联合收割机割台设计说明书

一、 拨禾轮的结构设计

为了增强拨禾轮的扶禾能力强,适当调整弹齿倾角,对倒伏作物有较强的适应能力,且可以广泛应用于大中型联合收获机上,选择设计一种偏心拨禾轮。

它由带弹齿的管轴、主辐条(左、右两组)、辐盘、副辐条、偏心盘、偏心吊杆、支承滚轮和调节杆等组成。图3-1中M 是固定拨禾轮轴上的辐盘,M 1是

调节用的偏心圆环,

图3-1 拨禾轮偏心机构示意图

A -A 为管轴,其上固定弹齿AK ,M 的辐条与A -A 铰接,在管轴A -A 的一端伸出曲柄A -a ,M 1的辐条与A -a 铰接,M 和M 1的两组辐条长度相等(AO =aO 1),偏心距OO 1(一般为50-80mm )和曲柄长度A -a 相等,因此,整个偏心拨禾轮由5组平行四连杆机构OO 1aA 组成。偏心圆环M 1可绕轴心O 转动。当调整偏心圆环M 1的位置,即可改变OO 1与轴线OA 的相对位置,曲柄Aa (包括和它成一体的管轴及弹齿AK )也随着改变其在空间的角度。调整好所需角度后,将OO 1的相对位置固定下来,于是在拨禾轮旋转时,不论转到哪个位置,Aa 始终平行于OO 1,弹齿AK 也始终保持调整好的倾角。

倾角调节范围为由竖直向下到向后或向前倾斜30°。当顺着和横着的倒伏作物的方向收割时,将弹齿调到向后倾斜15°—30°,并将拨禾轮降低和前移。

收割高而密、向后倒伏的作物时,将弹齿调到前倾15°。收割直立作物时,弹齿调到与地面垂直。

二、 拨禾轮的工作原理

1、 拨板的运动分析

拨禾轮工作时拨板的运动是一种复合运动,由拨板绕轴的回转运动和机器的前进运动复合而成,其运动轨迹可以由作图法求出(图3-2a )。拨禾板上AO 点的运动轨迹,先将AO 点回转的圆周作m 等分,然后用下式求出在拨板每转一等分时间间隔内机器前进的距离:

S =V m

60

mn

式中 V m ——机器前进速度(m/s) n ——拨禾轮转速(r/min)

由点1沿机器前进方向量取长度为S 的线段,线段的端点1′即为拨禾板上的点AO 在转过一等分圆周时的绝对位置;同理,由点2、3……、m 沿前进方向依次量取长度分别为2S 、3S ……、mS 的线段, 2′、3′……m ′即分别为点A 0转过2、3、……m 等分圆周时的绝对位置。连接点1′、2′……m ′就得到了拨禾轮上拨板上A 0点的运动轨迹。

设拨禾轮轴O 0在地面上的投影点O 为坐标原点(图3-2b ),X 轴沿地面指向前进方向,Y 轴垂直向上,拨禾板外缘上一点由水平位置A 0开始逆时针方向旋转,则其轨迹方程为:

X =V m t +R cos ωt

Y =H -R s i n ωt +h

式中R ——拨禾轮半径

ω——拨禾轮角速度

H ——拨禾轮轴离割刀的垂直安装高度

h ——割刀离地高度

2、 拨禾轮正常工作的条件

拨禾板运动轨迹的形状,决定于拨禾轮的圆周速度V y 与机器前进速度V m 的比值λ称为拨禾速度比。

轨迹形状随λ值不同的变化规律如图3-3所示。λ值从0变化到∞时,拨禾板的轨迹形状由直线(λ=0)变化到短幅摆线(λ<1)、普通摆线(λ=1)、长幅摆线(λ>1)直至圆(λ=∞)。要使拨禾轮完成对茎秆的引导、扶持和推送作用,就必须使拨禾板具有

向后的水平分速度。轨迹曲线上各点切线的方向,就是拨禾板在各种位置时的绝对速度方向。从图3-3分析可知,当λ≤1时,在轨迹曲线上的任何一点,均不具有向后的水平分速度。只有当λ>1时,即轨迹形状为长幅摆线(常称余摆线)时,运动轨迹形成扣环,在扣环下部,即扣环最长横弦EE ′(图3-3

)的下方,

拨禾板具有向后的水平分速度。

由此可知,拨禾轮正常工作的必要条件是:拨禾速度比λ>1。

三、 拨禾轮主要性能参数的确定

1、 拨禾轮的直径

拨禾轮直径的确定与它所要完成的功能有关,其确定应遵循以下两个原则: 1.拨板进入禾丛时其水平分速度为零;

2.拨禾轮拨板扶持切割时应作用在禾秆割取部分的1/3处(即重心稍上方)。 如图3-4所示,根据以上两个条件,可以确定

R =O 2B =R sin ϕ1+(L -h ) ⨯

1

3

(3-1)

式中:R ——拨禾轮半径 L ——作物自然高度 H ——割茬高度 ϕ1——入禾角 此时 sin ϕ1=

1

λ

(3-2)

则有拨禾轮的半径为:

R =

λ(L -h )

(3-3)

3(λ-1)

式中:D ——拨禾轮直径 λ——拨禾速度比

由实际收获作业状况,分别取λ=1.5 ,L=950mm ,h=100mm,即有:

(3-4)

2、 拨禾轮的转速

在选择拨禾轮的转速时,首先应确定拨禾速度比λ。

由前面分析可知,拨禾轮正常工作的必要条件为λ>1。加大拨禾速比λ,拨禾轮的作用范围和作用程度都会增加。但当机器速度V m 一定时,增加λ值,就要提高拨禾轮的圆周速度V y ,这将因拨禾板对作物穗部的冲击加大而使落粒损失剧烈增加。实践证明,拨板的圆周速度V y 一般不宜超过3m/s,对于水稻V y 一般不宜超过3m/s。因此,拨禾轮的拨禾速比λ的提高受到最大圆周速度的限制。

λ值的选取,需根据拨禾轮拨板数、作业速度和收获时作物的成熟程度等条件来确定。经试验测得适应不同的作业速度的λ值见表3-1。

表3-1 各种作业速度的λ值

选取λ=1.5 机器前进速度V m =1.0m/s

根据已确定的λ值和机器前进速度的要求,可以确定拨禾轮的转速n 。计算:

∵v b =

nD π

(3-5) 60

又 λ=

v b

(3-6) v m

∴n =

60v m λ60⨯1.0⨯1.5

==32(r min) (3-7) πD 3.14⨯0.9

式中: n ——拨禾轮的转速(r/min) D ——拨禾轮的直径(m )

V m ——机器作业速度(m/s) λ——拨禾速度比 3、 割幅

割幅B 按下式决定:

查资料,分别取 β=0.8 A=600 v m =2

式中:q ——设计喂入量(kg/s),根据生产需要,作物特性和机型及其大小而提出的,为给定值为2.0kg/s。

β——割下作物的谷草比(谷粒重/割下物总重) A ——作物的平均产量(千克/亩) V m ——联合收获机的平均作业速度(m/s) 4、 拨禾轮的功率消耗

拨禾轮在引导,推送茎秆过程中需克服茎秆弹性变形阻力,穗部重量,作物茎秆缠绕阻力及空转阻力等,其功率消耗可按下式作近似计算:

N =PB V b =40×2. 24×1. 5=134. 4(W )

(3-9)

式中 P ——拨禾轮单位宽度上的切向阻力,取P =40N /m ; B ——拨禾轮宽度(m ) V b ——拨禾轮圆周速度(m/s)

四、 拨禾轮的工作过程分析

1、 拨禾轮的农业技术要求

每块拨板从开始接触未割作物,直到将已割作物向后推送并与之脱离接触,这是它完整的工作过程。要使拨禾轮具有良好的工作质量,除了必须满足λ>1的条件外,还应该满足工作过程中不同阶段的要求:拨板在入禾时,其水平分速度应该为零,这样对穗部的冲击最小,可以减少落粒损失;切割时,拨板应扶持作物茎秆,以配合进行切割,避免切割器将茎秆向前推倒;茎秆切断后,拨板应继续稳定地向后推送,以清扫割刀,并防止作物向前翻倒或被向上挑起,造成损失。

2、 拨板的入禾角和拨禾轮安装高度分析 (1)拨板的入禾角

图3-6为拨禾轮的工作过程简图。图中,假设拨禾轮轴安装在切割器的正上方,作物直立,作物高度为L 。

拨禾轮作业时为了减少拨板对谷物的碰击,拨板进入禾丛时,其水平分速度应为零,即

v X =

dX

=v m -R ωsin ωt 1=0

dt

(3-10)

则有:

sin ωt 1=

v m 1

= R ωλ

(3-11)

取λ=1.5 则拨板的入禾角ωt 1为

w t 1=arcsin() =arcsin(

1

λ

) = 1.54

(3-12)

(2)拨禾轮高度分析

由图3-6可以建立下列关系式:

L +Rsin ωt 1=h +H

(3-13)

而sin ωt 1=1/λ

代入整理可得拨禾轮的安装高度H 为:

H=L+R/λ-h

(3-14)

式中 H ——拨禾轮的安装高度 h ——割刀离地高度 R ——拨禾轮的半径 λ——拨禾速比

L ——所收获作物的自然高度

分别取h=100mm,R=450mm,λ=1.5 ,L=1000mm ,得到拨禾轮的安装高度为:

H=L+R/λ-h=1000+450/1.5-100=1200mm

(3-15)

五、 拨禾轮弹齿的设计

设计一种收割机拨禾轮弹齿,包括通过后端与拨禾轮连接的弹齿齿体,弹齿

齿体为采用弹簧钢丝制成的呈弧状的弹齿齿体,弹齿齿体通过后端设有的安装孔与收割机拨禾轮螺栓连接。

设计拨禾轮弹齿两齿间的宽度为l 0=118mm,长度为b =215mm,如图3-7所示,分别安装在偏心拨禾轮的5组平行四连杆机构上,每两个弹齿之间的中心间隔为a =230mm,

图3-7拨禾轮弹齿结构示意图

所以每个连杆上应有弹齿:

n =

(3-16)

计算整个拨禾轮所需要弹齿的总数量为:N=5n=45

本实用具有较好的挠性,提高了对倒伏作物的收割能力,并且减轻了打击籽粒的力度,减少了籽粒损失,拓宽了收割机的适应性,从而大大提高用户的经济效益。

至此,已经完成拨禾轮主要部件的设计和计算,其他零部件的设计和选择可以根据实际工作情况和经验,适当选材和确定尺寸。

B 2240

=≈9 a 230

六 割台螺旋推运器的设计

割台螺旋推运器由螺旋和伸缩扒指两部分组成。螺旋将割下的谷物推向伸缩扒指,扒指将谷物流转过900纵向送入倾斜输送器,由输送链耙将谷物喂入滚筒。

1、 割台螺旋的设计

割台螺旋的主要参数的确定。割台螺旋的主要参数有内径、外径、螺距和转速等。

(1)割台螺旋的内径的大小应使其周长略大于割下谷物茎秆长度,以免被茎秆缠绕。水稻收获时割下茎秆的长度约为900mm ,所以割台螺旋的内径大小d 应满足πd ≥900,即为d ≤

900

。设计选取内径d=300mm 3. 14

(2)确定割台螺旋的外径时,注意到螺旋叶片的高度不宜过小,应该能够容纳割下的谷物(设计采用的叶片高度为100mm ),因而螺旋外径为D=500mm。

(3)螺距的大小决定于螺旋叶片对作物的输送能力。利用螺旋来输送谷物,必须克服谷物对叶片的摩擦,才能使输送物前进。为此,螺旋推运器的螺距S 值应为:

S ≤πd t a n α=π⨯30⨯0

(4-1)

500mm t a 0n =20

式中 d ——螺旋内径 α——内径的螺旋升角为20°

为了保证螺旋对谷物的输送和提高输送的均匀性,选择螺距值S=460mm (4)螺旋转速 由于谷物只是占有螺旋叶片空间的一小部分,因此只能按经验数据确定。一般在150-200转/分范围内,即可满足输送要求。表4-1列出几种联收机割台螺旋推运器的技术数据。

表4-1 割台螺旋推运器参数

由收获机的实际传输动力和收割功率,确定螺旋的转速为n=178r/min 由于输送的谷物不是充满螺旋叶片空间,因此,从螺旋叶片到伸缩扒指的输送过程是非均匀连续的,而是一小批一小批地输送给伸缩扒指。如果伸缩扒指位于左右螺旋的中部,为了提高其喂入的均匀性,左旋叶片和右旋叶片与伸缩扒指相交接的两个端部,应相互错开1800。有的还装有附加叶片,延伸到伸缩扒指之中,也是为了改善割台螺旋推运器的喂入均匀性。

2、 伸缩扒指的设计

(1) 伸缩扒指结构的设计

伸缩扒指安装在螺旋筒内,由若干个扒指并排铰接在一根固定的曲轴上(图4-2)。曲轴与固定轴固结在一起。曲轴中心01与螺旋筒中心O 有一偏心距。扒指的外端穿过球铰连接于螺旋筒上。这样,当主动轮通过转轴使螺旋筒旋转时,它就带动扒指一起旋转。但由于两者不同心,扒指就相对于螺旋筒面作伸缩运动。由图可见,当螺旋筒上一点B 1绕其中心0转动900到B 2时,带动扒指绕曲柄中心O 1转动,扒指向外伸出螺旋筒的长度增大。由B 2转到B 3和B 4时,扒指的伸出长度减小。

工作时,要求扒指转到前下方时,具有较大的伸出长度,以便向后扒送谷物。当扒指转到后方时,应缩回螺旋筒内,以免回草,造成损失。

如果使曲轴中心O 1绕螺旋筒中心O 相对转动一个角度,则可改变扒指最大伸出长度所在的位置,同时扒指外端与割台底板的间隙也随着改变。扒指外端与割台底板的间隙应保持在10mm 左右。当谷物喂入量加大而需将割台螺旋向上调节时,扒指外端与底板的间隙也随着增大,此时应转动曲轴的调节手柄,使扒指外端与割台底板的间隙仍保持在10mm 左右。在联收机的割台侧壁上装有调节手柄,用以改变曲轴中心O 1的位置。

(2) 伸缩扒指主要参数的确定

伸缩扒指的主要参数有扒指长度L 和偏心距e

当扒指转到后方或后上方时,应缩回到螺旋筒内,但为防止扒指端部磨损掉入筒内,扒指在螺旋筒外应留有10mm 余量。当扒指转到前方或前下方时,应从螺旋筒内伸出。为达到一定的抓取能力,扒指应伸出螺旋叶片外40~50mm 。

在图4-3中,D 为螺旋外径,d 为螺旋内径,即螺旋筒直径,L 为扒指长度,e 为偏心距。

确定结构尺寸:为了满足扒指在筒外露出最短,后上方外露量为10mm ,(以防扒指掉入筒内),在伸出最长的位置,扒指应伸出螺旋叶片外40mm 。(以满足抓取能力的要求)

由图上几何关系即可得出确定L 和e 的算式:

偏心距:e =

(D -d )

4+15 (4-2) 长度:L =(D -d )

4

+25 (4-3) 由几何关系:L =d 2+e +10=D

2-e +40 (4-4)

由以上各式即得:L =(D +d )

4

+25 (4-5)又 D=500mm,d=300mm

∴扒指长度L=225mm,偏心距e=75mm

总 结

联合收获机是将收割机和脱粒机用中间输送装置连接成为一体的机构。它能在田间一次完成切割、脱粒、分离和清选等项作业,以直接获得清洁的谷粒,因而生产率很高。在国外许多工业发达的国家,其谷物收获都是用联合收获机完成的。其中割台是其重要的组成部分,收割台的功用是切割作物,并将作物运向脱粒装置,它由拨禾轮、切割器、分禾器和输送器等组成。

本文设计的一种全喂入式水稻联合收获机的卧式收割台,拨禾轮将作物拨向切割器,切割器将作物割下后,由拨禾轮拨倒在割台上。割台螺旋推运器将割下的作物推集到割台中部,并由螺旋推运器上的伸缩扒指将作物转向送入倾斜输送器,然后由倾斜输送器的输送链耙把作物喂入滚筒进行脱粒。

本联合收割机的割台具有结构简单、成本低廉、使用方便的特点,缩小了联合收获机的体积并减轻机重,对多种作物均有较好的适应性。把更多的农民从艰苦的劳动条件下解放出来,大幅度提高劳动生产率,给农民带来了实惠。

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目 录

一 、拨禾轮的结构设计........................................................................................................ 1 二、 拨禾轮的工作原理........................................................................................................ 2 1、 .............................................................................................................................. 拨

板的运动分析.................................................................................................................... 2 2、拨禾轮正常工作条件........................................................................................................ 3 三、拨禾轮主要性能参数确定.............................................................................................. 4 1、拨禾轮直径........................................................................................................................ 4 2、拨禾轮转速........................................................................................................................ 4 3、 割幅.................................................................................................................................. 6 4、拨禾轮功率消耗................................................................................................................ 6 四、拨禾轮工作过程分析...................................................................................................... 6 1、拨禾轮的农业技术要求.................................................................................................... 6 2、拨板入禾角和安装高度分析............................................................................................ 7 五、拨禾轮弹齿的设计.......................................................................................................... 8 六、割台螺旋推运器的设计................................................................................................ 10 1、割台螺旋的设计.............................................................................................................. 10 2、伸缩扒指的设计.............................................................................................................. 11 七、总结................................................................................................................................ 14 八、参考文献........................................................................................................................ 15


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