谷物收获机械概论Word格式文档下载.docx
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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。
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。
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(reapingmachinery)包括:
收割机(reaper)割晒机(swather,windrower)割捆机(reaper-binders)
2脱粒机械(threshingmachinery)
3联合收获机(combineharvester)
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
(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:
<
■?
P割P弯P惯R阻
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。
Vatt一定;
a减小,贝Uv减小。
如往复式割刀的平均速度:
Vp=1~2m/s,但动定刀间隙
3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3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.
A横断切b斜切c削切
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
斜切削切
最大
较小(斜45度时较横断切降低30~40%)
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
Po的大小决定于
Po――刃口切入茎杆的阻力(合力)方向垂直于刃口茎杆。
相同时
IB?
-3ESlif伙样上财
Bi甲覺斤NAfi
刃口厚度厚度上升,则Po上升。
Ni――茎杆对楔面(A)的正压力。
(与杆的物理机械和性质
有关)
丫一一刃角(刀刃楔角)P――刀刃所需的切割力
0——摩擦角
Fi,F2――摩擦力
衡条件,X,Y方向上的平衡方程式为:
由上式可知,正切时,所需得切割刀与刃口厚度和刃角丫成正比。
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(slidingcutting)与切割阻力得关系(即采用滑切对切割力大小得影响)
1——c-
7再WF**
»
3L-OEXdfUl*1Hl特?
立贱
曲,芙M
CFtH>
1ftIB11—MJI*
i>
■—工
故:
tg'
tg(因在o~n2,正切为增函数)所以,
越小,因此切入材料所需的
虽然,滑切角(o~n2)越大,刀刃切入材料的实际刃角力越小(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,—般Vp=1~2
2.切割的类型与特点(结构课讲)
3.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(drivemechanism)
功能:
将回转运动变为往复运动
1、曲柄连杆机构(crankpitmanmechanism):
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(如东风一5)
(4)空间型偏置曲柄连杆几够,割刀可在一定围改变位置,用于割草机。
2、曲柄滑槽机构(slider-cramkmechanism)
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(planetarygear)
a:
刀杆
b:
刀头销
c:
行星齿轮
d:
固定齿圈
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和2上升,1和2也将上升,但合力P1、P2的作用方向角12不能大于茎杆与刀
片的摩擦角
22
x
即1<
2所以
2W2
故钳住条件应是
1+2三1+2
因为:
l+2=
1+2
12
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:
xrcost(位移)
vrsint(速度)
2
arcost(加速度)
cot
00
900
1800
270
360
-
v
a
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。
整理:
v2
222
2222
2v
2222x
两边同时除以
v2X2
得:
2221(为椭圆方程)
若求A点的速度
VAAA
变化椭圆方程:
(为容易作速度图,将V缩小3倍)
X2
(为圆的方程)
V2
~2
~2"
图象曲线如图中虚线所示。
般14I簣s21
s2r
s略有增加,但影响不大,可是,往复行程的速度不
故有偏距的与无偏距的相比,行程
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。
V行程ssn
P时间6030
2n
rn
当s2r时,Vp
15
r曲柄半径(m)n曲柄转速(r/min)
(有支撑切割,需Vp—般围为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围,所以我们这
割刀位移与速度图解
V
-2~2r
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
速度以丄的比例缩小,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)
作图尺寸比例(每单位长度的尺寸所代表的实际数值)
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Vs,终切速度Vz和切割速度的变化围。
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3。
作图:
作图尺寸比例为入
实际数值单位图尺寸
割刀为平动,刀上每一点的运动规律都是一样的,这是选定A点为研究。
VsCVs
vzdvz
vsvz为实际切割速度的变化围段。
切割速度图及分析
1先绘动、定刀片的相对位置图
2作A点的切割速度图(以R为半径画半圆)
3始切点为C,始切速度为VsCVs
4终切点为D,终切速度为vzdvz
往复式切割器的图解速度
⑤弧段vsvz为实际切割速度的变化围段
结论:
单刀行程型切割器的实际切割速度在最大切割速度的附近(两边)(最大割速利用好)
实验证明切割速度在0.6~0.8m/s以上即能顺利切割茎杆,标准型的在vsvz段都大于
1.2m/s,选定割刀速度的,一般以割刀平均速度Vp=1—2m/s选取。
4.害V刀进距对切割性能的影响
用作图的方法求出割刀的运动轨迹(以分析割刀速度与机组速度的关系,以分析Vm和
h在不同值时对切割性能的影响)
类型
定刀片(mm)
动刀片mm
Cmm
N
R/min
Vm
M/s
b1
b2
B1
B2
B
h
单刀距行程型
匀速
(1)已知条件:
①割刀类型,主要结构尺寸
确定了类型就有了t的尺寸和曲柄半径r的尺寸。
注:
C为刀杆盖住的一个尺寸。
2组前进速度Vm(匀速)
3曲柄转速n()为匀速。
(2)求进距H
(3)作图步骤(以标准型切割器为)
(1)绘出相邻护刃器的中心线及其定刀片的宽度(平均宽度
bb1b2)轨迹线。
(2)绘出动刀片的原始位置和走过两个进距位置的图形。
(3)A的运动轨迹
10为圆心,曲柄半径r为半径(即A点为起点)作半圆,然后n等分半圆(此时n=8)1、2、3、4、5、6、7、8
2n等分进距(n=8)1、2、3、4、5、6、7、8
3过1、2、3、4、5、6、7、8作垂线(注:
每等份中,
A点横向方向上的行进距离每等分中,在前进方向上的行进距离)
4过1、2、3、4、5、6、7、8作水平线,分别交过1、2、3、
4、5、6、7、8作的垂线的对应点于1、2、3、4、5、6、7、8
5用光滑的曲线连接起来,即A点轨迹。
(4)作B点运动轨迹,(作法与A点作法一样)
(注:
用刀刃上各点的运动轨迹是一样的,所以用样板曲线复制即可)讨论:
①I区为一次切割区(扫过区)(弯斜小,割茬较整齐)
2川区为空白区(弯斜大,尤其是纵向弯斜,割茬不整齐)
3n区为重割区(浪费功率,且粮食中会有短茎杆)
分析:
①当Vm不变时,曲柄n提高或刀高h变小时》n变大,川区减小
②当n不变,Vm上升或h减小时,n区减小,川区变大。
当H上升时,则n区减小,川区增大;
当h减小(其他条件不变),n区增大,川区减小。
因此,正确选择H和H与刀片刃部高度h之间的比例很重要。
现有:
谷物收割机H=(1.2~2)h
谷物联收机H=(1.5~3)h
割草机H=(1.1~1.5)h
5、切割器功率计算
功率包括切割功率Ng和空转功率Nk两部分。
空转功率Nk与切割器的安装技术状态有关。
即NNgNk
机组前进速度,米/秒
B-
割幅m
L0
—切割单位面积的茎杆所需的功率(
Nm/m2)
Ng
般每米割幅Nk为0.3~0.56KW(0.8~1.5马力)
作业:
一•目的
1、掌握切割器参数的计算方法
2、掌握切割器速度图和切割图的画法和分析方法二•已知条件
定刀片mm
n
tmm
割幅B
m
b1
C
普I
型
24
21
58
16
75
54
8
500
1.3
76.2
3
普n
300
低割型
6
70
48
10
101.6
1、确定割刀平均速度,进距H,切割功率
2、绘切割速度图,切割图,计算Vs和Vz的数值并算出切割速度围。
要求:
(用3号图纸)按1:
1比例绘图。
6、复式切割器惯性力的平衡
一、惯性力的影响
以曲柄连杆机构驱动的切割器为例分析惯性力的影响。
惯性力的总力转化到曲柄销上,可分解为径向力和切向力。
其惯性力引起的曲柄经向力的变化将引起机架的振动(影响使用寿命和工作质量)
切向力,引起曲柄上的扭拒也交替变化,导致转速波动(影响工作质量)对于小型收割机具,抗振能力差,必须考虑惯性力的平衡。
二、惯性力的平衡
以曲柄连杆机构传动为例
往复式切割器惯性力平衡分析
mw——曲柄质量
md――割刀质量
用质量代换法(用集中在连杆两端销轴中心的质量的惯性力来代替)解决连杆的惯性力。
根据静代法,连杆集中在A、B两点的质量分别为:
ml2
m2
m——连杆的质量
①旋转质量产生的惯性力PB旋(mim2)r
②往复惯性力Pa往叶mgrcost
——离心加速度在水平方向上的分量(即刀头的往复加速度)
m配使其产生
平衡:
旋转惯性力Pb旋是容易被平衡的,只要在曲柄销的对面加一配重:
(m2mq)r
m配
往复惯性力Pa惯的平衡:
若在曲柄对面,半径为R配2处加一个质量为m配2的配重其平
衡重产生的离心力为F配2
若选适当的平衡重m配2使P配2平=PA往
则往复惯性力则可完全平衡
但平衡了Pa往又出现了P配2重(垂直方向的惯性力)引起机器的上、下振动(注曲轴为
立轴式P配2重成为Pte2前后将引起机器的前后振动)
所以,对Pa往一般采用部分平衡,以不致使P配2重过大。
实际中只平衡Pa往的一半或三
讨论:
1、旋转惯性力完全平衡,往复惯性力部分平衡,若现在全部平衡需特殊的传动机构
32R配2
分之一。
即m配2实
丄1(mimd)r
2、若R配iR配2r则总配重m配总
m1
32
md
m2mq
m配1和m配2实来近似地处理有
3、实际中一般都是以这种按力偏距情况计算平衡重偏距情况下的平衡问题。
四•回转式切割器
(一)类型(结构课讲)
由刀盘的回转运动和机器前进速度所合成。
刀片上任一点对地
(二)割刀运动分析工作特点:
回转割刀的运动,面的轨迹为与摆线,刀刃扫过的面积对地面为余摆带,其带宽与刀刃高度近似。
相邻刀片各、外端点的位移方程。
第一刀:
点a的位移方程
xaRcost
YaVmtRsin
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- 谷物 收获 机械 概论