第八章收获机械

第八章收割机械04:52:301第四节拨禾器第一节概述第二节谷物收获的机器系统第三节切割器第八章收割机械04:52:302第一节概述一、我国谷物收获机械的发展概况二、谷物收获方法三、谷物收获的意义第八章收割机械04:52:303一、谷物收获机械的发展概况⑴国内：我国是个文明古国，又是个长期受封建和半封建半殖民地统治的国家，早在3500年前，劳动人民就发明了镰刀，（出土文物：蚌镰、石刀、石镰），《易经》中记载“断木杵，掘地为臼，杵臼之利，万民以济”。《天工开物》中记载，西汉——水碓（对），动力为水轮，加工部件为杵臼，晋代末——水磨、风磨。然而真正的机械发展还是在解放之后。45年联合国在黄泛区农场投放了首批现代农业机械，收获机——麦赛—哈里斯。48年东北国营农场进口前苏联收割机C-6、C-4。第八章收割机械04:52:30450年代仿制了摇臂收割机，牵引式联合收割机，割晒机，脱粒机。50年代末－60年代中研制并于1965年正式成批投产了2KBD-3型自走式联合收割机，69年四平东风厂在2KBD－3的基础上改进设计了2KB-5。70年又进一步设计了东风641型。加大了马力、提高了生产率、改进了结构。70年代是我国收获机研究的鼎盛时期，全国研究和试制的各种收割机有数万种。出现了全悬挂的、半悬挂的，自走的、牵引的，大中小型联收机。有传统的纹秆键式逐稿器、有轴流型的。从作物的适应方面来看：以麦为主的、又以稻为主的。典型代表机具有丰收－3.0牵引4LQ-2.5、红旗系列、珠江－1.2号等。第八章收割机械04:52:30580年代引进并生产了西德狄尔公司的1065、1075联收机，76年开始引进了东德的E512、514联收机，由四平东风联收机厂生产，对东风联收机也进行了改进设计。国外：早在公元一世纪五十年代，古罗马就记载了关于大麦、小麦集穗装置。这种装置做成两轮大车那样，梳穗器装在大车的前方，车子用牲畜在后方推动，梳穗器的安装高度应能够把麦穗从茎秆上捋下来。1800年，迈耶尔（Mayer）有了采用剪切式切割器的想法。1822年，收获机械第一次采用了拨禾轮，转动的板条把玉米茎秆拨向切割机构。第八章收割机械04:52:3061826－1828年，贝尔（Bell）把前人发明的各个工作部件组成了整体，制成一台可以实际实用的机器。1838年，谷物收割机割后的谷物靠人工搂集铺放，需要消耗相当大的体力，因此需要进一步改进其铺放机构。切割器和拨禾轮靠地轮推动，由齿轮和皮带传动。1848年，发明了摇臂收割机，搂耙把割下的作物由割台成堆地铺放在割茬上。1852年，创造了能够根据作物密度来控制搂耙铺放动作的机构，以便在收割不同密度的作物时，得到大小基本相等的禾铺。使打的捆粗细较均匀。起动是靠人工踩踏板来控制禾铺，后来改用自动控制。这种谷物收割机的基本结构设计一直延续到现在。第八章收割机械04:52:3071858年，马尔斯（Marsh）兄弟设计了割捆机，起初，由人工对割下的谷物在站台上打捆，后改用金属丝、草绳打捆，这些方法都不行。同年美国农场一个名叫埃普勒比（Eppleby）的青年人发明了一种用线绳打捆的装置，但由于缺乏制造样机的经济能力而直到9年之后，才能够制造他的打捆机，经过不断改进现这种打捆装置不仅在割捆机上，而且在现在的压捆机上成为不可缺少的工作部件。脱粒机：1800年，固定式打谷机，“地猪牌”在美国得到广泛应用，木架式的框架上固定滚筒进行打谷，手工进行分离清选。以后产生了具有抖动特点的分离装置。第八章收割机械04:52:3081850年后，自动喂入、解捆、谷粒处理等出现，并逐渐发展完善。在本世纪以前，是把收割和脱粒看作完全独立考虑的，到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和脱粒装置组合在一起的收割机。这种想法是在140多年以前在美国作专利登记的，110年前制成了机器，70年前，开始用带了发动机的联合收割机，近代的自走式联合收割机大约是在60多年前制成的。第八章收割机械04:52:3091.分别收获法（分段）：用多种机械（或人工）分别完成割、捆、运、堆垛，脱粒和清选等作业方法。特点是：所用机械构造简单，设备投资少，技术要求低；劳动量大，生产率低，谷物损失较大，约为11~20%。2.联合收获法：用联合收获机一次在田间完成切割、脱粒、清选等全部作业的方法。特点：机械化水平高，劳动生产率高，劳动强度低，谷物损失少。每公顷6~10人.时，损失约5%。但不能充分利用谷物的后熟作用，机器构造复杂，价格昂贵，利用率低。二、谷物收获方法第八章收割机械04:52:30103、两段（分段）联合收获法：把收获分为两个阶段进行。将谷物（小麦）在腊熟期用割晒机割倒，并成条铺放在高为15～20厘米的割茬上，经3～5天晾晒后谷物完成后熟并风干。使籽粒逐渐成熟一致，并降低水分。然后用装有捡拾器的联合收获机沿条铺捡拾、脱粒、清选。特点：收获期可提前7～8天，机器的作业量可提高近一倍；由于后熟作用，籽粒饱满、有光泽、粒重增加，提高了产量和质量，较联合法每亩可多收15～20斤；籽粒含水量低，（接近水分14%）、减轻了晒场或干燥的负担。但两次作业，机器行走部分对土壤的破坏和压实程度增加；油耗增加7～10%；逢多雨天气，谷物在条铺上易发霉、长芽。第八章收割机械04:52:3011三、收获机械化的意义：作物的收获大多在“三夏”、“三秋”大忙时节，使农业生产过程中人物最繁重，劳力最紧张的季节，加之农作物生长特点要求，其后的影响的因素，时间性强，劳动强度大。以小麦为例，根据经验和测定，一个年轻且技术熟练的社员每天收割2.5亩，而迟收五天。损失约4%，而迟收10天，则损失高达20%左右。而大家熟悉的东风——5联收机，对于300~400斤/亩小麦一小时则为20~30亩/小时，一人驾机一天可收150~200亩/日，约相当于200~300名人工。因此，收获机械化对增产、保收、解放劳动力、提高生产率、实现农业现代化都具有极其重要的意义。第八章收割机械04:52:3012第二节、谷物收获的机器系统收获谷物时不同的工艺所采用的机器，在用途和构造上都不尽相同，这些机器构成了谷物收获的机器系统。谷类作物的收获机械，根据用途可分为三类：1.收割机械：⑴条放收割机——将作物割断，经割台输送而转向，使茎秆转放成与机器前进方向垂直的条铺，以供人工打捆，以割台的形式分为立式割台、卧式割台。⑵堆放收割机——将作物割断后，并成堆放置在田间，以便人工直接捆束。如摇臂收割机。第八章收割机械04:52:3013⑶割晒机——将作物割断后，由卧式割台输送至一侧，不经转向直接在田间放成首尾相接的条铺。晾晒后用带捡拾器的联合收获机捡拾作业。⑷割捆机——将作物割断后，能用绳索（麻绳、尼龙绳、棕绳）自动分把、打捆。谷物成捆的置于田间。此类机型如3C—1.8马拉割捆机，日产久保田HC—50A等。在日本应用较普遍，但在我国由于成本较高，打捆机构复杂，极少使用。2.脱粒机械：⑴半喂入脱粒机——（用人工）将作物带穗头的上半部分喂入脱粒装置，进行脱粒作业、茎秆可基本保持完整。主要用于水稻脱粒。第八章收割机械04:52:3014⑵全喂入脱粒机——将作物全部喂入机器进行脱粒，茎秆也被打碎揉乱。3、联合收获机：⑴半喂入联合收获机——将作物割断后，将作物带穗头的上半部分喂入脱粒装置，进行脱粒、清选作业，茎秆可基本保持完整。⑵全喂入联合收获机——先割断作物，然后将其全部喂入脱粒装置，并完成分离、清选作业。除以上所述的三类机械外，还有用于粮食清选和干燥的清选机械和烘干机（干燥设备）等。各种机子的具体构造和工作过程在构造实习课中去观察、学习，在课堂上我们着重讨论主要工作部件的原理、参数分析及运动分析。第八章收割机械04:52:3015第三节、切割器一、茎秆物理机械性质及其与切割的关系二、切割器的种类及其应用三、往复式切割器的构造及工作原理四、圆盘式切割器的割刀运动和参数分析第八章收割机械04:52:3016第八章收割机械04:52:3017一、茎秆物理机械性质及其与切割的关系1、茎秆刚度对切割的影响：现有切割器按切割时的支承情况分为：⑴有支承切割：a、一点支承切割（单支承切割）：动刀配合定刀切割。b、两点支承割（双支承）：动刀配合带护刃器的定刀切割。⑵无支承割：用动刀直接切割茎秆。如图所示：第八章收割机械04:52:3018图9-1切割茎秆时的支承a）无支承b）单支承c）双支承第八章收割机械04:52:3019切割时作用在谷物上的力有惯性力PAB、PBC及茎秆的反弹抗弯反力Pw,切割力Pd等，为使切割可靠应：Rq≤PdPAB+PBC+PT（设制Rq≤Pw+∑Pg=P），其中Rq为茎秆的切割阻力，Pw为茎秆的抗弯反力,∑Pg作物惯性力的合力。讨论：①对直径细、刚度小的茎秆，两点支承割较为有利。茎秆的抗弯能力（反弹力）有所增加、切割时弯曲较小（接近剪切状态）、切割较省力。②对直径粗、刚度大的茎秆，则可取单点支承切割，割刀速度可稍低。第八章收割机械04:52:3020③有支承切割的割刀速度，一般取0.8m∕s以上，即可实现良好的切割，往复式割刀速度约为1～1.5m/s，但注意单支承切割必须使刀片间隙在一定范围内，否则就不能正常切割；双支承切割可适当放宽刀片间隙，以减少动定刀片相互磨损和空转功率。④无支承切割，因无支承、故抗弯反力很小，所需的切割速度较高，切割玉米等粗茎秆，尽管刚度较大，切割速度较低，也需6～10m/s；稻麦则为10～20m/s,牧草则高达30～40m/s（40～50m/s）。第八章收割机械04:52:30212、茎秆的纤维方向性与切割关系茎秆由按照一定规律排列而形成纤维组织的细胞而构成，其外表有一层有硬质纤维形成的韧皮圈，使茎秆具有一定的刚度，里面的维管束用来输送水分和养料，而髓部是定心的。因为不是均匀体，在不同方向上的机械性能并不相同，称为各向异性。因此在切割茎秆过程中，刀刃与茎秆的相对位置、相对运动方向和速度，对其切割阻力和功率消耗，有较大的关系。图9-2三种切割方向a－横断切b－斜切c－削切第八章收割机械04:52:3022①横断切：（砍切、横向切割）切割面和切割方向与茎秆轴线垂直（δ＝90°，θ＝90°）开始时茎秆被刀刃挤压然后开始切割。②斜切：切割面与茎秆轴线偏斜，但切割方向于茎秆轴线垂直。0°δ90°，θ＝90°开始时茎秆被刀刃挤压，然后斜切。③削切:（倾斜的斜切）：切割面和切割方向均与茎秆轴线偏斜，0°δ90，0°θ90°，开始时，茎秆被刀刃挤压，然后斜向切开。根据克拉马连科（Kramarenko）的测定：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了30～40％（割刀相对茎秆轴线成45°），削切较横断切的切割阻力和降低了60％，功率消耗降低了30％。第八章收割机械04:52:30233、滑切与切割阻力的关系：①砍切（正切）：刀刃沿刃线方向切入茎秆。则切割阻力较大。切割速度为动力速度。②滑切：刀刃沿刃线的垂直偏一α角方向切入茎秆。则切割阻力较小。此时割刀速度可分解为垂直刃口的Vn和沿人口的Vt两个分量，Vn称为正切速度，Vn叫作滑切速度。Vt/Vn＝tgα叫滑切系数，α叫滑切角（也称切割角），即刀刃的运动方向与刀刃法线之间的夹角。a）b）图9-3滑切和砍切a－滑切b－砍切第八章收割机械04:52:3024戈里亚奇金对茎秆做过滑切实验，一面在刀刃的法向施加压力P，一面使刀刃沿切向产生滑移S其结果如下：刀刃滑切长度与切割阻力（教材P330）※括号中的数字为设制教材－参考书1.P7中数字值。可见，滑移值S愈大，切割茎秆所需的法向力P便愈小。根据实验结果，归纳出经验公式：P3S＝常数※关于滑切比正切省力的讨论参见参考书1、P7-8滑切长度（mm）1.02.03.0（5）4.0（40）切割阻力P（g）600500400200第八章收割机械04:52:3025二、切割器的种类及其应用。对切割器的要求：割茬整齐（无撕裂），无漏割，功率消耗小，震动小，结构简单和应用性广。分类：