小型牧草收獲機械切割器的設計

目錄摘要 1第一章緒論 41.1本課題研究背景和意義 4研究背景 4研究的意義 41.2牧草機械的概況 4牧草產(chǎn)業(yè)的開展 41.2.2牧草收獲機械研發(fā)現(xiàn)狀 51.2.3我國牧草收獲機械的主要研究成果 61.2.4開展牧草收獲機械的戰(zhàn)略機遇 61.3對我國牧草收獲機械開展的思考 7加大科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化力度,提高牧草機械開展水平 7引進國外先進技術和設備,走與自主研發(fā)相結(jié)合的開展道路 7加快設備系列化和機具成套化進程 7加大對牧草收獲機械的扶持力度,引入市場多元化投入機制 7借鑒小麥收獲機械開展經(jīng)驗,不斷探索和完善牧草機械推廣和售后效勞體系 8第二章切割器的分析 82.1莖桿物理機械性質(zhì)及其與切割的關系 8．莖稈剛度對切割的影響 8莖稈的纖維方向性與切割的關系 9滑切與切割阻力的關系 92.2切割器的農(nóng)業(yè)技術要求 9不漏割、不堵刀 10結(jié)構簡單、適應性強 10功率消耗少，振動小 10割茬低而整齊 102.3切割器 102.4往復式切割器的構造和傳動機構 11往復式切割器的構造 11結(jié)構標準化 122.5往復式切割器的傳動機構 12曲柄連桿機構 12擺環(huán)機構 13行星齒輪式傳動機構 13第三章往復式切割器的工作原理 133.1刀片幾何形狀的分析〔刀片鉗住莖桿的條件〕 133.2割刀的運動特性 14第四章往復式切割器的切割性能參數(shù)分析 144.1切割速度分析 144.2割刀的行程和平均速度 144.3擺環(huán)機構驅(qū)動時割刀的運動分析 15第五章主要工作部件參數(shù)確實定 155.1光刃 155.2定刀 165.3求進距H 165.4曲柄轉(zhuǎn)速 165.5曲柄半徑r確實定 175.6切割器功率計算 175.7擋草板與前進方向的夾角Φ 185.8割刀進距對切割性能的影響 18第六章往復式切割器慣性力的平衡 206.1慣性力的影響 206.2割刀慣性力的平衡 20結(jié)論 21謝辭 22參考文獻: 23小型牧草收獲機械切割器的設計扣扣153893706摘要:隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整,養(yǎng)殖業(yè)的比例不斷增加,與之相應的牧草種植面積不斷擴大。目前,在江蘇省境內(nèi),牧草種植均為幾十公項以下的中小型教草場,大多地處低山丘陵區(qū),均以人工收割為主,工作效率低,作業(yè)本錢高,而且一年要割四至五茬,勞動強度非常大,新興的牧草種植業(yè)急需經(jīng)濟適用的小型牧草收割機。結(jié)合當前養(yǎng)殖業(yè)開展的新特點,牧草機械的研制在機型上以中小型為主,在研究內(nèi)容上,重點解決勞動強度大,用工多的牧業(yè)生產(chǎn)作業(yè),考慮局部草場的規(guī)模等,目前的往復式、圓盤式等切割裝置，本文在切割原理上有所改變,應用理論分析、計算機設計和試驗相結(jié)合的方法,研究一種高速往復式的切割器,解決柔性與硬度較大莖桿都能切割的問題.為此,確立牧草收獲機械研究工程,考慮到大型收獲機械對黑麥草等柔軟莖桿切割的效果較差,擬與小動力配套,設計一種雙動小型輕便的收草收獲機械.本文主要是對切割器進行分析和計算用UG和AutoCAD軟件進行設計和繪圖,初步完成了整機的設計并整理出圖紙。關鍵詞:牧草收獲機械;機械設計;切割器;往復式SmallforageharvestercutterdesignAbstract:Withtheincreasingproportionoftheruralindustrialstructureadjustment,aquacultureCorrespondingly,comparedwithgrassacreageexpanding.Atpresent,JiangsuProvince,toteachgrassplantingaredozensofhectaresofsmallandmedium-sizedteachingpasture,mostlylocatedinthehillyareaaremainlymanualharvesting,lowefficiency,highoperatingcosts,andayearcutfourtofivecrop,laborintensityisverylarge,emergingteachplantinggrassinurgentneedofaffordablesmallforageharvester.Newfeaturescombinedwiththecurrentdevelopmentofaquacultureindustry,theforagemachineryresearchmodelsmainlysmallandmedium,thecontentofthestudy,focusedonsolvinglabor-intensive,laborandanimalhusbandryproduction,operations,considerthesizeofthepartofthemalefield,thereciprocatingcuttingdevice,disc,etc.inthispaper,thecuttingprinciplehaschanged,theapplicationoftheoreticalanalysis,computerdesignandtestingofacombinationofmethodstostudyahigh-speedreciprocatingcuttersolvetheflexibilityandhardnessthestemcanbecut.establishedteachgrassharvestingmachineryresearchprojects,takingintoaccountthelarge-scaleharvestingmachineryryegrasssoftstemPoorcuttingresults,theproposedsmallpowerfacilities,thedesignofadouble-actionclosingofsmall,lightweightgrassharvestingmachinery.ThisarticleisacutteranalysisandcalculationUGandAutoCADsoftwaredesignanddrafting,completedtheinitialdesignofthemachineandfinishingthedrawings.Keywords:forageharvestingmachinery;mechanicaldesign;cutter;reciprocating第一章緒論1.1本課題研究背景和意義1.1.1研究背景隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構的調(diào)整,全國養(yǎng)殖業(yè)的比例不斷增加,與之相應的牧草種植面積不斷擴大。我省大多地處低山丘陵區(qū),牧草種植均為幾十公頃以下的中小型牧草場,均以人工收割為主,工作效率低,作業(yè)本錢高,而且一年要割四至五茬,勞動強度非常大,新興的牧草種植業(yè)急需經(jīng)濟適用的小型牧草收割機。國內(nèi)外目前現(xiàn)有的牧草收割機械,按切割器的形式主要分為往復式和旋轉(zhuǎn)式兩種,工作幅寬2一6米,生產(chǎn)率為15一80畝/小時,配套動力為9一50kw,這些機具主要為大型牧場所使用,而且多數(shù)是割后無序鋪放,后續(xù)攤鋪、摟草、拾草、打捆均配有專門機具進行作業(yè),配套條件要求較高。而中小型牧草場,由于運作資金少,不可能花巨資購置成套的牧草收獲機具,因此要求割草機具有整齊鋪放功能,利于晾曬。原浙江產(chǎn)的順風牌4GL一120型稻麥割曬機,可以用于局部牧草收獲,但該機是以稻麥為作業(yè)對象而設計的,遇矮稈柔性作物時,上輸送不能正常輸送,只能在下輸送鏈單獨作用下輸送,造成己割牧草傾斜無序輸送,導致堵塞。近幾年來,作為冬季畜禽主要青飼料黑麥草,種植面積不斷增加,已在養(yǎng)殖業(yè)中占有重要的地位,但收獲問題日益突出,人工收獲效率低,勞動強度大,急需解決機械收獲問題。為此,我們確立牧草收獲機械研究工程,考慮到大型收獲機械對黑麥草等柔軟莖桿切割的效果較差,擬與小動力配套,設計一種小型輕便的牧草收獲機械。1.l.2研究的意義1.研制一種小型輕便的牧草收割機械,可以把農(nóng)民從艱苦的勞動條件下解放出來,大幅度提高勞動生產(chǎn)率,對農(nóng)民來說是最實惠的。2.針對目前牧草品種繁多,形態(tài)、大小植株上下各異,目前主要種植的黑麥草、紫花首稽、三葉草等各方面差異較大,切割強度明顯不同,目前的往復式、圓盤式等切割裝置不能很好的解決切割問題,研究一種高速往復振動形式的切割器,解決黑麥草與類似柔性牧草都能切割的問題。1.2牧草機械的概況牧草產(chǎn)業(yè)的開展牧草栽培源于歐洲和美洲,是人類文明的產(chǎn)物。隨人類社會開展,牧草栽培技術日趨完善,隨之產(chǎn)生的牧草收獲及加工機械亦不斷開展。為保證家畜在冬季牧草枯黃期有足夠飼草料,公元前750年,英國人就開始用大鐮刀割草,進行最原始的牧草生產(chǎn)。公元50年,羅馬人開始對牧草進行人工種植,并收獲來曬制干草。15世紀中葉,意大利人開始大量種植紅三葉草Trifoliumpratense作為優(yōu)質(zhì)牧草來飼喂家畜;此后,紅三葉草被大局部歐洲國家引入進行人工栽培和飼草加工,這很大程度上推動了歐洲農(nóng)牧業(yè)的開展。18世紀晚期,歐洲大局部國家重視牧草生產(chǎn),并進行飼草料加工,從而促進牧草機械的開展。20世紀以來,牧草機械設備的快速開展,推動了牧草產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。當苜蓿Medicagosativa成為美國四大作物之一后,全球開始大規(guī)模的牧草機械化生產(chǎn)。我國是世界上牧草種植和利用較早國家之一,種植牧草距今有2000多年歷史。20世紀70年代后期,牧草種植技術、品種選育及草產(chǎn)品加工等開始開展;90年代左右,綜合性的草地畜牧業(yè)開展已初露頭角。因此,畜牧業(yè)的快速開展,天然草地已不能滿足動植物生產(chǎn)的需要,因此全國開始大面積建植人工草地。據(jù)報道,作為全國五大牧區(qū)之一的甘肅省,人工種草留床面積已達85.73萬hm2,其中紫花苜蓿種植面積達53.31萬hm2,居全國首位。國內(nèi)牧草生產(chǎn)的快速開展,也就帶動牧草機械的大力開展。牧草收獲機械研發(fā)現(xiàn)狀國外對于牧草生產(chǎn)、收獲和加工機械的研制起步較早,牧草機具的開展,主要始于近代,距今已有100多年的歷史。大致經(jīng)過以畜力為動力到以拖拉機為動力、從單項牧草收獲作業(yè)機具到成套作業(yè)機具、從分段作業(yè)機具到聯(lián)合作業(yè)機具的開展。20世紀60年代,歐美各國牧草收獲機械飛速開展,直接完成了由以畜力為動力向拖拉機為動力的配套機械的過渡,新型的牧草生產(chǎn)機具不斷出現(xiàn),并迅速推廣、改良;當時,僅美國就有牧草成捆機70萬臺。70年代以來,牧草生產(chǎn)機械的生產(chǎn)趨于飽和,產(chǎn)量穩(wěn)中有降。此后,一些牧草生產(chǎn)機械公司著力于新產(chǎn)品開發(fā)上,主要通過不斷改良操作舒適性和電子計算機在牧草機械生產(chǎn)中的應用來改良牧草生產(chǎn)機械。目前,在牧草機械領域處于領先水平的主要有美國、德國、法國、意大利等;代表機具有德國斯通公司的割曬設備和克拉斯公司的自走式壓捆機、法國庫恩公司的旋轉(zhuǎn)式割草機以及美國的凱斯和紐荷蘭公司生產(chǎn)的割草壓扁機等,這些機具為推動全球牧草業(yè)生產(chǎn)機化發(fā)揮了積極作用。我國畜牧機械工業(yè)起步較晚、開展較慢,和其他作物生產(chǎn)一樣,一直以畜力為動力來進行牧草生產(chǎn)。20世紀50
60年代,我國先后建立和改擴建了一批專業(yè)牧草機械生產(chǎn)廠,如內(nèi)蒙古海拉爾牧業(yè)機械廠、遼寧省金縣農(nóng)機廠和內(nèi)蒙古牧業(yè)機械廠等。20世紀60年代初,開始仿造蘇聯(lián)40-50年代的畜力機引往復割草機、橫向摟草機和畜力捆草機,并進行旋轉(zhuǎn)式割草機和后懸掛雙動力高速割草機的研制。20世紀80年代,通過引進、消化和吸收技術,填補了國內(nèi)一些產(chǎn)品的空白,如旋轉(zhuǎn)式割草機、牽引式撿拾壓捆機、圓捆式卷捆機、方草捆撿拾器、撿拾壓垛機等相繼投產(chǎn),初步形成了散草、方捆、圓捆等多種收獲工藝,使牧草機械化得到逐步開展。到20世紀90年代,國外的摟、捆、裝、運等牧草收獲機械陸續(xù)進入我國牧草種植基地,雖然其技術比擬完善、機具品種多、性能可靠、割幅寬但動力配套條件高、價格昂貴?？傊?歐美各國農(nóng)機公司生產(chǎn)的牧草收獲機械,品種齊全,系列完整,能滿足不同條件下牧草生產(chǎn)機械化的需要。與國外相比,我國牧草機械化總體水平較低、機具保有量少,平均每5500hm2可利用草原才有一套割、摟草機，且嚴重缺少配套機具,機械化程度最高的內(nèi)蒙古呼倫貝爾盟,牧草收獲機械作業(yè)量僅為10%~15%,急需更新。因此,隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整和畜牧業(yè)的快速開展,牧草收獲機具將有廣闊的開展和應用前景。1.2.3我國牧草收獲機械的主要研究成果20世紀50-80年代,為解決牧草生產(chǎn)中的實際困難,我國研制了畜力割草機、機引單刀割草機、旋轉(zhuǎn)式割草機、后懸掛雙動刀高速割草機、單(雙)圓盤及四圓盤旋轉(zhuǎn)式割草機和六圓盤全齒式旋轉(zhuǎn)割草機，并被積極推廣到牧草生中。進入21世紀,我國牧草收獲機械開展迅猛,農(nóng)機研究(推廣)部門及很多高校不同程度地開展了大量的牧草機械研發(fā)工作,主要針對適應不同工作環(huán)境和不同生產(chǎn)區(qū)域的機械研究,并針對從單項作業(yè)到實現(xiàn)多項作業(yè)的收獲機械轉(zhuǎn)化的研制,如9GZX-0.9二圓盤、9GZX-2.5六圓盤旋轉(zhuǎn)牧草收割機、FC250G型錘片式牧草收割機、MDM1300型圓盤割草機、9GS-0.6型牧草收割機、手扶式小型牧草收割機等，這很大程度上推動了我國牧草產(chǎn)業(yè)和牧草生產(chǎn)的開展,為我國牧草機械的開展奠定了根底。2004年,甘肅省農(nóng)機化技術推廣總站聯(lián)合研制了9GQX-137型前懸掛割草壓扁機。2006年,新疆機械研究院自主研制開發(fā)的9GTZ-3600型自走式割草壓扁機,屬國內(nèi)首創(chuàng);同年,由甘肅農(nóng)業(yè)大學自主研制的集往復式切割器與旋轉(zhuǎn)圓盤式切割器優(yōu)點于一體的裝有齒形鏈式切割器的9GY-160型前懸掛割草壓扁機,實現(xiàn)了高速切割與高速作業(yè)的有機匹配,大大提高了牧草收割機的切割能力和作業(yè)能力,是一種技術先進、新型的高速牧草收割壓扁機;該機的研制適應我國農(nóng)村種植業(yè)結(jié)構調(diào)整和牧草生產(chǎn)機械化的開展特點,特別適合在西部較偏僻山區(qū)小型草場和坡地草場推廣和應用。可見,我國的牧草收獲機械的研制逐步向品種齊全、結(jié)構合理、功能優(yōu)化、適應性強等趨勢開展,將為畜牧業(yè)開展發(fā)揮更大的作用。1.2.4開展牧草收獲機械的戰(zhàn)略機遇開展牧草收獲機械,是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整的需要。我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整中已確立加快開展畜牧業(yè),為牧草生產(chǎn)機械提供了廣闊的開展空間。西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施、農(nóng)業(yè)結(jié)構的調(diào)整及環(huán)境保護步伐的加快,促使牧草業(yè)開展為相對獨立的一個大產(chǎn)業(yè),為牧草收獲機械化的開展提供了機遇。同時,西部生態(tài)農(nóng)牧業(yè)開展和環(huán)境建設要求加快牧草生產(chǎn)機械化,將成為西部農(nóng)牧業(yè)機械化開展新的增長點。開展牧草收獲機械,是牧草收獲工效提高和牧草品質(zhì)改善的需要。使用機械適時收獲牧草,不僅可確保牧草的營養(yǎng)價值,且能大大提高勞動生產(chǎn)率,減少牧草損失,增加牧草生產(chǎn)的經(jīng)濟收益。苜蓿在畜牧業(yè)開展中發(fā)揮著舉足輕重的作用,苜蓿被刈割后,枯燥速度對其營養(yǎng)水平和品質(zhì)起決定作用。傳統(tǒng)的苜蓿收獲是采用圓盤式或往復式割草機,都不帶壓扁裝備,雖能夠完成收獲作業(yè);但由于苜蓿脫水枯燥時間長,蛋白質(zhì)的損失很大,不能保證苜蓿產(chǎn)品的品質(zhì)。因此,大力推廣割草壓扁機收獲苜蓿是十分必要的。加快牧草收獲機械化的開展,是畜牧業(yè)系統(tǒng)開展和農(nóng)牧民生活水平提高的需要。我國草地總面積4億hm2,可利用草地面積占草地總面積的79%。目前,我國的草地畜牧業(yè)生產(chǎn)力水平較低,同類草地的肉、毛、奶產(chǎn)出量不到美國的5%。因此,調(diào)整和改善我國居民合理的膳食結(jié)構,提高草食動物(如牛、羊)在居民肉食中所占的比例,已成為人民生活水平的重要指標之一。而利用機械化作業(yè),提供大量的優(yōu)質(zhì)牧草作為飼料,是實現(xiàn)上述目標的根本保障。1.3對我國牧草收獲機械開展的思考1.3.1加大科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化力度,提高牧草機械開展水平牧草收獲機械是牧草生產(chǎn)機械化的重要物質(zhì)根底之一,我國大面積的草地建設和牧草種植,需要具有科技含量高的草業(yè)畜牧機械特別是牧草收獲機械的支持。因此,加強牧草收獲機械技術創(chuàng)新、提高其科技含量、加大科技成果轉(zhuǎn)化和推廣力度,是各級農(nóng)機研究和推廣部門、高等院校的一項重要任務。要重點研究牧草收獲機械新領域,推廣割、壓、摟、捆、運一體化設備,加大牧草收獲機械工業(yè)標準化建設和檢測方法研究;要重視對技術、標準和專利的應用工作,不斷提高自身水平,縮小與興旺國家的差距;更要學習和借鑒國外的先進技術和管理經(jīng)驗,合理利用人才資源,建設創(chuàng)新團隊,提高科技成果的轉(zhuǎn)化率,將科研成果盡快變成現(xiàn)實生產(chǎn)力,促進畜牧業(yè)又好又快開展。1.3.2引進國外先進技術和設備,走與自主研發(fā)相結(jié)合的開展道路引進國外先進技術和加工設備,走聯(lián)合開展之路,是開展具有國際先進水平牧草收獲機械的途徑之一。目前,我國牧草機械生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率、使用可靠性等方面都有待提高。要抓住經(jīng)濟全球化的戰(zhàn)略機遇,在充分發(fā)揮現(xiàn)有技術的根底上,重視引進和吸收國外先進技術和加工設備,加強同國外技術先進的農(nóng)機企業(yè)合作與交流,高起點地開展適合國情的牧草機械。要采取引進技術與消化生產(chǎn)相結(jié)合的方式,有針對性地吸收國外先進的牧草機械新技術。為我所用,結(jié)合國情轉(zhuǎn)化生產(chǎn),使重點骨干企業(yè)建立起自己的技術開發(fā)體系,形成較強的自主開發(fā)能力,提高產(chǎn)品性能,保持并創(chuàng)造自己的品牌。要加大對各種型號牧草收獲機械的研制,在確保其性能、使用平安和標準的前提下,實現(xiàn)簡單、實用化。1.3.3加快設備系列化和機具成套化進程加速適合山區(qū)的小型牧草收割機研發(fā)和推廣在我國豐富的草地資源中,相當大面積的牧草分布在山區(qū)丘陵地帶,西部地區(qū)更是如此;在實行草畜雙承包到戶生產(chǎn)責任制以后,經(jīng)營規(guī)模小限制了大型牧草機械的開展。要提高畜牧業(yè)的整體開展水平,必須因地制宜,加快研制適應不同地域特征的小型牧草收割機,推動牧草產(chǎn)業(yè)良性開展。因此,由生產(chǎn)單一機械開展到生產(chǎn)多品種、多系列以及不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)設備和成套化機具,將是今后開展的方向。1.3.4加大對牧草收獲機械的扶持力度,引入市場多元化投入機制畜牧業(yè)的開展要求各級政府加大對牧草收獲機械的扶持力度,設立牧草種植與生產(chǎn)專項基金,支持牧草生產(chǎn)機械化的快速開展,鼓勵和引導農(nóng)民應用牧草收獲機械。同時,農(nóng)機推廣部門應發(fā)揮其連接企業(yè)與農(nóng)民的橋梁紐帶作用,及時組織牧草收獲機械演示和展覽會,完善效勞體系,提高效勞質(zhì)量。另外,市場多元化投入體制是牧草生產(chǎn)機械化,特別是西部地區(qū)牧草生產(chǎn)機械化開展的重要保證;要按照市場規(guī)律吸引國外和國內(nèi)東部興旺地區(qū)的資金,開展牧草生產(chǎn)機械,形成以農(nóng)戶為主體,國家、集體、農(nóng)戶多元化的投入體制和以股份制為主的多種運行機制,保證牧草生產(chǎn)機械化的穩(wěn)步開展。1.3.5借鑒小麥收獲機械開展經(jīng)驗,不斷探索和完善牧草機械推廣和售后效勞體系
牧草機械的開展,要學習和借鑒我國小麥Triticumaestivum收獲機械開展的成功經(jīng)驗,不斷完善牧草機械生產(chǎn)、推廣和售后效勞體系,促進牧草收獲機械的快速開展。在立足牧草市場、依托政府和建立多元化投入機制的同時,逐步完善有關法規(guī)、政策和標準,充分發(fā)揮牧草機械行業(yè)協(xié)會的作用,指導行業(yè)開展和技術進步,提高效勞和管理職能,科學標準研發(fā)工作,制定有關技術文件和標準。同時,加強售后效勞管理工作,做強牧草機械產(chǎn)業(yè),促進畜牧業(yè)健康開展。第二章切割器的分析2.1莖桿物理機械性質(zhì)及其與切割的關系切割器的切割質(zhì)量不僅與切割器的結(jié)構和參數(shù)有關，也取決于莖稈的物理機械性質(zhì)。圖2-1有支承切割a.兩點支承切割b.一點支承切割2.1.1．莖稈剛度對切割的影響圖2-1有支承切割a.兩點支承切割b.一點支承切割現(xiàn)有切割器按切割原理不同可分為有支承切割和無支承切割兩種。在有支承切割中又有一點支承切割和兩點支承切割之分，其切割過程如圖2-1所示。對直徑細、剛度小的莖稈，取兩點支承切割較為有利〔圖2-1a〕切割時莖稈彎曲較小〔接近剪切狀態(tài)〕，切割較省力。對直徑粗、剛度大的莖稈，那么可取一點支承切割。由試驗觀察：有支承切割的割刀速度，在0.3—0.6m/s時，小麥莖稈有被壓扁和撕破現(xiàn)象，且阻力由大逐漸減??；當速度超過0.6m/s時，莖稈被壓扁和撕破的現(xiàn)象消失，且阻力減少緩慢，故一般對切割谷物取割刀速度為0.8m/s以上。圖2-2無支承切割無支承切割的過程如圖2-2所示。切割時有切割力Pd、莖稈的慣性力PAB和PBC及莖稈的反彈力Pr等。為使切割可靠，應使莖稈慣性力與莖稈反彈力之和大于或等于切割力。即圖2-2無支承切割Pd≤PAB＋PBC＋Pr假設將莖稈視為一端固定的懸臂梁，根據(jù)材料力學分析可知：為增大慣性力和莖稈的反彈力，除需盡可能降低割茬外，還應提高切割速度。據(jù)試驗資料，對細莖稈作物〔如牧草〕切割速度應為30－40m/s；對粗莖稈作物如玉米，由于莖稈剛度較大，切割速度可較低，為6－10m/s。2.1.2莖稈的纖維方向性與切割的關系作物莖稈由纖維素所構成。其纖維方向與莖稈軸線平行，因此割刀切入莖稈的方向與其切割阻力和功率消耗有著密切關系。據(jù)試驗，按圖2-3的三種切割方向，其切割阻力和功率消耗有較大的差異。1〕橫斷切：切割面積和切割方向與莖稈軸線垂直〔圖2-3a〕。2〕斜切：切割面與莖稈軸線偏斜，但切割方向與莖稈軸線垂直〔圖2-3b〕。3〕削切：切割面和切割方向都與莖稈軸線偏斜〔圖2-3c〕。圖2-3三種切割方向a.橫斷切b.斜切c.削切圖2-3三種切割方向a.橫斷切b.斜切c.削切圖2-4滑切與砍切a.砍切b.滑切2.1.3滑切與切割阻力的關系切割莖稈時，刀刃的運動方向?qū)η懈钭枇τ绊戄^大。如刀刃沿垂直于刃線方向切入莖稈時〔為砍切〕，那么切割阻力較大；假設刀刃沒刃線的垂線偏一α角方向切入莖稈時〔為滑切〕，那么切割阻力較小。2.2切割器的農(nóng)業(yè)技術要求切割器是收割機上重要的通用部件之一。其性能的好壞對于收獲作業(yè)的順利進行，降低收獲損失等都具有很大的作用。因此，它必須滿足一些特定的要求。2.2.1不漏割、不堵刀這是確保收獲作業(yè)順利進行的重要條件。這不僅要求切割器在結(jié)構和形狀上能夠很好地滿足作業(yè)要求，而且在加工材料上要具有堅韌、耐磨并長期保持鋒利的特點。同時，在使用中也應該經(jīng)常校正，刃磨及調(diào)整并保持合理的切割間隙〔往復式〕。2.2.2結(jié)構簡單、適應性強切割器是易損部件，在作業(yè)過程中由于經(jīng)常接觸到地表的一些堅硬物而遭到破壞，而需隨時將損壞件進行更換。因此，要求結(jié)構簡單、制造方便，并要求其通用性強，適應性廣，目前使用的往復式切割器，除特殊用途外，均采用國家標準型。2.2.3功率消耗少，振動小功率消耗少是收割機上一切工作部件的設計原那么之一，這是減少整機功率消耗，減小配套動力的前題。振動小，運動平穩(wěn)對于降低收獲作業(yè)中的落粒損失意義重大，尤其是作物在完熟后期，振動大小對落粒多少影響更大。圖2-5各種尺寸類型切割器a.普通Ⅰ型b.普通圖2-5各種尺寸類型切割器a.普通Ⅰ型b.普通Ⅱ型c.低割型對于低莢類作物，如大豆，以及整個植株都要收獲的牧草等，要求進行低割，以減少損失，增加收獲量。此外，對于任何作物的收獲也應做到割茬整齊化一。2.3切割器根據(jù)切割器結(jié)構及工作原理的不同可分為：往復式、圓盤式和甩刀回轉(zhuǎn)式三種。此次設計采用往復式。其割刀作往復運動，結(jié)構較簡單，適應性較廣。目前在谷物收割機、牧草收割機、谷物聯(lián)合收獲機和玉米收獲機上采用較多。它能適應一般或較高作業(yè)速度〔6－10km/h〕的要求，工作質(zhì)量較好，但其往復慣性力較大，振動較大。切割時，莖稈有傾斜和晃動，因而對莖稈堅硬、易于落粒的作物易產(chǎn)生落粒損失〔如大豆收獲〕。對粗莖稈作物，由于切割時間長和莖稈有屢次切割現(xiàn)象，那么割茬不夠整齊。往復式切割器按結(jié)構尺寸與行程關系分有以下幾種：〔1〕．普通Ⅰ型普通Ⅰ型切割器的特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較強，對粗、細莖稈的適應性能較大，但切割時莖稈傾斜度較大、割茬較高。這種切割器在國際上應用較為廣泛，多用于麥類作物和牧草收獲機械上。其特點是：動刀片較窄長〔切割角較小〕，護刃器為鋼板制成，無護舌，對立式割臺的橫向輸送較為有利。其切割能力較強，割茬較低。其護刃齒的間距較大，專用于收割粗莖稈作物。青飼玉米收割機、高粱收割機和對行收割的玉米收獲機采用。〔2〕．普通Ⅱ型該切割器的動刀片間距t及護刃器間距t0與普通Ⅰ型相同，但其割刀行程為普通Ⅰ型的2倍。其割刀往復運動的頻率較低，因而往復慣性力較小。此點對抗振性較差的小型機器具有特殊意義，適于在小型收割機和聯(lián)合收獲機上采用?！?〕．低割型切割器的割刀行程S和動刀片間距t均較大，但護刃齒的間距t0較小。切割時，莖稈傾斜量和搖動較小，因而割茬較低，對收割大豆和牧草較為有利，但對粗莖稈作物的適應性較差。低割型切割器由于切割時割刀速度較低，在莖稈青濕和雜草較多時切割質(zhì)量較差，割茬不整齊并有堵刀現(xiàn)象。目前在稻麥收割機上采用較少。因此選擇普通Ⅰ型。圖2-6往復式切割器護刃器梁2.摩擦片3.壓刃器4.刀桿5.動刀片6.定刀片7.護刃器a.護刃器上舌2.4往復式切割器的構造和傳動機構圖2-6往復式切割器護刃器梁2.摩擦片3.壓刃器4.刀桿5.動刀片6.定刀片7.護刃器a.護刃器上舌2.4.1往復式切割器的構造往復式切割器由往復運動的割刀和固定不動的支承局部組成〔圖2-6〕。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構相連接，用以傳遞割刀的動力。固定局部包括護刃器梁、護刃器、鉚合在護刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復運動，其護刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運動中將禾稈推向定刀片進行剪切。圖2-7動刀片〔1〕動刀片：它是主要切割件，為對稱六邊形〔圖2-7〕，兩側(cè)為刀刃。刀刃的形狀有光刃和齒紋刃兩種。光刃切割較省力，割茬較整齊，但使用壽命較短，工作中需經(jīng)常磨刀。齒紋刃刀片那么不需磨刀，雖切割阻力較大，但使用較方便。在谷物收割機和聯(lián)合收獲機上多采用它。而牧草收割機由于牧草密、濕，切割阻力較大，多采用光刃刀片。刀刃的刃角i對切割阻力和使用壽命影響較大，當刃角i由14°增至20°時，切割阻力增加15％。刃角太小時，刀刃磨損快，而且容易崩裂，工作不可靠。一般取刃角為19°。齒紋刃刀片的刃角i＝23°－25°。光刃刀片為使其磨刀后刃部高度不變，刀片前端頂寬b，一般b＝14－16毫米，齒紋刃刀片其b值較小些。刀片一般用工具鋼〔T8、T9〕制成，刃部經(jīng)熱處理，熱處理寬度為10－15毫米，淬火帶硬度為HRC50－60，非淬火區(qū)不得超過HRC35。刀片厚度為2－3毫米。每厘米刀刃長度上有6－7個齒，刀刃厚度不超過0.15毫米。圖2-7動刀片〔2〕定刀片：定刀片為支承件，一般為光刃，但當動刀片采用光刃時，為防止莖稈向前滑出也可采用齒刃。國外有的機器護刃器上沒有定刀片，由鍛鋼護刃器支持面起支承切割的作用?！?〕護刃器：護刃器的作用是保持定刀片的正確位置、保護割刀、對禾稈進行分束和利用護刃器上舌與定刀片構成兩點支承的切割條件等。其前端呈流線形并少許向上或向下彎曲，后部有刀桿滑動的導槽。護刃器一般為可煅鑄鐵或煅鋼、鑄鋼等制成，可鑄成單齒一體，或雙齒一體或三齒一體。單齒一體損壞后易于更換，但安裝和調(diào)節(jié)較麻煩，現(xiàn)多采雙齒護刃器。〔4〕壓刃器：為了防止割刀在運動中向上抬起和保持動刀片與定刀片正確的剪切間隙〔前端不超過0－0.5毫米，后端不大于1－1.5毫米〕，在護刃器梁上每隔30－50厘米裝有壓刃器〔在割草機上每間隔20－30厘米〕。它為一沖壓鋼板或韌鐵件，能彎曲變形以調(diào)節(jié)它與割刀的間隙?！?〕摩擦片：有的切割器在壓刃器下方裝有摩擦片，用以支承割刀的后部使之具有垂直和水平方向的兩個支承面，以代替護刃器導槽對刀桿的支承作用。當摩擦片磨損時，可增加墊片使摩擦片抬高或?qū)⑵湎蚯耙苿印Ｑb有摩擦片的切割器，其割刀間隙調(diào)節(jié)較方便。2.4.2結(jié)構標準化為了便于組織專業(yè)化生產(chǎn)和零配件供給，1975年公布了切割器的國家標準〔GB1209－1213-75〕。切割器分為三種型式。〔1〕Ⅰ型切割器：其t＝t0＝76.2毫米，動刀片為光刃，刀片水平傾角為6°30′，護刃器為單齒，設有摩擦片。用于割草機?！?〕Ⅱ型切割器：其t＝t0＝76.2毫米，動刀片為紋齒刃，護刃器為雙齒，設有摩擦片。用于谷物收割機和聯(lián)合收獲機?！?〕Ⅲ型切割器：其t＝t0＝76.2毫米，動刀片為齒紋刃，護刃器為雙齒，無摩擦片。用在谷物收割機和谷物聯(lián)合收獲機上。2.5往復式切割器的傳動機構其特點是把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橥鶑瓦\動。由于各種機器的總體配置和傳動路線不同，因此傳動機構的種類較多。按結(jié)構原理的不同可分為曲柄連桿機構、擺環(huán)機構和行星齒輪機構等三種。2.5.1曲柄連桿機構曲柄連桿〔或滑塊〕機構由曲柄、連桿〔或滑塊與滑道〕及導向器等組成。為適應不同配置的割臺型式和傳動路線，該機構又有如圖8－21所示的幾種傳動形式。〔1〕一線式曲柄連桿機構：其曲柄、連桿及割刀在一個垂直平面內(nèi)運動。其機構雖較簡單，但橫向占據(jù)空間較大，只適于側(cè)置式收割機〔如GT－4.9聯(lián)合收獲機〕采用。假設將該機構旋轉(zhuǎn)900，使曲柄連桿在水平面內(nèi)運動，那么該機構可用在前置式收割機上〔如珠江－2.5聯(lián)合收獲機〕?！?〕轉(zhuǎn)向式曲柄連桿機構：在前置式收割機上，常將曲柄連桿機構置于割臺的前方，并在側(cè)方增設擺叉〔或搖桿〕及導桿，通過導桿驅(qū)動割刀運動。該機構在自走式聯(lián)合收獲機上采用較多。上述各機構的連桿長度均可調(diào)節(jié)，以便進行割刀“對中〞〔連桿處于止點時，動刀片與護刃器中心線重合，允許偏差不大于±5毫米〕的調(diào)整。〔3〕曲柄滑塊機構：它由曲柄、滑塊〔或軸承〕、滑道和導向器等組成。曲柄回轉(zhuǎn)時，套在曲柄上的滑塊〔或軸承〕帶動割刀作往復運動。其機構較簡單，占據(jù)空間較小。但滑道磨損較快?？捎迷谥行「罘那爸檬绞崭顧C上〔如KS－3.8收割機〕。2.5.2擺環(huán)機構它是由一個斜裝在主軸上的擺環(huán)并通過擺動軸把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑瓦\動的一種機構。擺環(huán)機構由主軸、擺環(huán)、擺叉、擺軸、擺桿和導桿等組成。擺環(huán)的銷軸與擺叉上的銷孔相連接，擺環(huán)擺動時通過擺叉、擺軸及擺桿帶動導桿并驅(qū)動割刀運動。2.5.3行星齒輪式傳動機構最近國外有的聯(lián)合收獲機采用了行星齒輪式割刀傳動機構。它由直立式曲柄軸、套在曲柄上的行星齒輪、固定在行星齒輪節(jié)圓上銷軸〔驅(qū)動割刀用〕和固定齒圈等組成。當曲柄繞軸心O回轉(zhuǎn)時，行星齒輪在齒圈上滾動。由于行星齒輪的節(jié)圓直徑是齒圈節(jié)圓直徑的一半，且銷軸置于割刀的運動方向線上，那么曲柄回轉(zhuǎn)時銷軸在割刀運動方向線上作往復運動。其行程等于齒圈節(jié)圓直徑，其割刀運動規(guī)律與曲柄連桿機構相同。該機構的主要特點是結(jié)構緊湊，刀桿頭不受垂直方向的分力。適于在各種配置的收割臺上采用。第三章往復式切割器的工作原理3.1刀片幾何形狀的分析〔刀片鉗住莖桿的條件〕保證鉗住莖桿的極限條件是：R1=R2Φ1+Φ2=180-α-βα+β<Φ1+Φ2α——動刀片的切割角β——定刀片的切割角φ1——動刀片對莖稈的摩擦角φ2——定刀片對莖稈的摩擦角經(jīng)測定，帶齒的動刀片與光刃的定刀片配合對小麥莖稈的摩擦角之和為φ1＋φ2＝45－52°。切割器的動刀片的α角為29°，定刀片β角為6°15ˊ，其中α＋β＝35°15ˊ，均符合夾持切割的條件。3.2割刀的運動特性〔1〕運動方程假設：①沒偏距②連桿長L遠遠大于r〔曲柄半徑〕X=rcosωt位移V=-rωsinωt速度A=-rω2cosωt加速度圖4-1切割器切割速度圖第四章往復式切割器的切割性能參數(shù)分析圖4-1切割器切割速度圖4.1切割速度分析在割刀鋒利、割刀間隙正?！矂?、定刀片間的間隙為0－0.5mm〕的條件下，切割速度在0.6－0.8m/s以上時能順利地切割莖稈；假設低于此限，那么割茬不整齊并有堵刀現(xiàn)象。圖4-2割刀運動分析圖圓弧va－vb是割刀在切割莖稈過程中的切割速度范圍。從圖中看出：普通圖4-2割刀運動分析圖4.2割刀的行程和平均速度行程1)無偏距時:s=2r2)有偏距時:s>2r故有偏距的與無偏距的相比，行程S略有增加，但影響不大，可是，往復行程的速度不一致。平均速度:割刀的速度是變化的，實用中常以平均速度來說明其速度的大小。Vp=sn/30=rn/15有支撐切割，需Vp一般范圍為1—2m/s實驗證明:切割速度在0.6—0.8m/s以上能順利切莖桿X=-σrcosωt運動方程V=μrωsinωta=γrω2cosωt4.3擺環(huán)機構驅(qū)動時割刀的運動分析擺環(huán)的傾角α=15—18度時較好，割刀的運動特性相近于曲線。曲柄連桿機構傳動的特性，割刀行程：s=2kl=2klsinα第五章主要工作部件參數(shù)確實定5.1光刃圖5-1光刃動刀片圖5-1光刃動刀片5.2定刀圖5-2定刀片5.3求進距H進距是指割刀在一個行程時間內(nèi)，機具前進的距離。5.4曲柄轉(zhuǎn)速(r/min)；拖拉機動力輸出軸的轉(zhuǎn)速選用528〔r/min〕。5.5曲柄半徑r確實定查資料，r=38.1〔mm〕式中l(wèi)為連桿長，e為偏心距，s為割刀行程。5.6切割器功率計算切割器功率，包括：切割功率Ng和空轉(zhuǎn)功率Nh兩局部。即N＝Ng＋Nh=0.075kw其中式中vm——機器前進速度，2.5米／秒B——機器割幅，1米LO——切割每平方米面積的莖稈所需功率，公斤·米／米，經(jīng)測定：割小麥LO＝10－20；割牧草LO＝20－30取30Nh大小與切割器的安裝技術狀態(tài)有關，一般每米割幅所需空轉(zhuǎn)功率為0.8－1.5馬力。這里取1.0kw/m。N=0.075+1=1.075kw5.7擋草板與前進方向的夾角Φ圖5-3擋草板傾斜度圖如下圖，機組前進時，牧草對擋草板的作用力為P，將其分解為平行與擋草板和垂直于擋草板的兩個分力T與N。要使已割下的牧草能順利地沿擋草板下滑必須滿足下式：T＞F〔摩擦力〕T=PcosΦ，F(xiàn)=PsinΦ·f代入上式可得tgΦ＜Φ＜arctg由農(nóng)業(yè)機械手冊查得f=0.5—0.8所以：Φ＜51.3°—63.4°由于擋草板在垂直于前進方向的投影應大于拖拉機右后輪寬度B和內(nèi)滑掌到右后輪外側(cè)距離L之和；即：B+L＜lsinΦΦ值也受擋草板長度l的限制，所以Φ取40°5.8割刀進距對切割性能的影響用作圖的方法求出割刀的運動軌跡〔以分析割刀速度與機組速度的關系，以分析Vm和h在不同值時對切割性能的影響〕

普通1型切割器的切割圖作圖步驟〔以標準型切割器為〕

普通1型切割器的切割圖1)繪出相鄰護刃器的中心線及其定刀片的寬度軌跡線。2)繪出動刀片的原始位置和走過兩個進距位置的圖形。3)A的運動軌跡①O為圓心，曲柄半徑r為半徑〔即A點為起點〕作半圓，然后n等分半圓〔此時n=8〕1、2、3、4、5、6、7、8②n等分進距〔n=8〕③過1、2、3、4、5、6、7、8作垂線〔注：每等份中，A點橫向方向上的行進距離每等分中，在前進方向上的行進距離〕④過作水平線，分別交過1、2、3、4、5、6、7、8作的垂線的對應點于⑤

用光滑的曲線連接起來，即A點軌跡。4)作B點運動軌跡，〔作法與A點作法一樣〕注：用刀刃上各點的運動軌跡是一樣的，所以用樣板曲線復制即可〕討論：①Ⅰ區(qū)為一次切割區(qū)〔掃過區(qū)〕〔彎斜小，割茬較整齊〕②Ⅲ區(qū)為空白區(qū)〔彎斜大，尤其是縱向彎斜，割茬不整齊〕③Ⅱ區(qū)為重割區(qū)〔浪費功率，且糧食中會有短莖桿〕分析：①當Vm不變時，曲柄n提高或刀高h變小時?Ⅱ變大，Ⅲ區(qū)減小②當n不變，Vm上升或h減小時，Ⅱ區(qū)減小，Ⅲ區(qū)變大。當H上升時，那么Ⅱ區(qū)減小，Ⅲ區(qū)增大；當h減小〔其他條件不變〕，Ⅱ區(qū)增大，Ⅲ區(qū)減小。因此，正確選擇H和H與刀片刃部高度h之間的比例很重要。圖5-4割刀運動軌跡圖第六章往復式切割器慣性力的平衡6.1慣性力的影響以曲柄連桿機構驅(qū)動的切割器為例分析慣性力的影響。慣性力的總力轉(zhuǎn)化到曲柄銷上，可分解為徑向力和切向力。其慣性力引起的曲柄經(jīng)向力的變化將引起機架的振動〔影響使用壽命和工作質(zhì)量〕其慣性力引起的曲柄切向力，引起曲柄上的扭拒也交替變化，導致轉(zhuǎn)速波動〔影響工作質(zhì)量〕對于小型收割機具，抗振能力差，必須考慮慣性力的平衡。6.2割刀慣性力的平衡往復式切割器的割刀有往復慣性力，特別對高速作業(yè)的機器〔如割草機〕由于曲柄轉(zhuǎn)速高，慣性力頗大〔每米割刀慣性力達60－80公斤〕,使機器產(chǎn)生劇烈振動而影響零部件的使用壽命和工作質(zhì)量。為此需對割刀的慣性力進行平衡。其平衡方法有局部平衡法及全平衡法兩種。前者多用于一般