机,1939年制成第一台自走式联合收获机,1940年基本实现收获机械化。七十年代以后属于高度发展阶段,机具向大马力发展,并采用先进的液压电控和监视系统。近年来轴流式联合收获机有较大的发展,尤其是最近由约翰迪尔公司生产的CTS多滚筒大马力联合收获机,很好地解决了水稻收获的一些难题。目前,美国收获机行业由约翰迪尔等少数几家公司垄断,处于世界先进水平。欧洲一些国家原以使用割捆机和脱粒机为主,五十年代后迅速发展联合收获机。比较有代表性的有前东德E512、E514、E516,前西德克拉斯D76、D96、D106,法国的布劳特801等,均有比较先进的性能。日本在借鉴西方收获机械的基础上,结合本国山地丘陵较多,水稻种植面积大等特点,研制出一系列小型水稻收获机械,独具特色。日本收获机械发展较晚,1967年末开始生产推广小型半喂入联合收获机,1976年水稻机收面积为393%,1977年达到了914%,基本上实现了收获机械化。目前,日本的水稻收获机械在性能、自动化程度等许多方面都达到了相当高的水平。久保田、洋马等公司的半喂入水稻联合收割机处于世界先进水平。目前,世界收获机械的发展,不仅在传统的收获机上增设了许多电液自动化控制系统,如凯斯公司的2300系列大型联合收获机上设置了GPS接收装置,为将来精确农业的发展奠定了基础。而且,突破了传统的收获工艺,发展了割前脱粒。如东北农业大学研制的气吸式割前脱粒联合收获机,英国谢尔本公司生产的梳脱台等。总之,世界收获机械正向着自动化、适用化、多样化方向发展。二、谷物收获方法根据不同的自然条件、栽培制度、经济和技术水平,我国目前采用的机械化谷物收获方法有以下几种:1.分段收获法采用多种机械分别完成割、捆、运、堆垛、脱粒和清选等作业的方法,称为分段收获法。这种方法使用的机器结构简单,造价较低;保养维护方便,易于推广。但整个收获过程还需大量人力配合,劳动生产率较低,而且收获损失也较高。2.联合收获法采用谷物联合收割机在田间一次完成切割、脱粒、分离和清选等全部作业的收获方法。这种方法的特点是:提高了生产效率,减轻了劳动强度,也有利于抢农时,并降低了收获损失。但联合收割机的结构复杂,造价较高,每年使用时间短,收获成本较高;还要求有较大的田块和较 高的管理与使用水平。 3.两段收获法 此法先用割晒机将谷物割倒并成条地铺放在高度为15-20cm 茬上,经过3-5 天晾晒使谷物完成后熟并风干,然后用装有拾禾器的 联合收获机进行捡拾、脱粒、分离和清选作业。这种方法具有以下优点: 1)由于作业时间较联合收获法提前7-8 天,可延长收获时间。 2)由于谷物后熟作用,使绝大部分籽粒饱满、坚实、色泽一致, 提高了粮食等级,增加了收获量。 3)由于收回的籽粒含水量小,且清洁率较高,显著地减轻了晒场 的负担。 但此法也存在下列缺点:由于两次作业,机器行走部分对土壤破坏 和压实程度增加,油料消耗较联合收获法增加 7-10%;当收获期逢连 雨时,谷物在条铺上易发霉、生芽。因此,采用两段收获法时,应注意 以下几个方面问题: 1)割茬高度应适宜:一般取割茬为15-20cm,植株高大时(1m 上),应略高,为18-25cm;植株矮小时(80-90cm),应略低,为 15 -18cm。 2)条铺的形状应适当:为有利于谷物捡拾,禾杆的穗部应互相搭 接,搭接的方向与机器行走方向平行或成45以内的倾角,勿使穗部着 3)割晒的时间应适当:一般在谷物腊熟期进行,这时植株大部分变黄,上稍仍有少许微绿色,籽粒为淡黄色呈腊状。此时收割既可保证 籽粒的后熟作用,又可减少收获中的落粒损失。 三、谷物收获的农业技术要求谷物收获的农业技术要求是谷物联合收获机使用和设计的依据。由 于我国谷物种植面积很广,种类也很繁多,而且各地区自然条件有差异, 栽培制度亦各不相同,所以对于谷物收获的农业技术要求也不一样,概 括起来主要有以下几点: 1.适时收获,尽量减少收获损失 适时收获对于减少收获损失具有很大意义。为了防止自然落粒和收 割时的振落损失,谷物一到黄熟中期便需及时收获,到黄熟末期收完, 一般为5-15 天。因此,为满足适时收获减少损失的要求,收获机械要 有较高的生产率和工作可靠性。 2.保证收获质量 在收获过程中除了减少谷粒损失外,还要尽量减少破碎及减轻机械 损伤,以免降低发芽率及影响贮存,所收获的谷粒应具有较高的清洁率。 割茬高度应尽量低些,一般要求为 5-10cm,只有两段收获法才保持茬 高15-25cm。 3.禾条铺放整齐、秸秆集堆或粉碎 割下的谷物为了便于集束打捆,必须横向放铺,按茎基部排列整齐, 穗头朝向一边;两段收获用割晒机割晒,其谷穗和茎基部须互相搭接成 为连续的禾条,铺放在禾茬上,以便于通风晾晒及后熟,并防止积水及 霉变;拣拾和直收时,秸秆应进行粉碎直接还田。 4.要有较大的适应性 我国各地的自然条件和栽培制度有很大差异,有平原、山地、梯田;有旱田、水田;有平作、垄作、间套作,此外,还有倒伏收获、雨季收 获等。因此,收获机械应力求结构简单、重量轻,工作部件、行走装置 等适应性强。 此外,收获作业各环节均有具体的农业技术要求,将在后面做相应 的介绍。 课后习题: 1、我国收获机械的发展经历哪几个阶段? 2、谷物收获方法有哪些? 3、谷物收获的农业技术要求有哪些? 10 第二节 收割机和拾禾器 一、收割机的种类 用以完成作物的收割和放铺(或捆束)两项作业的机械,称为收割 机械。收割机械按照不同的分类标准,可以有不同的分类形式。 按功能的不同,可分为收割机、割晒机和割捆机三类。收割机用于 分段收获作业,其功能是将作物割断,并在地上放成“转向条铺”,以 便于下道工序由人工分把和打捆;割晒机用于两段联合收获作业,它将 作物割断后,在田间放成首尾相搭接的“顺,向条铺”,这种条铺不便于 人工分把或捆束,它是专为装有捡禾装置的联合收割机配套使用的,作 物在条铺中经过晾晒及后熟后,再进行捡拾-脱粒-清选联合作业;割 捆机也是分段收获时使用的一种机器,它能同时完成收割与打捆两项作 业,可减轻收获的劳动强度,但捆束机构比较复杂,捆绳比较贵,故目 前应用较少。 拾禾器是两段收获作业中安装在联合收割机割台上用以捡拾禾谷 条铺的一种装置。要求它能将作物条铺中所有谷物全部捡拾起来并迅速 抛到收割台上。按照结构的不同,可分为弹齿式、伸缩扒指式和齿带式 三种。 本节将对使用较为广泛的立式和卧式割台收割机,悬挂式割晒机以 及几种典型的拾禾器进行介绍。 11 二、收割机的一般构造和工作过程 (一)立式割台收割机 所谓立式割台,是指割台台面的位置基本呈直立状态(常略有倾斜)。 当立式割台收割机工作时,将割断后的作物直立地进行输送并使之 转向铺放。由于这种割台结构比较紧凑,重量轻,故整机尺寸较小,机 动灵活性好,可以配置在小动力底盘的前方,由人工操作。也可以和手 扶拖拉机配套,后面装上尾轮和座位,由机手乘坐操纵。使用较为灵活、 简便。 根据作物输送路线和放铺方向的不同,立式割台收割机可分为以下 几种: 1.侧向放铺型 这是一种常用的放铺型式,收割机将割断后的作物铺放于机器的侧 面。按作物在割台上的输送方向,有两种结构。 1)侧向输送侧面放铺型。如图1-1 所示,割下的作物被输送带向 一侧输送,在八角星轮的配合下,作物在机侧放铺。当以梭形法进行收 获时,机器到地头转向后,使输送带反转,作物就被送向机器的另一侧 12图1-1 侧向输送侧放铺型收割机 3输送带2)中间输送侧面放铺型。如图1-2 所示,作物被割下后,向割台 中部输送,经换向阀门4 的引导,将作物送至输送带后方,再经导禾槽 而向机侧放铺。这种结构的优点是:只需改变非传动件的换向阀门,即可改变放铺方向,结构简单,换向时冲击力小;其缺点是中间输入口 处易堵塞。 图1-2 中间输送侧放铺型收割机 3输送带4换向阀门 132.后放铺型 在小麦、玉米套作地区, 图1-3所示,为了不致压伤 放置。如图1-4所示,割台 合作用下,先向右输送,再通过转向星轮和转向输送带向后输送,并在机后放 图1-3小麦玉米间作套种示意图 图1--4 后放铺收割机 4压簧5输送带 14 为了适应严重倒伏作物的收割,在立式水稻联合收获机上装有链齿 式扶禾器,它能将倒伏严重的作物扶起并引向切割器。其扶倒能力强, 工作较可靠;但在扶禾中链齿对谷物冲击作用较大,对易掉粒的籼稻造 成的落粒损失较大。 (二)卧式割台收割机 1.卧式割台收割机的一般构造 所谓卧式割台是指其台面的位置基本呈于卧状(常略向前倾)。其 纵向尺寸较大,但工作可靠性较好。宽幅收割机多采用这种结构。卧式 割台收割机按输送带数目的多少,可分为单输送带、双输送带和多输送 带等三种。其基本结构大致相同,即由切割器、拨禾轮、输送器(及排 禾放铺器)、机架及传动机构等组成。但其工作过程各不相同,下面分 别进行介绍。 15 2.卧式割台收割机的类型、特点及工作过程 1)单带卧式割台收割机,如图 1-5a 所示。其工作过程为:拨禾 轮首先将机器前方的谷物拨向切割器,切断后被拨倒在输送带上。谷物 被送至排禾口,落地时形成了顺向交叉状条铺。条铺宽为1-12m。 2)双带卧式割台收割机,如图 1-5b 所示。该机在割台上有两条 长度不同的输送带,前带长度与机器割幅相同;后带较前带长 400- 500mm,其后端略升起,并向外侧悬出。 作业时,谷物被割倒并落在两带上向左侧输送。当行至左端,禾秆 端部落地,穗部则在上带的断续推送和机器前进运动的带动下落于地面, 禾秆形成了转向条铺。 这种收割机对作物生长状态适应性好,工作较可靠。但只能向一侧 3.三带卧式收割机其割台上有三条输送带(前带、后带及反向带)和一个排禾口(位 图1-5 卧式收割机示意图 2切割器3输送带 16于割台的中部)。各输送带均向排禾口输送。 收割时,割台前方(图 1-5c)B1、B2 B3区段内的谷物放铺过程 各不相同。 在B1 段内的谷物,被割倒并倒落在上、下输送带上,平移到排禾口。 其茎端先着地而穗部被运至左端抛出。其放铺角较大,为90左右。 在B2 段内的谷物,被割倒后茎端立即着地,穗部被上带运至左端抛 出。其放铺角略小,并不太一致,为70-90。 在B3 段内的谷物,被割断后茎端被反向带推向排禾口,禾秆沿茎端 运动方向倾倒。其放铺角较小,为70左右并有少许茎差(为10-15cm)。 由上述分析可知:三带式放铺机构的条铺由三部分(B1、B2、B3)禾 秆汇集而成。大部分禾秆的放铺角为70-90,少部分为50-70, 从人工打捆要求来看,一般可满足要求。该机构的另一特点是:条铺放 在割幅之内,割前不用开割道,作业灵活。 (三)悬挂式割晒机 1.一般构造和工作过程 悬挂式割晒机应用比较广泛,其中尤以前悬挂式为最广,是两段收 获的必备机具。前悬挂割晒机的主要机型有丰收-40、4SX-38 均为卧式割台,铺放窗口在割幅以内,可悬挂在东方红75/802拖拉机 的前方,工作和转移地块灵活,可以自行开道,耗用材料较牵引式少。 一般用于给牵引式割晒机开道,或直接进行割晒。由于拖拉机动力输出 轴的位置各不相同,故悬挂架一般不能通用。 17 图1-6 前悬挂式割晒机 2切割器3输送带 4收割台 5悬挂 前悬挂式割晒机的基本结构和工作过程相似,现以4SX-38 行介绍,如图1-6 为该机型的示意图。主要由拨禾轮 1、切割器 2、输送 带3、悬挂架5、平衡弹簧8、传动机构、液压升降装置等部分组成。通过 悬挂装置与拖拉机挂接组合成一台作业机组。 把作物拨向切割器2,被切割下的作物禾秆在拨禾轮压板的推压作用下,倒放在帆布输送带 上,被输送到机器左侧,从铺放窗18 口铺放在割茬上。经过晾晒,作物后熟和干燥后,即可进行拾禾脱粒。 2.4SX-38 型割晒机的主要工作部件的调整 在正常作业时,拨禾轮中轴应在割刀前部60-70毫米处,拨禾轮压板 拨打在作物的上部,为割下段作物高度的2/3 当收割厚密高产作物时,应将拨禾轮后移,这样可以减轻压板对作物的打击并能防止阻塞拨禾轮。 当收割稀疏作物时,拨禾轮应在割刀前 20-50 毫米处,并适当下移。 而且要在压板上加钉帆布条,以提高拨禾轮的搂取能力。 当收割倒伏作物时,最好改装偏心拨禾轮。如用普通拨禾轮,应将其 位置向最前,向最低处移动,以加强扶禾能力。也有将普通拨禾轮改装成 螺旋形的。 拨禾轮的转速主要根据收割机速度来确定。理论和经验都证明:拨禾 轮最适宜的线 倍。但对于易落粒的作物,拨禾 轮的转速高将增加割台落粒损失,故应将拨禾轮的转速相应降低。 2)切割器 切割器的调整应遵循以下原则:压刃器与动刀片之间的间隙不大于 05mm;护刃器上的定刀片应位于同一水平面内,其偏差不得大于 05mm; 动刀片与定刀片在止点位置时前端应密合,后端间隙为 03-1mm;割刀在 刀槽内灵活无阻。 3)帆布输送带 帆布输送带的紧度及速度对放铺质量有很大的影响,故作业时应调整 19 好。紧度调整的方法是:通过右侧被动轴外面的拉紧螺栓来调整;速度分 232米/秒两级。收割作物厚密或机组前进速度快时, 应选用较快的帆布输送带速度,以减轻帆布输送带负荷,防止帆布输送带 在作业中打滑、停转等故障发生。 拾禾器是两段收获作业中安装在联合收割机割台上用以捡拾谷物条铺的一种装置。按照结构的不同,它可分为弹齿式、伸缩扒指式和齿带式三 由带弹齿的滚筒拾禾。由于齿有弹性,对谷物的冲击作用较小,因而落粒损失较少。但其弹齿横向间距较大,在谷物矮小、条铺稀薄时常出现 少许漏拾现象。其幅宽一般为2-3m,多用于麦收拾禾作业。 如图1-7 所示,为一种弹齿式拾禾器。它由滚道盘、主轴、曲柄、滚 轮、滚筒圆盘、管轴、弹齿及罩环等构成。四根带弹齿的管轴装在滚筒圆 盘上,管轴绕主轴心转动,同时还自转。管轴左端固定有曲柄,曲柄头部 装有滚轮,滚轮在滑道内滚动。弹齿之间有薄铁板制的固定不动的罩环, 弹齿在相邻两环的缝隙内运动,进行拾禾作业。 图1-7 弹齿式拾禾器的结构及原理 1滚道盘 2曲柄 3滚轮 4滚筒圆盘 20工作时,主轴顺时针转动,管轴随滚筒圆盘公转,曲柄滚轮在半月形 的滚道中滚动(滚道盘固定不动)。当滚轮沿直滚道滚动时,可带动管轴作 反时针转动,弹齿收缩到罩环内部;当滚轮由直滚道向弧形滚道滚动时, 又带动管轴顺时针自转,弹齿伸出,而这时弹齿的位置正好在拾禾器的前 下方,因而能向上捡起作物条铺,并向后送给收割台螺旋及扒指。在将作 物送至罩环尾部时弹齿又缩回,避免回挂作物。 其构造与联合收割机割台螺旋输送器的伸缩扒指机构相同。它由扒指式拾禾滚筒、侧挡板和机架等组成。滚筒由主轴、转筒、偏心轴和扒指等 构成,如图1-8 所示。 当主轴带动转筒逆滚动方向回转时,其偏心轴位置不动,而套在偏心 轴上的扒指在转筒带动下绕偏心轴转动。由于偏心轴位于滚筒的前下方, 则扒指由下方向前上方转动时伸向滚筒外面的长度增大,以利于挑送禾铺。 当由后方向下方回转时,则扒指伸出转筒外面的长度缩小,以防向下方带 图1-8 扒指式拾禾器的扒指为刚性,强度较大,拾禾时对谷物的冲击作用较大,所以一般多用于捡拾玉米秆。其转速与弹齿式拾禾器相同,拾禾宽度 轮等组成,如图1-9 所示。 拾禾时,齿带逆滚动方向回转,由固定在胶带上的弹齿将禾铺挑起并 送向割台。该拾禾器的特点是:由于前辊轴直径小(约 100mm),弹齿横向 间距较小(6-7mm),因而拾禾较干净利索,落粒损失较少。其齿带速度根 据机器作业速度的不同可以调节,一般为02—18ms。拾禾器的幅宽一般 或3-4m。课后习题: 1、收割机按功能分为哪几种类? 2、立式割台收割机可分为哪几种? 图1-9 1仿行轮2前辊轴 3中辊轴 5后辊轴22 3、切割器的调整应遵循哪几个原则? 4、齿带式拾禾器有哪几个部分组成? 第三节 切割器 一、茎杆物理机械性质及其与切割的关系 切割器的切割质量不仅与切割器的结构和参数有关,也取决于茎秆的 物理机械性质。 1.茎秆刚度对切割的影响 现有切割器按切割原理不同可分为有支承切割和无支承切割两种。在 有支承切割中又有一点支承切割和两点支承切割之分,其切割过程如图 23-10 所示。 对直径细、刚度小的茎秆,取两点支承切割较为有利(图 8-10a)切 割时茎秆弯曲较小(接近剪切状态),切割较省力。对直径粗、刚度大的茎 秆,则可取一点支承切割。由试验观察:有支承切割的割刀速度,在 03 —06ms 时,小麦茎秆有被压扁和撕破现象,且阻力由大逐渐减小;当速 度超过06ms 时,茎秆被压扁和撕破的现象消失,且阻力减少缓慢,故一 般对切割谷物取割刀速度为08ms 以上。 无支承切割的过程如图 1-11 所示。切割时有切割力 Pd、茎秆的惯性 力PAB 和PBC 及茎秆的反弹力Pr 等。为使切割可靠,应使茎秆惯性力与茎秆反 弹力之和大于或等于切割力。即 PdPAB+PBC+Pr 图1-10 有支承切割 a两点支承切割 b一点支承切 图1-11无支承切割 24 若将茎秆视为一端固定的悬臂梁,根据材料力学分析可知:为增大惯 性力和茎秆的反弹力,除需尽可能降低割茬外,还应提高切割速度。据试 验资料,对细茎秆作物(如牧草)切割速度应为30-40ms;对粗茎秆作物 如玉米,由于茎秆刚度较大,切割速度可较低,为6-10ms。 2.茎秆的纤维方向性与切割的关系 作物茎秆由纤维素所构成。其纤维方向与茎秆轴线平行,因此割刀切 入茎秆的方向与其切割阻力和功率消耗有着密切关系。据试验,按图1-12 的三种切割方向,其切割阻力和功率消耗有较大的差异。 1)横断切:切割面积和切割方向与茎秆轴线)斜切:切割面与茎秆轴线偏斜,但切割方向与茎秆轴线)削切:切割面和切割方向都与茎秆轴线 试验指出: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30-40%;削切较横断切的切割阻力降低60%,功率 消耗降低30%。 3.滑切与切割阻力的关系 切割茎秆时,刀刃的运动方向对切割阻力影响较大。如刀刃沿垂直于 刃线方向切入茎秆时(为砍切),则切割阻力较大;若刀刃没刃线的垂线偏 一α角方向切入茎秆时(为滑切),则切割阻力较小(图1-13)。 据试验结果,归纳有下列经验公式 P-切割阻力S-滑切长度(刀刃沿刃线方向移动的距离,与切割角α有 试验测得的数据如表1-1。表1-1 刀刃滑切长度与切割阻力 滑切长度S (mm) 切割阻力P 图1-12三种切割方向 a横断切 b斜切 26二、切割器的农业技术要求 切割器是收割机上重要的通用部件之一。其性能的好坏对于收获作业 的顺利进行,降低收获损失等都具有很大的作用。因此,它必须满足一些 特定的要求。 这是确保收获作业顺利进行的重要条件。这不仅要求切割器在结构和形状上能够很好地满足作业要求,而且在加工材料上要具有坚韧、耐磨并 长期保持锋利的特点。同时,在使用中也应该经常校正,刃磨及调整并保 持合理的切割间隙(往复式)。 2.结构简单、适应性强 切割器是易损部件,在作业过程中由于经常接触到地表的一些坚硬物 而遭到破坏,而需随时将损坏件进行更换。因此,要求结构简单、制造方 便,并要求其通用性强,适应性广,目前使用的往复式切割器,除特殊用 途外,均采用国家标准型。 3.功率消耗少,振动小 功率消耗少是收割机上一切工作部件的设计原则之一,这是减少整机 功率消耗,减小配套动力的前题。振动小,运动平稳对于降低收获作业中 的落粒损失意义重大,尤其是作物在完熟后期,振动大小对落粒多少影响 更大。 对于低荚类作物,如大豆,以及整个植株都要收获的牧草等,要求进行低割,以减少损失,增加收获量。此外,对于任何作物的收获也应做到 27 割茬整齐化一。 三、切割器的种类及其应用 根据切割器结构及工作原理的不同可分为:往复式、圆盘式和甩刀回 转式三种。 (一)往复式切割器 其割刀作往复运动,结构较简单,适应性较广。目前在谷物收割机、 牧草收割机、谷物联合收获机和玉米收获机上采用较多。它能适应一般或 较高作业速度(6-10kmh)的要求,工作质量较好,但其往复惯性力较大, 振动较大。切割时,茎秆有倾斜和晃动,因而对茎秆坚硬、易于落粒的作 物易产生落粒损失(如大豆收获)。对粗茎秆作物,由于切割时间长和茎秆 有多次切割现象,则割茬不够整齐。 往复式切割器按结构尺寸与行程关系分有 以下几种: 1.普通型 其尺寸关系为 S=t=t0=762mm(3in) S-割刀行程t-动刀片间距 t0-护刃齿间距 普通型切割器的特点是:割刀的切割速度 较高,切割性能较强,对粗、细茎秆的适应性能 较大,但切割时茎秆倾斜度较大、割茬较高。这 图1-14 各种尺寸类型切割器 a普通型 b普通型 28种切割器在国际上应用较为广泛,多用于麦类作物和牧草收获机械上。 在水稻收割机上有采用较标准尺寸为小的切割器,其尺寸关系为 S=t=t0=50、60 或70mm 其特点是:动刀片较窄长(切割角较小),护刃器为钢板制成,无护舌, 对立式割台的横向输送较为有利。其切割能力较强,割茬较低。 在粗茎秆作物收割机上,有采用较标准尺寸为大的切割器,其尺寸关 系为 S=t=t0=90 或100mm 其护刃齿的间距较大,专用于收割粗茎秆作物。青饲玉米收割机、高 粱收割机和对行收割的玉米收获机采用。 2.普通型 其尺寸关系为 S=2t=2t0=1524mm(6in) 该切割器的动刀片间距 及护刃器间距t0 与普通型相同,但其割刀 行程为普通型的 倍。其割刀往复运动的频率较低,因而往复惯性力较小。此点对抗振性较差的小型机器具有特殊意义,适于在小型收割机和联 合收获机上采用。 其尺寸关系为S=t=2t0=762、1016mm3in、4in 切割器的割刀行程S 和动刀片间距t 均较大,但护刃齿的间距t0 较小。 切割时,茎秆倾斜量和摇动较小,因而割茬较低,对收割大豆和牧草较为 29 有利,但对粗茎秆作物的适应性较差。 低割型切割器由于切割时割刀速度较低,在茎秆青湿和杂草较多时切 割质量较差,割茬不整齐并有堵刀现象。目前在稻麦收割机上采用较少。 (二)圆盘式切割器 圆盘式切割器的割刀在水平面(或有少许倾斜)内作回转运动,因而 运转较平稳,振动较小。该切割器按有无支承部件来分,有无支承切割式 和有支承切割式两种。 1.无支承圆盘式切割器 该切割器的割刀圆周速度较大,为 25 -50ms,其切割能力较强。切割时靠茎 收割机上也采用。在牧草收割机上多采用双盘或多组 其刀片的形状如图1-15d所示。其刃部 作用。工作中每对圆盘刀相对向内侧回转。当刀片将牧草割断并沿送草盘图1-15 圆盘式切割器 铰链式刀盘e多组圆盘式 30 滑向拨草鼓时,拨草鼓以较高的速度将茎秆抛向后方,使其形成条铺。在 多组双盘式切割器上,为了简化机构常在送草盘的锥面上安装小叶片,以 代替拨草鼓的作用。刀盘的传动有上传动式和下传动式两种:上传动式用 皮带传动,其结构简单,但不紧凑;下传动式用齿轮传动,其下方设有封 闭盒,结构较紧凑,是今后的发展方向。 圆盘式切割器可适应 10-25kmh 的高速作业。最低割茬可达3-5cm, 工作可靠性较强,但其功率消耗较大。近年来国外回转式割草机的机型发 展较多,并有扩大生产的趋势。 在甘蔗收割机上多采用具有梯形或矩形固定刀片的单盘和双盘式切割 器。一般刀盘前端向下倾斜7-9,以利于减少茎秆重切和破头率。 在小型水稻收割机上,有采用单盘和多盘集束式回转式切割器者。多 盘集束式切割器能将割后的茎秆成小束地输出,以利于打捆和成束脱粒。 它由顺时针回转的三个圆盘刀及挡禾装置组成(图1-15b)。圆盘刀除随刀 架回转外自身作逆时针回转,在其外侧的刀架上有拦禾装置。圆盘刀(刃 部为锯齿状)将禾秆切断后推向拦禾装置。该装置间断地把集成小束的禾 秆传递给侧面的输送机构。这种切割器因结构较复杂应用较少。 2.有支承圆盘式切割器 该切割器(图1-16)除具有回转刀 一般为6-10ms。刀盘由5-6个刀片和 盘体铆合而成。其刀片刃线较径向线向后倾斜α角(切割角),该角不大于图8-16 有支承圆盘式切割器 31300。支承刀多置于圆盘刀的上方,两者保有约05mm 的垂直间隙(可调)。 (三)甩刀回转式切割器 该切割器的刀片铰链在水平横轴的刀盘上,在垂直平面(与前进方向 平行)内回转。其圆周速度为50-75ms,为无支承切割式,切割能力较强, 适于高速作业,割茬也较低。目前多用于牧草收割机和高秆作物茎秆切碎 机上(如国产4YW-2 的茎秆切碎器)。 甩刀回转式切割器由水平横轴、刀盘体、刀片和护罩等组成(图1-17)。 刀片铰链在刀盘体上分3-4 行交错排列。刀片宽为50-150mm,配置上有 少许重叠。刀片有正置式和侧置式两种。正置式多用在牧草收割机上,切 割时对茎秆有向上提起 的作用,刀片 前端有一倾角。侧置式 多用在粗茎秆 切碎机上。 收割时,割刀逆滚动方向回转,将茎秆切断并拾起抛向后方。在牧草 收割机上为了有利于茎秆铺放,其护罩较长较低;在粗茎秆切碎机上为有 利于向地面抛撒茎秆,其护罩较短。 图1-17 甩刀回转式切割器 a玉米茎杆切碎器 b牧草切割器 c刀片 32 甩刀回转式切割器由于转速较高,一般割幅较小为08—2m。在割幅较 大的机器上可采用多组并联的结构。 用甩刀回转式切割器收割直立的牧草,因草屑损失较多,总收获量较 往复式切割器减少5-10%。但在收获倒伏严重的牧草时,总收获量较往复 四、往复式切割器的构造和传动机构(一)往复式切割器的构造和标准化 1.往复式切割器的构造 往复式切割器由往复运动的割刀 定刀片进行剪切。图1-18 往复式切割器 图1-19动刀片 33 1)动刀片:它是主要切割件,为对称六边形(图1-19),两侧为刀刃。 刀刃的形状有光刃和齿纹刃两种。光刃切割较省力,割茬较整齐,但使用 寿命较短,工作中需经常磨刀。齿纹刃刀片则不需磨刀,虽切割阻力较大, 但使用较方便。在谷物收割机和联合收获机上多采用它。而牧草收割机由 于牧草密、湿,切割阻力较大,多采用光刃刀片。刀刃的刃角 对切割阻力和使用寿命影响较大,当刃角i 由14增至20时,切割阻力增加15%。 刃角太小时,刀刃磨损快,而且容易崩裂,工作不可靠。一般取刃角为19。 齿纹刃刀片的刃角 i=23-25。光刃刀片为使其磨刀后刃部高度不变, 刀片前端顶宽b,一般b=14-16 毫米,齿纹刃刀片其b 值较小些。刀片一 般用工具钢(T8、T9)制成,刃部经热处理,热处理宽度为 10-15 毫米, 淬火带硬度为 HRC50-60,非淬火区不得超过 HRC35。刀片厚度为 2-3 米。每厘米刀刃长度上有6-7个齿,刀刃厚度不超过015 毫米。 2)定刀片:定刀片为支承件,一般为光刃,但当动刀片采用光刃时, 为防止茎秆向前滑出也可采用齿刃。国外有的机器护刃器上没有定刀片, 由锻钢护刃器支持面起支承切割的作用。 3)护刃器:护刃器的作用是保持定刀片的正确位置、保护割刀、对禾 秆进行分束和利用护刃器上舌与定刀片构成两点支承的切割条件等。其前 端呈流线形并少许向上或向下弯曲,后部有刀杆滑动的导槽。护刃器一般 为可煅铸铁或煅钢、铸钢等制成,可铸成单齿一体,或双齿一体或三齿一 34 体。单齿一体损坏后易于更换,但安装和调节较麻烦,现多采双齿护刃器。 4)压刃器:为了防止割刀在运动中向上抬起和保持动刀片与定刀片正 确的剪切间隙(前端不超过0-05 毫米,后端不大于1-15 毫米),在护 刃器梁上每隔 30-50 厘米装有压刃器(在割草机上每间隔 20-30 厘米)。 它为一冲压钢板或韧铁件,能弯曲变形以调节它与割刀的间隙。 5)摩擦片:有的切割器在压刃器下方装有摩擦片,用以支承割刀的后 部使之具有垂直和水平方向的两个支承面,以代替护刃器导槽对刀杆的支 承作用。当摩擦片磨损时,可增加垫片使摩擦片抬高或将其向前移动。装 有摩擦片的切割器,其割刀间隙调节较方便。 2.结构标准化 为了便于组织专业化生产和零配件供应,1975 年公布了切割器的国家 标准(GB1209-1213-75)。切割器分为三种型式(图1-20)。 35 1)型切割器:其t=t0=762 毫米,动刀片为光刃,刀片水平倾角为 630′,护刃器为单齿,设有摩擦片。用于割草机。 2)型切割器:其 t=t0=762 毫米,动刀片为纹齿刃,护刃器为双 齿,设有摩擦片。用于谷物收割机和联合收获机。 3)型切割器:其 t=t0=762 毫米,动刀片为齿纹刃,护刃器为双 齿,无摩擦片。用在谷物收割机和谷物联合收获机上。 1-20标准型切割 36 (二)往复式切割器的传 动机构 其特点是把回转运动变 为往复运动。由于各种机器的 总体配置和传动路线不同,因 此传动机构的种类较多。按结 构原理的不同可分为曲柄连 杆机构、摆环机构和行星齿轮 机构等三种。 1.曲柄连杆机构 曲柄连杆(或滑块)机构 由曲柄、连杆(或滑块与滑道) 及导向器等组成。为适应不同 配置的割台型式和传动路线 所示的几种传动形式。 1)一线式曲柄连杆机构:其曲柄、连杆及割刀在一个垂直平面内运动 (图1-21a)。其机构虽较简单,但横向占据空间较大,只适于侧置式收割 机(如GT-49 联合收获机)采用。 若将该机构旋转 900,使曲柄连杆在水平面内运动(1-21b),则该机 构可用在前置式收割机上(如珠江-25 联合收获机)。 2)转向式曲柄连杆机构:在前置式收割机上,常将曲柄连杆机构置于 割台的后方,并在侧方增设摆叉(或摇杆)及导杆(图 1-21c、d),通过 37 导杆驱动割刀运动。该机构在自走式联合收获机上采用较多。 上述各机构的连杆长度均可调节, 以便进行割刀“对中”(连杆处于止点时, 动刀片与护刃器中心线重合,允许偏差 不大于5 毫米)的调整。 3)曲柄滑块机构:它由曲柄、滑块 (或轴承)、滑道和导向器等组成(图8 -21e)。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。其 机构较简单,占据空间较小。但滑道磨 损较快。可用在中小割幅的前置式收割 机上(如KS-38 收割机)。 2.摆环机构 它是由一个斜装在主轴上的摆环并通过摆动轴把回转运动转变为往复 运动的一种机构。摆环机构由主轴、摆环、摆叉、摆轴、摆杆和导杆等组 成(图1-22)。摆环的销轴与摆叉上的销孔相连接,摆环摆动时通过摆叉、 刀运动。图1-21 曲柄连杆机构 b立式-线 摆环机构 1主轴 2摆轴 图1-23摆环的结构原理 38摆环的结构如图1-23 所示,在主轴mm 的一端折转一个α角(或安装 一个斜孔套),称其为斜轴。在斜轴上装有轴承,在轴承外部套有带双销轴 的摆环。摆叉与双销轴铰接。主轴轴线、摆环轴线和摆叉轴线三者必须交 于一点O。当主轴mm 旋转时,摆环不转,而绕其中心O 点作球面摆动。假 设图示位置为起始位置,此时摆环Q 与图面垂直,摆环销轴的轴线AA 线倾斜α角(称为摆角α;当主轴mm旋转90时,摆环Q 与图面成(90 -α)倾角,其轴线AA 变为垂直位置;主轴mm 转至180时,摆环Q 又与 图面垂直,轴线AA 摆至垂线的另一侧成一α角;主轴mm 转至270时,轴 线AA 又变为垂直位置,摆环Q 与图面成90+α)倾角;主轴旋转一周时, 摆环恢复到图中所示的原始位置。这样,把回转运动变成了往复摆动,其 摆动范围为2α角。 E516 联合收 获机采用了 环机构(图1-24a),其优点 图1-24两种摆环机构 a附加摆杆式 b垂直摆轴 的水平位置,可进行割刀“对中”的调节。美国JD-7700 联合收获机和国外某些牧草收割机采用了垂直摆轴式摆 环箱体(图1-24b),其结构较紧凑,便于浮动刀床(或可移动式刀床)上 安装。 3.行星齿轮式传动机构 最近国外有的联合收获机采用了行星齿轮式割刀传动机构。它由直立 式曲柄轴、套在曲柄上的行星齿轮、固定在行星齿轮节圆上销轴(驱动割 刀用)和固定齿圈等组成(图1-25)。当曲柄绕轴心 回转时,行星齿轮在齿圈上滚动。由于行星齿轮的节圆直径是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运动方向线上作往复 运动。其行程等于齿圈节 圆直径,其割刀运动规 律与曲柄连杆机构相同。 图1-25 行星齿轮式传动机构 1曲柄轴 2行星齿轮 4固定齿圈40 该机构的主要特点是结构紧凑,刀杆头不受垂直方向的分力。适于在 各种配置的收割台上采用。 五、往复式切割器的工作原理 (一)刀片几何形状分析 往复式切割器是将作物茎秆夹持在动、定刀片之间进行剪切的。动刀 片的几何形状对切割器的工作可靠性和功率消耗有较大的影响。 动刀片的参数有切割角、刃线的倾角α、刃部的高度h、刀片宽度a 等(图1-26)。当刀片宽度 一定时,切割角α是决定刀片刃部高度的主要参数,也是影响切割阻力的重要因素。试验表明(图8-27)切割角α增大,则切割 阻力减小。当α由 15 增至45 时,切割阻力将减小一半。减小阻力的原因图8-26 动刀片尺寸 图8-27 切割10 株小麦 的阻力变化曲线 主要有两方面:一是由于切割角α增加时,使刀片对茎秆的滑动速度 V1 增大(V1=Vsinα);二是因为α增加时,刀刃沿运动方向切入茎秆的切入角ir 变小(iri)。 但α角过大时,将引起茎秆在动、定刀片的夹持中的不稳定(从剪口 向前滑出),切割不可靠。为此,以茎秆被刀片夹住为前提对角α的确定进 行如下分析: 8-29可看出,茎秆在动刀片及定刀片的夹持中,在两刀刃的接 触点A、B 处对茎秆有正压力N1、N2 和摩擦力F1、F2(F1=N1tgφ1,F2 =N2tg φ2)。如用R1 表示N1 与F1 的合力,用R2 表示N2 与F2 的合力,则茎秆被夹住 的条件为:两刃口作用于茎秆的合力R1 与R2 必在同一直线 中的三角形OAB 可看出 φ1——动刀片对茎秆的摩擦角φ2——定刀片对茎秆的摩擦角 从四边形OACB 中看出 图1-28 α角增大,切割阻 力减少的原因 av1 增大 bir 减少 图1-29 夹持茎杆的受力分析 42 OAC=OBC=π/2 α——动刀片的切割角β——定刀片的切割角 经测定,带齿的动刀片与光刃的定刀片配合对小麦茎秆的摩擦角之和 为φ1+φ2=45-52。现有、、型切割器的动刀片的α角为 29, 定刀片β角为615ˊ,其α+β=3515ˊ,均符合夹持切割的条件。 从几何关系可看出动刀片的刃部高度与α角等参数的关系 h=a—btgα 现有、、型动刀片的刃部高度为 54 毫米,动刀片的刃部高度, 对切割器性能有直接影响。 (二)割刀运动分析 割刀的运动特性对切割器性能有直接影响,现就几种主要传动形式的 切割运动分析如下: 1.曲柄连杆(滑块)机 的投影,为一简谐运动。图1-30 割刀运动分析 b割刀运动分析c、X、vX、aX 随曲柄转角ωt 变化曲线d、vX、aX 随位移X 的变化曲线 若以曲柄轴心为座标原点O,水平向右为X 轴,向上为Y 轴,并令曲柄 由第二象限的水平位置顺时针转动。则割刀位移方程为 X=-rcosωt 速度方程式为 加速度方程式为式中 r——曲柄半径 ω——曲柄角速度 割刀位移、速度、加速度与曲柄转角的关系如表1-2 所示。 表1-2 割刀位移、速度、加速度与曲柄转角的关系 90180 dtdX dtdv 44两边平方,简化后得 可见速度Vx与位移X 的关系为一椭圆方程式(图1-30d)。椭圆的长 轴半径为rω,短轴半径为r。由图可得出任意位移点的割刀速度。 如将纵座标的比便尺缩小,即绘图比例λ=1/ω,则割刀速度即成为 半圆弧曲线。这时圆弧上任意点对水平线的高度与绘图比例尺λ的倒数ω 的乘积,即为该位移点的割刀速度。用此法绘制割刀速度图颇为方便。 割刀加速度αx 与割刀位移X 的关系为 ax=rω 即加速度与位移为一直线.摆环机构的割刀运动 摆环机构的割刀位移、速度和加速度的方程式(推导从略)为 X=-σrcosωt vx=μrωsinωt ax=γrω cosωt与曲柄连杆机构驱动的割刀位移、速度和加速度相比,仅差σ、μ、 γ三个系数。而σ、μ、γ皆为摆环偏角α和rω的函数。 45在摆环偏角α15时,与曲柄连杆机构的割刀运动规律类似(图 -31)。如α角过大达25上时,则αx较曲柄连杆机构有明显的差异,即 在一个周期内出现两个高峰,使机器振动加剧。故一般取摆角α=15-18。 摆环机构的割刀行程(图1-32) S=2Klsinα l——摆杆长度α——摆环偏角 K——考虑尺寸误差和间隙对行程影响的修正系数, K=102-1 3.行星齿轮机构的割刀运动 行星齿轮机构具有如下尺寸特征:行星齿轮的节 直径为固定齿圈的节圆直径的12;驱动割刀的销轴 心在行星轮面上的投影点A为行星轮节圆的一点,并位于齿圈直径线上。 根据上述尺寸关系,对销轴投影点A 的运动分析如下: 图1-31 摆环机构割刀运动规律 1曲柄连杆机构 2摆环机构α=15 3摆环机构α =25 图1-32 割刀行程 46 1)关于销轴投影点A 在齿圈直线上的运动:设曲柄(图 1-33)由第 二象限的水平位置顺时针转过ωt 转角时,行星轮必绕其轮心逆时针转ωrt 角。则行星轮上的销轴投影点 速度ω——曲柄的角速度(牵连

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