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1、第六章第六章 收割机械收割机械第一节第一节 概述概述第二节第二节 收割机和拾禾器收割机和拾禾器第三节第三节 切割器切割器第四节第四节 拨禾器拨禾器第五节输送器和放铺机构第五节输送器和放铺机构2第三节第三节 切割器切割器 一、谷物茎杆的切割理论一、谷物茎杆的切割理论二、茎杆物理机械性质及其与切割的关系二、茎杆物理机械性质及其与切割的关系三、切割器的农业技术要求三、切割器的农业技术要求四、切割器的类型及应用四、切割器的类型及应用五、往复式切割器的构造和传动机构五、往复式切割器的构造和传动机构六、切割器的工作原理及运动分析六、切割器的工作原理及运动分析 七七 、往复式切割器的切割性能参数分析、往复式
2、切割器的切割性能参数分析3一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论 切割器切割器是收割机上的重要工作部件，它主要完成对谷物茎秆的是收割机上的重要工作部件，它主要完成对谷物茎秆的切切割割任务。任务。为了有一个良好的工作质量，一般对切割器有如下的为了有一个良好的工作质量，一般对切割器有如下的技术要求：技术要求：1)1)割茬整齐；割茬整齐；2)2)不漏割；不漏割；3)3)不堵刀；不堵刀；4)4)功率消耗小。功率消耗小。试验结果表明：试验结果表明：谷物茎秆的切割过程与谷物茎秆的切割过程与割刀的特性、茎秆的物理机械性质、切割割刀的特性、茎秆的物理机械性质、切割方式、切割速度、割刀与茎秆的相对位置方式
3、、切割速度、割刀与茎秆的相对位置等有关。等有关。41 1.切割方式对切割性能的影响切割方式对切割性能的影响 所谓所谓切割方式切割方式主要是指割刀进入材料的主要是指割刀进入材料的方向方向，归纳起来主要有，归纳起来主要有正切正切和和滑切滑切两种基本方式。两种基本方式。正切正切 割刀的绝对割刀的绝对运动方向垂直于割刀刃口运动方向垂直于割刀刃口的切割方式。如图：的切割方式。如图：Pv茎茎杆杆割刀刃口割刀刃口刃口方向刃口方向一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论5几种典型的正切方式几种典型的正切方式:PPP横切横切斜切斜切削切削切 实验结果表明实验结果表明：正切中的三种切割方式因其切入茎秆的方向与
4、茎：正切中的三种切割方式因其切入茎秆的方向与茎秆本身的纤维方向存在秆本身的纤维方向存在较大差异较大差异，切割阻力和切割功率消耗也不同。，切割阻力和切割功率消耗也不同。其中，其中，横切阻力横切阻力最大，最大，斜切斜切比横切下降比横切下降30%-40%30%-40%，削切削切比横切下降比横切下降60%60%。结论：结论：横切、斜切、削切均属于横切、斜切、削切均属于正切正切，但它们切割阻力不同，以，但它们切割阻力不同，以削切削切最小。最小。一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论6滑切滑切 割刀的割刀的绝对运动方向与割刀刃口既不垂直又不平行绝对运动方向与割刀刃口既不垂直又不平行的切割方式。的切割
5、方式。设：设：vn n为割刀运动的法向速度为割刀运动的法向速度,vt t为割刀运动的切向速度为割刀运动的切向速度,为割刀运动为割刀运动的绝对速度方向与法向速度方向的夹角，亦即的绝对速度方向与法向速度方向的夹角，亦即滑切角滑切角。Pvnvtv切割理论的力学试验和割刀运动几切割理论的力学试验和割刀运动几何分析结果表明，何分析结果表明，滑切比正切省力滑切比正切省力。一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论7滑切比正切省力的机理滑切比正切省力的机理:高略契金力学试验高略契金力学试验 高略契金力学试验步骤是，在割刀上一面施加法向力高略契金力学试验步骤是，在割刀上一面施加法向力P P，一面使割刀，一面
6、使割刀刃口沿切向方向产生滑移，滑移量为刃口沿切向方向产生滑移，滑移量为S S，在切割条件相同的情况下（材料、，在切割条件相同的情况下（材料、深度），产生如下一组对比数据：深度），产生如下一组对比数据：割刀切向滑移值割刀切向滑移值S S（mmmm）规定试验切割深度所需规定试验切割深度所需法向力法向力P P（g g）6006001.51.55005002.02.04004005 52002004040一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论8 P P3 3S=S=常数常数 高略契金常数定理高略契金常数定理 高略契金力学试验结果表明，割刀在切割同一种材料、高略契金力学试验结果表明，割刀在切割同一
7、种材料、同一深度的物料时，同一深度的物料时，切向滑移量越大，所需切割力就越小切向滑移量越大，所需切割力就越小，即切割越省力。试验过程表明，当割刀切向滑移量为零时即即切割越省力。试验过程表明，当割刀切向滑移量为零时即为正切，只要存在滑移就会产生滑切，因此，滑切比正切省为正切，只要存在滑移就会产生滑切，因此，滑切比正切省力。力。一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论9割刀运动几何分析割刀运动几何分析 对比分析割刀刃口上某质点进入材料时对比分析割刀刃口上某质点进入材料时正切刃口角和滑正切刃口角和滑切刃口角切刃口角的大小，刃口角越小越省力。的大小，刃口角越小越省力。技术路线：技术路线：将割刀刃口
8、局部放大，设割刀将割刀刃口局部放大，设割刀在在A A点切入材料，切割方式分别为正切和点切入材料，切割方式分别为正切和滑切，正切刃口角为滑切，正切刃口角为，滑切刃口角为，滑切刃口角为。A一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论10A/D滑切滑切ECB正切正切当进行滑切时，几何当进行滑切时，几何分析结果如下：分析结果如下：tg=BC/AC tg=BC/AC tg tg=DE/AE=DE/AE 又又AE=AC/cos AE=AC/cos DE=BC DE=BC tgtg=tgcos=tgcos cos1cos1，tgtgtgtg 一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论11 分析结果表明，滑
9、切与正切相比，滑切进入材料时的实际分析结果表明，滑切与正切相比，滑切进入材料时的实际刃口角刃口角 比正切时的比正切时的刃口角刃口角 变小变小了，这也是滑切比正切省力了，这也是滑切比正切省力的原因之一的原因之一 。从力学试验结果和割刀运动几何分析结果两方面说明了从力学试验结果和割刀运动几何分析结果两方面说明了滑滑切比正切省力切比正切省力。在对物体进行切割时，尽可能地采用。在对物体进行切割时，尽可能地采用滑切滑切方式，方式，以利于降低以利于降低切割阻力切割阻力和和功率消耗功率消耗。一、谷物茎秆的切割理论一、谷物茎秆的切割理论12二、茎秆机械性质对切割性能影响二、茎秆机械性质对切割性能影响 茎秆的物
10、理机械性质主要是指茎秆的物理机械性质主要是指茎秆本身所固有的特性茎秆本身所固有的特性，包括，包括切割和弯曲阻力、弹性模量、抗弯强度切割和弯曲阻力、弹性模量、抗弯强度等。而这些因素随茎秆品等。而这些因素随茎秆品种、成熟度和湿度等有关。只有割刀克服了横切面内切割阻力，种、成熟度和湿度等有关。只有割刀克服了横切面内切割阻力，茎秆才被切断。茎秆才被切断。但是，对小麦、水稻这样的刚度较小作物时，只要受到较小但是，对小麦、水稻这样的刚度较小作物时，只要受到较小的外力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定的困难。因此，要实的外力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定的困难。因此，要实现对茎秆的完全切割，一般可采取二种措
11、施：现对茎秆的完全切割，一般可采取二种措施：低速有支承切割低速有支承切割高速无支承切割高速无支承切割13有支承切割有支承切割 在动刀片运动的方向施加在动刀片运动的方向施加一一支承力支承力的切割称为有支承切割。的切割称为有支承切割。单支承切割单支承切割 用用动刀片配合定刀片动刀片配合定刀片的切割。的切割。定刀片定刀片动刀片动刀片P双支承切割双支承切割 用用动刀片配合带有护刃器定刀片动刀片配合带有护刃器定刀片切割切割 。有支承切割可使茎秆获得一定的抗弯有支承切割可使茎秆获得一定的抗弯能力，可在低速状态下进行切割，切割速能力，可在低速状态下进行切割，切割速度为：度为：Vp=1Vp=12m/s2m/s
12、。P二、茎秆机械性质对切割性能影响二、茎秆机械性质对切割性能影响14研究结果表明：研究结果表明：在同样切割速度下，双支承切割比单支承切割能获得在同样切割速度下，双支承切割比单支承切割能获得更好使用参数更好使用参数。在进行在进行单支承切割单支承切割时，切割速度为时，切割速度为V Vp p=1=12m/s2m/s，要保证正常的切割，要保证正常的切割，动、定刀片间的切割间隙必须在动、定刀片间的切割间隙必须在=0=00.5mm0.5mm范围内，否则，茎秆切割阻范围内，否则，茎秆切割阻力增大，有可能发生撕裂现象。这给切割器设计与安装带来很大困难力增大，有可能发生撕裂现象。这给切割器设计与安装带来很大困难
13、 。而在进行而在进行双支承切割双支承切割时，切割速度为时，切割速度为V Vp p=1=12m/s2m/s，相对于割刀的上，相对于割刀的上下抗弯能力有较大幅度增强，动定刀片之间的切割间隙可允许在下抗弯能力有较大幅度增强，动定刀片之间的切割间隙可允许在=1=11.5mm1.5mm范围内，这就给切割器的设计、使用、安装提供了比较宽松的条件，范围内，这就给切割器的设计、使用、安装提供了比较宽松的条件，所以目前收获机械普遍所以目前收获机械普遍采用双支承切割方式采用双支承切割方式。二、茎秆机械性质对切割性能影响二、茎秆机械性质对切割性能影响15无支承切割无支承切割 只有动刀片而无定刀片直接切割茎秆的切割称
14、为只有动刀片而无定刀片直接切割茎秆的切割称为无支承切割无支承切割。由于茎秆是在没有任何扶持状态下进行切割，仅靠茎秆自身的抗弯由于茎秆是在没有任何扶持状态下进行切割，仅靠茎秆自身的抗弯能力能力P Pw w是很难与动刀片的切割力相平衡的，此时，是很难与动刀片的切割力相平衡的，此时，P PP Pw w。切割速度切割速度较低较低时，茎秆将被推倒或折断。时，茎秆将被推倒或折断。但当但当动刀片以较高的速度进入材料动刀片以较高的速度进入材料时，原来静止的茎秆在瞬间时，原来静止的茎秆在瞬间获得动刀片所传递的速度并立即产生很大加速度以及与其方向相获得动刀片所传递的速度并立即产生很大加速度以及与其方向相反的惯性力
15、反的惯性力P Pg g。速度越大则惯性力就越大，因而茎秆的抗弯能力。速度越大则惯性力就越大，因而茎秆的抗弯能力也就越大，有利于茎秆的顺利切割。也就越大，有利于茎秆的顺利切割。当当P=PP=Pg g+P+Pw w时时，可使茎秆在直立状态下实现切割，因此无支，可使茎秆在直立状态下实现切割，因此无支承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。二、茎秆机械性质对切割性能影响二、茎秆机械性质对切割性能影响16 例如，切割小麦时，使用带有护刃器的往复式切割器，其切割速度仅为例如，切割小麦时，使用带有护刃器的往复式切割器，其切割速度仅为1 12m/s2m/s，而无支承
16、的回转式切割器刀片速度则需，而无支承的回转式切割器刀片速度则需101020m/s20m/s，若切割牧草则需，若切割牧草则需404050m/s50m/s，这使得机构功率消耗增大、振动增加，传动装置也将比较复杂。，这使得机构功率消耗增大、振动增加，传动装置也将比较复杂。切割速度与切割阻力的关系切割速度与切割阻力的关系 试验结果：试验结果：随着切割速度的增加，切割阻力有所下降。速度随着切割速度的增加，切割阻力有所下降。速度阻力关系图如下：阻力关系图如下：切割速度切割速度切切割割阻阻力力0二、茎秆机械性质对切割性能影响二、茎秆机械性质对切割性能影响17三、切割器的农业技术要求三、切割器的农业技术要求1
17、.1.不漏割、不堵刀不漏割、不堵刀 2.2.结构简单、适应性强结构简单、适应性强3.3.功率消耗少，振动小功率消耗少，振动小 4.4.割茬低而整齐割茬低而整齐 18四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 从目前收割机和联合收获机应用情况看，切割器主要有从目前收割机和联合收获机应用情况看，切割器主要有圆盘式切圆盘式切割器、往复式切割器和甩刀回转式切割器割器、往复式切割器和甩刀回转式切割器三种基本类型。三种基本类型。圆盘式切割器一般为一高速旋转的圆盘式切割器一般为一高速旋转的水平刀盘水平刀盘，工作幅宽小、功率，工作幅宽小、功率消耗大，大多用于园艺管理、茶树修剪等作业，很少在谷物收获系统消耗大
18、，大多用于园艺管理、茶树修剪等作业，很少在谷物收获系统中使用。中使用。圆盘式切割器按有无支承部件分为圆盘式切割器按有无支承部件分为:1 1无支承圆盘式切割器无支承圆盘式切割器 2 2有支承圆盘式切割器有支承圆盘式切割器19 往复式切割器往复式切割器一般由一般由动刀片、定刀片、护动刀片、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片、刀杆刃器、压刃器、摩擦片、刀杆等组成。等组成。动刀片与定刀片相对做动刀片与定刀片相对做直线往复运动直线往复运动，平均平均切割速度为切割速度为1 12m/s2m/s。特点：特点：结构简单、工作可靠、适应能力强、作结构简单、工作可靠、适应能力强、作业幅宽大，纵向尺寸小，目前绝大多数收割
19、业幅宽大，纵向尺寸小，目前绝大多数收割机和联合收获机上采用这种形式的切割器。机和联合收获机上采用这种形式的切割器。四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 20往复式切割器的类型往复式切割器的类型 根据动刀片根据动刀片直线运动行程直线运动行程S S、相邻动刀片和相邻定刀片、相邻动刀片和相邻定刀片之间之间的安装间距的安装间距t t和和t t0 0三者的组合关系，往复式切割器可分为三种基三者的组合关系，往复式切割器可分为三种基本类型。本类型。t0S=t动刀片动刀片定刀片定刀片1 1、普通、普通型型四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 21 结构尺寸关系为结构尺寸关系为 S=t=t S=
20、t=t0 0=76.2 mm=76.2 mm 工作特点：工作特点：割刀的切割速度较高，切割性能好，对粗割刀的切割速度较高，切割性能好，对粗细茎秆有较强的适应性，广泛用于稻麦作物细茎秆有较强的适应性，广泛用于稻麦作物的收割机械上。的收割机械上。t0S=t四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 222 2、普通、普通 型型t0tS=2t=2to 结构尺寸关系为结构尺寸关系为S=2t=2tS=2t=2t0 0=152.2 mm=152.2 mm，动刀片间，动刀片间距距t t和定刀片间距和定刀片间距t t0 0与标准型相同，与标准型相同，但割刀行程但割刀行程S S为标准型的为标准型的2 2倍。倍
21、。工作特点特点：工作特点特点：割刀往复运动频率低，惯性力小、适合于抗振性较差的小割刀往复运动频率低，惯性力小、适合于抗振性较差的小型收割机。型收割机。四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 233 3、低割型、低割型toS=t 结构尺寸关系结构尺寸关系为为S=t=2tS=t=2t0 0=76.2 mm=76.2 mm；在标准型切；在标准型切割器的基础上，在两定刀片之间割器的基础上，在两定刀片之间又又增加了一个定刀片增加了一个定刀片，使得定刀，使得定刀片之间的间距缩小片之间的间距缩小1 1倍，切割谷倍，切割谷物时，茎秆的物时，茎秆的横向歪斜量小横向歪斜量小，割茬较低，对收割低夹大豆和牧，割
22、茬较低，对收割低夹大豆和牧草较为有利。但有堵刀现象。草较为有利。但有堵刀现象。四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 24甩刀回转式切割器甩刀回转式切割器 甩刀回转式切割器甩刀回转式切割器a.a.玉米茎杆切碎器玉米茎杆切碎器 b.b.牧草切割器牧草切割器 c.c.刀片刀片四、切割器的类型与构造四、切割器的类型与构造 25五、往复式切割器构造和传动机构五、往复式切割器构造和传动机构 往复式切割器的工作特点是往复式切割器的工作特点是动刀片做直线往复运动，动刀片做直线往复运动，要实现要实现将动力输出的旋转运动变为割刀将动力输出的旋转运动变为割刀的直线运动方法的直线运动方法很多，目前在收很多，目
23、前在收割机械上应用较多的有三种类型：割机械上应用较多的有三种类型：曲柄连杆机构、摆环机构、行星曲柄连杆机构、摆环机构、行星齿轮机构齿轮机构，其中行星齿轮机构应，其中行星齿轮机构应用最广。用最广。261 1、曲柄连杆机构、曲柄连杆机构 oABtxxy特点：特点：机构简单、成本低廉、占据空间大。机构简单、成本低廉、占据空间大。五、往复式切割器构造和传动机构五、往复式切割器构造和传动机构 272 2、摆环机构、摆环机构 特点：特点：结构紧凑、铰链较少、工作可靠、制造成本高。结构紧凑、铰链较少、工作可靠、制造成本高。五、往复式切割器构造和传动机构五、往复式切割器构造和传动机构 283 3、行星齿轮机构
24、、行星齿轮机构 xyoo1A 行星齿轮的节圆直径是齿圈节圆直径的一半，行星齿轮的节圆直径是齿圈节圆直径的一半，销轴置于割销轴置于割刀的运动直线刀的运动直线上，曲柄回转时，销轴在割刀运动方向线上作往上，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。复运动，其行程等于齿圈节圆直径。特点：结构紧凑、振动小，特点：结构紧凑、振动小，便于机构配置，但成本高，机构复杂便于机构配置，但成本高，机构复杂 。五、往复式切割器构造和传动机构五、往复式切割器构造和传动机构 29六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 1.1.刀片的几何形状刀片的几何形状 无论使用什么样的切割
25、器，都必须满足无论使用什么样的切割器，都必须满足滑切滑切的要求，而能否保的要求，而能否保证割刀直线运动下的滑切，割刀的几何形状非常关键。目前，比较证割刀直线运动下的滑切，割刀的几何形状非常关键。目前，比较理想的几何形状是理想的几何形状是梯形和三角形梯形和三角形，而梯形更具合理性。，而梯形更具合理性。因为三角形一旦出现因为三角形一旦出现磨损磨损，将影响割刀刃口的长度，进而最终，将影响割刀刃口的长度，进而最终影响割刀的切割质量影响割刀的切割质量.30三角形动刀片三角形动刀片梯形动刀片梯形动刀片h h1结论：结论：梯形动刀片比三角形动刀片使用寿命长，工作质量梯形动刀片比三角形动刀片使用寿命长，工作质
26、量高，是目前最常用的结构形式。高，是目前最常用的结构形式。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 31梯形刀片的结构参数梯形刀片的结构参数badvnvAbb前桥宽前桥宽 a a底部宽底部宽hh刃部高刃部高 滑切角滑切角oP 一般情况下，一般情况下，越大，滑切能力越大，滑切能力越强，切割也就越省力，当越强，切割也就越省力，当 由由1515增至增至4545时，切割阻力将减少时，切割阻力将减少一半一半。滑切角。滑切角 与切割阻力与切割阻力P P之间的之间的关系曲线如上：关系曲线如上：a=76b=17h=55d=24六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 h h32
27、 但要特别注意的是，但要特别注意的是，的变化范围一定要首先的变化范围一定要首先满足茎秆被动满足茎秆被动定刀片钳住定刀片钳住的条件：的条件：+1 1+2 2 1 1、2 2分别表示动定刀片与分别表示动定刀片与谷物茎秆的摩擦角，谷物茎秆的摩擦角，1 1+2 2 45 455252，试验结果表明，试验结果表明，=29=29，=6=61515时切割效果最好。时切割效果最好。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 332.2.割刀的运动分析割刀的运动分析 割刀的运动特性对切割器性能有直接的影响，由于往复割刀的运动特性对切割器性能有直接的影响，由于往复式切割器是在曲柄连杆机构的驱动下做横
28、向往复直线运动，其式切割器是在曲柄连杆机构的驱动下做横向往复直线运动，其运动是间歇的。我们通过对该机构的运动分析找出割刀位移与运动是间歇的。我们通过对该机构的运动分析找出割刀位移与速度之间的关系，为速度之间的关系，为合理的确定割刀速度与机组前进速度配合合理的确定割刀速度与机组前进速度配合关系提供理论依据关系提供理论依据。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 34oABtxxyLr建立动刀片的运动方程建立动刀片的运动方程 x=x=rcostrcostvx=rsint=rsint =rsin =rsin2 2tt =r1 =r1coscos2 2tt =r =r2 2r r2
29、2coscos2 2tt =r=r2 2x x2 2六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 35动过程中任意一点的速度是不相同的。为了研究方便，将图中动过程中任意一点的速度是不相同的。为了研究方便，将图中的长半轴的长半轴rr缩小缩小 倍，这样割刀速度与位移之间的关系图就可倍，这样割刀速度与位移之间的关系图就可用一标准圆来表达，后面我们将会用到这个结果。用一标准圆来表达，后面我们将会用到这个结果。orroxVxrrAB1 1）切割速度分析）切割速度分析xVx/r 可以看出，割刀速度与可以看出，割刀速度与割刀位移之间的关系为一椭割刀位移之间的关系为一椭圆方程式，圆方程式，长半轴为
30、长半轴为rr，短，短半轴为半轴为r r，显然，割刀在其运，显然，割刀在其运六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 36 由于割刀的横向直线运动速度是变化的，应用起来很不方由于割刀的横向直线运动速度是变化的，应用起来很不方便，因此我们引进便，因此我们引进割刀的平均速度割刀的平均速度V Vp p 的概念。的概念。设：割刀运动一个行程设：割刀运动一个行程S S内所用时间为内所用时间为t t，n n为曲柄转速，为曲柄转速，r/minr/min，则：，则：V Vp p=S/t=S/tt=30/nt=30/n，S=2rS=2rV Vp p=S/t=nS/30=S/t=nS/30=nr/1
31、5nr/15六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 37 在这里有一个问题在这里有一个问题需要说明需要说明，往复式切割器割刀的运动，往复式切割器割刀的运动是水平横向运动和直线前进运动的合成，割刀横向运动的平是水平横向运动和直线前进运动的合成，割刀横向运动的平均速度均速度V Vp p与机器前进运动的速度与机器前进运动的速度V Vm m的配合关系，决定了割刀的配合关系，决定了割刀绝对运动轨迹，这一配合关系我们习惯上用绝对运动轨迹，这一配合关系我们习惯上用割刀进距割刀进距（切割（切割进距）进距）H H来表示。来表示。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 38 2
32、 2）割刀进距对切割器性能的影响）割刀进距对切割器性能的影响 割刀走过一个行程时，机器前进的距离称割刀走过一个行程时，机器前进的距离称割刀进距割刀进距。H=VH=Vm mt=Vt=Vm m 30/n 30/n 有时也用有时也用刀机速比刀机速比 来表示来表示 六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 39试验结果：试验结果：的大小对割刀的切割质量影响的大小对割刀的切割质量影响很大，我们必须进行必要的量化处很大，我们必须进行必要的量化处理，即给出理，即给出 值的大小，确定值的大小，确定V Vp p与与V Vm m的配合关系。通常我们用作图的方的配合关系。通常我们用作图的方法法切割图
33、切割图，来确定，来确定 值的大小。值的大小。切割图切割图利用作图法，画出利用作图法，画出动刀片的绝对运动轨迹，分析割刀动刀片的绝对运动轨迹，分析割刀的切割过程。的切割过程。HHSdoA六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 40 由图可知，在定刀片运动轨迹线内的谷物茎秆将被动刀片由图可知，在定刀片运动轨迹线内的谷物茎秆将被动刀片切割，切割区内的茎秆在动刀片的左右推动下被推向定刀片实切割，切割区内的茎秆在动刀片的左右推动下被推向定刀片实施剪切，由于施剪切，由于 值的不同，切割区内茎秆被处理的程度也有些不值的不同，切割区内茎秆被处理的程度也有些不同，有可能出现三种情况。同，有可能
34、出现三种情况。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 41区（一次切割区）区（一次切割区）：此区内的茎秆首先被动刀片推至定刀此区内的茎秆首先被动刀片推至定刀片刃口线上，并在定刀片和护刃器双支承片刃口线上，并在定刀片和护刃器双支承下被切割，由于动刀片只有一次通过该区，下被切割，由于动刀片只有一次通过该区，故称为故称为一次切割区一次切割区。区内茎秆由于所处区内茎秆由于所处位置不同，多数茎秆是在位置不同，多数茎秆是在横向歪斜状态横向歪斜状态下下被切割的，歪斜状态下被切割的茎秆割茬被切割的，歪斜状态下被切割的茎秆割茬高度有所增加。高度有所增加。=1=1六、切割器工作原理及运动分析六、
35、切割器工作原理及运动分析 42区（重割区）区（重割区）：动刀片刃口线两次通过该区，有可能发生对动刀片刃口线两次通过该区，有可能发生对茎秆的二次切割。当茎秆的二次切割。当区面积较小时，且位于切区面积较小时，且位于切割区的中部，尽管动刀片两次通过该区，但由于割区的中部，尽管动刀片两次通过该区，但由于茎秆左右歪斜量大致相同，不可能发生重割。反茎秆左右歪斜量大致相同，不可能发生重割。反之，当由于割刀进距之，当由于割刀进距H H较小时，较小时，区面积增大，区面积增大，在第二次行程时，在第二次行程时，离动刀片较远而离定刀片较近离动刀片较远而离定刀片较近的茎秆就有可能被重割一次的茎秆就有可能被重割一次。重割
36、将无谓地增加。重割将无谓地增加功率的消耗。功率的消耗。=1.4=1.4六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 43区（空白区）：区（空白区）：动刀片刃口线没有经过该区，如果该区面动刀片刃口线没有经过该区，如果该区面积较小时，且位于动刀片前桥宽度积较小时，且位于动刀片前桥宽度b b的扫描范围的扫描范围之内，茎秆将被动刀片前桥推向割刀下次行程之内，茎秆将被动刀片前桥推向割刀下次行程的一次切割区内被切割，但的一次切割区内被切割，但歪斜量较大，割茬歪斜量较大，割茬较高，且为集束切割，切割阻力大较高，且为集束切割，切割阻力大，功率消耗，功率消耗增加。如果增加。如果进距进距H H过大过大
37、，空白区增大，动刀片，空白区增大，动刀片前桥宽度前桥宽度b b扫描面积没有全部掠过该区域，就有扫描面积没有全部掠过该区域，就有可能造成可能造成漏割漏割。=0.7=0.7六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 44 经以上分析我们不难看出，经以上分析我们不难看出，值的大小或值的大小或H H值的正确选取值的正确选取对割刀的切割质量影响很大，通过绘制切割图，就可以确定对割刀的切割质量影响很大，通过绘制切割图，就可以确定最佳的速度比最佳的速度比 值，值，一般为一般为=0.8=0.81.21.2。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 453.3.切割器的功率消耗切割
38、器的功率消耗 切割器工作时的功率消耗主要有切割器工作时的功率消耗主要有切割器工作的功率消耗切割器工作的功率消耗N Ng g和空转和空转功率消耗功率消耗N Nk k两部分组成，即：两部分组成，即：N=N N=Ng g+N+Nk k N Ng g=V=Vm mBLBL0 0/1000 /1000 （kWkW）式中：式中：vm m机组前进速度，机组前进速度，m/sm/s；B B 机组作业幅宽，机组作业幅宽，m m;L L0 0割刀切割割刀切割1m1m2 2面积的作物茎秆所需功值（面积的作物茎秆所需功值（N.m/mN.m/m2 2），据），据测试，收割小麦时，测试，收割小麦时，L0=100L0=100
39、200 200;N Nk k=（0.60.61.11.1）B B（kWkW）六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 464.4.割刀惯性力的平衡割刀惯性力的平衡 往复式切割器在工作时做高速往复直线运动，由于其速度往复式切割器在工作时做高速往复直线运动，由于其速度是变化的，将在机器上产生较大的是变化的，将在机器上产生较大的惯性力惯性力，速度越高惯性力就，速度越高惯性力就越大，机器的振动也就越严重。据测试，越大，机器的振动也就越严重。据测试，每米割刀所产生的惯每米割刀所产生的惯性力高达性力高达600600800N800N，严重地影响了机器的使用寿命和工作质，严重地影响了机器的使用
40、寿命和工作质量，因此，必须对割刀的惯性力予以平衡。以曲柄连杆机构为量，因此，必须对割刀的惯性力予以平衡。以曲柄连杆机构为研究对象，建立割刀惯性力的平衡关系式。研究对象，建立割刀惯性力的平衡关系式。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 47常用的措施常用的措施(?(?)在曲柄销对面增加平衡配重在曲柄销对面增加平衡配重!设：设：MMd d割刀质量割刀质量 ;M Me e连杆质量连杆质量;r r曲柄半径曲柄半径 曲柄回转角速度曲柄回转角速度;M Mp p配重质量配重质量 P Pq q连杆连杆1/31/3部分的离心惯性力，部分的离心惯性力，P Pq q1/3M1/3Me err2
41、2 P Pp p加配重后曲柄盘产生的离心惯性力，加配重后曲柄盘产生的离心惯性力，P Pp pMMp pr rp p 2 2,M,Mp p为曲柄盘的质量，为曲柄盘的质量，r rp p为曲柄原盘中心的旋转半径。为曲柄原盘中心的旋转半径。r rp p配重块回转半径配重块回转半径 ;a a割刀加速度，割刀加速度，a=ra=r2 2cost cost 六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 48oABtxxyL r 为了研究方便，设连杆质量为了研究方便，设连杆质量MMe e的的2/32/3随割刀做直线往复运动，随割刀做直线往复运动，1/31/3随曲柄销做圆的运动。机构运动简图如上图所示
42、。随曲柄销做圆的运动。机构运动简图如上图所示。MeMdPd=（Md+Me2/3）aPq=Mer2/3rpMpPp=Mprp2六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 49oABtxxyL rMeMdPd=（Md+Me2/3）aPq=Mer2/3rpMp 当当t=0t=09090时，加速度时，加速度a a为正值，此时，为正值，此时，P Pd d与与P Pq q同向，方向同向，方向为为x的反向。当的反向。当t=90t=90时，割刀在时，割刀在x轴上所受到的力最小，只有轴上所受到的力最小，只有P Pd d。Mprp2六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 50oAB
43、txxyL rMeMdPd=（Md+Me2/3）aPq=Mer2/3rpMpMprp2机构受力平衡式如下：机构受力平衡式如下：（M Md d+M+Me e2/32/3）rr2 2cost+Mcost+Me e r r2 2/3 cost=M/3 cost=Mp pr rp p2 2 cost cost 六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 51oABtxxyL rMeMdPd=（Md+Me2/3）aPq=Mer2/3rpMpPp=Mpr2 这是割刀在水平方向上的全平衡方程式，它不是永恒的，而是变化的。这是割刀在水平方向上的全平衡方程式，它不是永恒的，而是变化的。P Pq q
44、和和P Pp p的方向随着的方向随着 的变化而变化。当割刀转至水平方向时，可满足全平衡的变化而变化。当割刀转至水平方向时，可满足全平衡的要求。但当曲柄销转至垂直位置时，在的要求。但当曲柄销转至垂直位置时，在y y方向上将会出现新的最大不平衡，方向上将会出现新的最大不平衡，因为此时因为此时P Pp pP Pq q，从而引起机构在上下或前后的剧烈振动。，从而引起机构在上下或前后的剧烈振动。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 52 因此，目前采用的是因此，目前采用的是部分平衡法部分平衡法，意在既能够平衡掉一部，意在既能够平衡掉一部分水平方向上的割刀惯性力，又不致割刀在垂直方向上
45、出现较分水平方向上的割刀惯性力，又不致割刀在垂直方向上出现较大的振动。故上述公式将改为：大的振动。故上述公式将改为：为为平衡程度系数平衡程度系数，一般取值为，一般取值为=0.25=0.250.5 0.5。六、切割器工作原理及运动分析六、切割器工作原理及运动分析 531 1、谷物茎杆的切割过程与哪些因素有关？、谷物茎杆的切割过程与哪些因素有关？2 2、正切与滑切的概念？正切比滑切省力的原因？、正切与滑切的概念？正切比滑切省力的原因？3 3、高速无支承切割的机理是什么？、高速无支承切割的机理是什么？4 4、为什么大多采用梯形刀片结构？、为什么大多采用梯形刀片结构？5 5、何谓切割进距？如何利用切割图评价割刀速度、何谓切割进距？如何利用切割图评价割刀速度 与机与机组速度配合程度对切割质量的影响？组速度配合程度对切割质量的影响？6 6、往复式切割器惯性力平衡为和采用部分平衡法？、往复式切割器惯性力平衡为和采用部分平衡法？思考题思考题38谢谢！谢谢！