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机械毕业设计1151柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计说明书
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机械毕业设计1151柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计说明书,机械毕业设计论文
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- 1 - 柠条联合收割机 切割 及拨禾装置的设计 1 引言 1.1 课题的提出和意义 柠条是 豆科锦鸡儿属的一个种 ,多年生长灌木植物， 柠条抗旱、抗寒、耐瘠薄、耐风沙、具有极强的生命力和抗逆性。由于对沙地干旱自然环境条件的适应结果，叶退化为刺。株高 1 3m，冠幅 1m 以上。轴根系，根长 4 5m。自然生长状态下，寿命 10 年左右，如果平茬，寿命 20 年以上。柠条茎秆灰白色，直径多 10 20mm，木质坚硬紧实1。 鉴于柠条独特的生物特性，多年来它一直是内蒙古西部及山西西北部和陕西、甘肃等防风固沙、防止水土流失的重要选用植物。全 国柠条种植面积已达到 666.66 万 hm2 ，仅山西大同市柠条种植面积达到 2 万 hm2 2。柠条含有丰富的蛋白质，开花期鲜柠条干物质含粗蛋白 14%，粗脂肪 3.5%，粗纤维 39.3%，无氮浸出物 31.3%，粗灰分 5.4%。由此可见，柠条还是优良的经济饲料。未实施禁牧前，种植柠条的经济效益主要以牲畜的自然采食来体现，采食率一般在 20% 30%之间。然而由于种植柠条的地区都是生态状况较差的地区，这类地区实行了严格的禁牧舍饲圈养后，使柠条的经济价值很难体现。其中最关键的问题就是柠条的机械化平茬收获技术没有得到根本解 决。一方面，因为大部分地区圈养牲畜的主要饲草青贮或压缩后的玉米秸秆，牲畜采食种类单一，营养成分不全，导致肉奶品质部高，抗病能力下降，不少牲畜都处于亚健康状态；另一方面，含有多种营养成分的柠条得不到利用。另外，根据柠条生长特性，最好 3 4 年平茬一次，否则它的生长速度就会减慢甚至消失 3。为解决这些问题，给生态建设和舍饲圈养创造可持续发展的空间，当务之急是研制一种可实现对柠条进行联合收割的机械。 1.2 国内外研究现状 现在 国内外暂时还没有出现对柠条联合收割机成型机械的报道，现有的对柠条进行收割的装置只有普 通的割草机，还有适用于柠条的平茬机。普通的圆盘锯齿式和甩刀式机具切割后，切口表面形成不光滑的所谓“毛口”，不利于次年发芽生长 3。这些机械只nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 2 - 能把柠条切割，并没有处理和收集装置，切割完以后直接散落到地里，还需要人工进行收集。这些机械的适应性差，很多地方还是需要人工砍切收割。由于柠条茎秆木质化较高，而且茎秆上多硬刺，人工砍割和收集都非常不容易，收割效率极低而且效果非常差。 1.3 本文的研究内容及方法 根据国内外柠条联合收割机研究的发展现状，以及国内对柠条联合收割机的需求，本文对柠条联合收割机的整体设计进行 了研究，首先设计有效的拨禾装置把柠条拨入收割台，采用了往复式切割器对柠条进行切割，随后送入立式压扁输送辊系统进行压扁及输送，然后送入立式滚筒切割系统对柠条进行切碎，最后切碎的柠条掉入集料箱实现茎秆的收集。本文着重对切割以后的工作部分进行了研究。整机工作流程图见图 1。 立式割台的立式压扁输送辊配置立式滚刀属独特设计，其特点是立式压扁辊兼作滚刀的喂入辊，结构简单紧凑，问题是秸秆喂入方向与滚刀轴线的垂直性如何，需要进行试验验证；优点是秸秆在切碎后输送相对容易 4 。 图 1 工作 流程 图 综上所述，我国柠条收割机的研制势在必行，尤其是既能对柠条进行收获，又能对柠条进行切断和收集的联合收割机械的研制更有发展潜力和应用前景。在分析了国内外有关研究现状之后，发现本文针对柠条所设计的立辊式压扁切割系统还没有相关研究，所以有必要进行研究分析。设计中确定了立式滚刀切碎装置，与立辊式压扁方式相配套，结构紧凑、切碎质量好，大大减轻了整个割台部分的前伸量和重量 5，为柠条收割后的茎秆切碎问题提供了解决方案。 2 技术 任务书 柠条是一种很难回收的一种作物，现在的状况是能及时平 茬， 以往平茬完以后，拨禾链 往复式切割器 立式切割滚筒 收集料斗 夹持输送链 立式压扁输送辊 nts - 3 - 工作人员在回收的时候经常弄伤自己。本设计主要目的是既平茬又收获，在切割完成以后经过简单的碾压，导进切碎装置中，进行切碎，最后掉入收料箱。 因为现如今对柠条的了解还很少，本设计中有部分参数和计算公式需要套用玉米联合收获中的一些。本设计的关键问题是 切割与前进的关系，柠条是豆科锦鸡儿属的一个种，很难被切割，若前进过快，容易把柠条弄断，前进过慢，消耗太大。根据经验值我得出了前进速度必须小于切割速度。 3 设计计算说明书 3.1 传动方案的确定 传动方案的设计是本次设计的难点和重点，只有传动 方案设计合理，才能保证整体机构的运作，各个环节才能有效配合，高效率、高质量的实现柠条的联合收割。 本次设计的柠条联合收割机传动部分的难点在于各部分所需转速不相同，压扁输送辊对的转向相反，要实现相对运动，拨禾链组也要实现相对运动。 本文所设计的传动方案简图如图 2所示： 此 柠条联合收割 选取 65 马力柴油发动机，输出转速 2400r/min,经过一级减速器减速，传入各个机构。两个压扁输送辊安装在同一平面内，形成一个压扁输送辊对，为了方便表示，把后面的压扁输送辊 -2 画到了侧面。柴油机输入的转速传入一级减速器后，首先不经 过减速，转速通过减速器主动轴直接传出，再通过一组皮带轮和锥齿传入滚筒切碎器；从滚筒切碎器传出的转速通过一组二级皮带轮减速，传入压扁输送辊 -1；主动轴传出的转速通过一组直齿轮改变方向，经由一个锥齿轮组和一个二级皮带轮减速传入压扁输送辊 -2，这样就实现了压扁输送辊对的相对运动。同理，由减速器从动轴传出的转速经过一系列的齿轮和皮带轮传动，可以实现拨禾链的相对运动，往复式切割器则再通过一组曲柄摇杆机构，实现往复运动。 nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 4 - 1.往复式切割器 2.压扁输送辊 -1 3.滚筒切碎器 4.压扁输送辊 -2 5.拨禾链 图 2 柠 条联合收割机传动简图 3.2 传动皮带轮的设计计算 3.2.1 减速箱主动轴传出的皮带轮组 小带轮转速 2400r/min，大带轮转速 2100r/min, 14.121002400 i。 （ 1） V 带型号的选择： V带星号应根据计算功率 caP 和小带轮转速 1n 来选取，。计算功率是根据传递的功率 P ，并考虑载荷的性质以及每天运转时间的长短等因素来确定的。 PKPaca （ 1） 式中： csP 计算功率， kW ； P 传递的额定功率， kW ； AK 工作情况系数。 nts - 5 - 其中： P = kW5.12 ， AK =1.3，则计算出 csP = kW25.16 。 （ 2）确定带轮的基准直径 1dd 、 2dd ：初选主动带轮的基准直径 1dd 。根据 V 带型号，选取 1dd 为 B型 140mm，则根据传动比算出 2dd =160mm。 （ 3）确定中心距 a 和带 的基准长度 dL ：根据传动结构需要初定中心距 0a 。 )(2)(7.021021 dddd ddadd （ 2） 则最小0a=210mm。 0a确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长 dL： 0212210 4)()(22 addddaL ddddd （ 3） 得出 dL=891.48。根据 dL选取和 dL最相近的 V 带的基准长度dL，则dL=900mm。再根据dL来计算实际中心距。由于 V带传动的中心距是可以调整的，故可采用下式做近似计算： 2 0 dd LLaa （ 4） 计算得最小中心距 a =214mm （ 4） 验算主动轮上的包角 1 ： 1 203.571 80 211 a dd dd （ 5） 计算得 1 = 1206.174 ，符合要求。 （ 5）确定带的根数 z Lca KKPP Pz)( 00 （ 6） 式中：K 包角系数，考虑包角不同时的影响系数； LK 长度系数，考虑带的长度不同时的影响系数； 0P 单根 V带所能传递的功率， kW ； nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 6 - 0P 单根 V 带 1i 时的功率增量， kW 。 计算得 z =4.7 5根。 3.2.2 滚筒到减速轴的皮带轮组 小带 轮转速 2100r/min，传动比 i 3.76，则大带轮转速为 558.5r/min。 （ 1） P =2kW ，根据公式（ 1）可得 csP=2.6kW 。 （ 2）确定带轮的基准直径1dd、2dd：初选主动带轮的基准直径1dd。根据 V 带型号，选取1d为 A 型 100mm，则根据传动比算出2dd=376mm，根据标准带轮直径，选择2dd=375mm。 （ 3）确定中心距 a 和带的基准长度dL：根据传动结构需要初定中心距0a。 根据式（ 2）计算可得0a=332.5mm。 0a确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长 dL： 根据式（ 3）得 dL=1467.6mm，根据 dL选取和 dL最相近的 V 带的基准长度dL，则dL=1600mm。 再根据dL来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可以调整的，根据式（ 4）得最小中心距 a =399mm。 （ 4） 验算主动轮上的包角 1 ：根据式（ 5）得： 1 1205.140 ，符合要求。 （ 5）确定带的根数 z ：根据式（ 6）计算得： z = 22.1 根。 3.2.3 减速轴到压扁输送辊的皮带轮组 小带轮转速 558.5r/min，传动比 i 2.5，则大带轮转速为 233r/min。 （ 1） P =2kW ，根据公式（ 1）可得 csP=2.6kW 。 （ 2）确定带轮的基准直径1dd、2dd：初选主动带轮的基准直径1dd。根据 V 带型号，选取1dd为 A型 112mm，则根据传动比算出2dd=280mm。 （ 3）确定中心距 a 和带的基准长度dL：根据传动结构需要初定中心距0a。 据式（ 2）计算可 得0a=275mm。 nts - 7 - 0a确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长 dL： 根据式（ 3）得 dL=1191mm，根据 dL选取和 dL最相近的 V 带的基准长度dL，则dL=1250mm。再根据dL来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可以调整的，根据式（ 4）得最小中心距 a =305mm。 （ 4） 验算主动轮上的包角 1 ：根据式（ 5）得： 1 1204.148 ，符合要求。 （ 5）确定带的根数 z ：根据式（ 6）计算得： z = 39.2 根。 3.2.4 减速器从动轴到拨禾链齿轮箱的带轮组 小带轮转速 533r/min，则大带轮转速为 192r/min，则传动比为 i 2.5。 （ 1） P =1.6kW ，根据公式（ 1）可得 csP=2.08kW 。 （ 2）确定带轮的基准直径1dd、2dd：初选主动带轮的基准直径1dd。根据 V 带型号，选取1d为 A 型 100mm，则根据传动比算出2dd=278mm，根据标准带轮直径，选择2dd=280mm。 （ 3）确定中心距 a 和带的基准长度dL：根据传动结构需要初定中心距0a。 根据式（ 2）计算可得0a=266mm。 0a确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长 dL： 根据式（ 3）得 d L=1159mm，根据 dL选取和 dL 最相近的 V带的基 准长度dL，则d L=1250mm。再根据dL来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可以调整的，根据式（ 4）得最小中心距 a =312mm。 （ 4） 验算主动轮上的包角 1 ：根据式（ 5）得： 1 1209.146 ，符合要求。 （ 5）确定 带的根数 z ：根据式（ 6）计算得： z = 56.4 根。 3.3 立式收割台设计 割台是柠条联合收割机的重要组成部分 ，是机器的核心部件之一。本割台采用立式，具有以下功能：将柠条植株切断、夹持输送，并将植株向切碎机构强制喂送；给输送装nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 8 - 置输入动力，给输送装置、切碎装置和抛送装置提供安装平台。 立式割台主要部件包括切割器、分禾拨禾器、夹持输送装置和滚筒切碎装置。 3.3.1 切割器的选择 切割器是收获机械的重要部件之一，它的功用是将田间的作物切断。目前， 已广泛使用和报道的切割器有 :往复式、回转式、甩刀式、带式等。基本情况是 : 1 往复式切割器。 往复式切割器由动刀片和定刀片组成，动刀片多数在刀刃上面刻有齿纹，少数在下面刻有齿纹，防止禾株在从剪切口滑出，并有自磨刃作用。在机器前进的同时，动刀片与定刀片组成割幅，定刀片与护刃器成为切割时的两个固定支撑点，动刀片以一定的速度在两支撑点之间做往复切割。 往复式切割是目前国内外稻麦收割机上应用最广的一种切割器，现基本标准化。其切割速度一般为 1.5 -2 m/s， 作业速度低 ，一般不超过 9k m / h（ 2.5m/s） 。 它由往复运动的割刀和固定不动的支承部分组成。割刀由刀杆、动刀片和刀杆头等铆合而成。刀杆头与传动机构相连接，用以传递割刀的动力。工作时，割刀作直线往复运动， 其护刃器前尖将谷物分成小束引向割刀， 割刀在运动中将禾杆推向定刀进行切割。这种切割器平均切割速度较低，切割性能好，结构简单，工作可靠， 广泛用于谷物收割机上。它的缺点是往复愤性力大 ， 割台振动和噪声大，存在重割和漏割，割茬不整齐。 为解决往复式切割器往复惯性力较大的问题，日本久保田稻麦收割机将 刀杆分成两段，采用两个曲柄连杆机构双边驱动，两段刀杆的运动方向相反，可抵消部分惯性力。为防止泥土卡刀，久保田收割机将刀杆加宽，在其底部挖了排土孔 ， 割刀在运动时可将进入切割间隙的泥土及时排出。 此外，这种机型还加装了割刀自动润滑系统，可将润滑油自动滴到刀杆上，随动刀的运动而进入摩擦间隙，以免手工加油发生危险。 2 回转式切割器。 回转式切割器主要用于收获牧草、 青饲料等粗茎秆作物，少数谷物收获机上也使用这种切割器。回转式切割器切割速度高，一般为 25-50 m / s， 可适应 10-25km/h 的高速作业 ， 惯性 力易平衡，震动较小，结构简单，但回转半径小，不宜宽幅切割，割刀的寿命较短，维修费用高。 3 甩刀式切割器。甩刀式切割器多用于玉米青贮饲料收割机上， 目前国内外收割机上多采用甩刀式切割器。它由 水平横轴、刀盘体、刀片和护罩等组成。刀片铰接在水平横轴的刀盘上，在垂直平面 (与前进方向平行 )内回转。 4 回转带式切割器。这种切割器将薄钢带加工成角钢状，一边为带体， 连接两端构nts - 9 - 成传动带， 一边为刀体，刀体间有一定距离，刀体端开有刀齿，刀齿为梯形。工炸时，在驱动带轮的带动下，带体在水平面内绕两带轮作回转运动刀齿切割作物。 5 齿形链式切割器。动刀右上部为切割段， 呈梯形，根部为传动齿，同齿形链节板，将其与标准齿形链节板铰接成一封闭的刀链，刀链在主动链轮的驱动下， 在上下水平导轨的引导下， 在水平面内作高速回转运动，其紧边与护刃器构成切割幅，对作物茎秆切割。 本设计选择 ： 往复式切割器 。 3.3.2 往复式切割器的设计 往复式切割器是联合收割机使用最广泛的切割部件，其切割图是评价切割器工作性 能的重要工具，本章就往复式切割器的构造、类型及其结构的标准化以及传统绘制切割 图的方法 描点法作以简单介绍，并分析影响往复式切割器工作性能 的主要因素。另 外，推导切割器的纵向位移与横向位移间的关系式，并指出利用传统高等数学知识解决 面积的计算问题时，会因解不出原函数而无法实现。 3.3.3 往复式切割器的构造 往复式切割器由往复运动的割刀和固定不动的支承部分组成 6（ 图 2） 割刀由刀杆、动少 J 片和刀杆头等铆合而成。刀杆头与传动机构相连接，用以传递割刀的动力。固定部分包括护刃器梁、护刃器、铆合在护刃器上的定刀片、压刃器和摩擦片等。工作时割刀作往复运动，其护刃器前尖将谷物分成小束并引向割刀，割刀在运动中将禾秆推向定刀片进行剪切。 图 3 往复式切割器 图 4 动 刀片 nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 10 - （ 1） 动刀片 :它是主要切割件，为对称六边形 （图 4） ,两侧为刀刃。刀刃的形状有光刃和齿纹刃两种。光刃切割较省力，割茬较整齐，但使用寿命较短，工作中需经常磨刀。齿纹刃刀片则不需磨刀，虽切割阻力较大，但使用较方便。在谷物收割机和联合收获机上多采用齿纹刃。而牧草收割机由于牧草密、湿，切割阻力较大，多采用光刃刀片。刀刃的刃角 i对切割阻力和使用寿命影响较大，当刃角 i 由 14 增至 20 时，切割阻力增加 15%。刃角太小时，刀刃磨损快，而且容易崩裂，工作不可靠。一般取刃角为 19 。齿纹刃刀片的刃角 i= 2523 。光刃刀片为使其磨刀后刃部高度不变，刀片前端顶宽 b，一般 b=14-16mm，齿纹刃刀片其 b 值较小些。刀片一般用工具钢 (T8.T9)制成，刃部经热处理，热处理宽度为 10-15mm,淬火带硬度为 HRC50-60，非淬火区不得超过 HRC35。刀片厚度为 2-3mm。每厘米刀刃长度上有 6-7个齿，刀刃厚度不超过 0.15mm。 (2)定刀片 :定刀片为支承件，一般为光刃，但当动刀片采用光刃时，为防止茎秆向前滑出也可采用齿刃。国外部分机器护刃器上没有定刀片，由锻钢护刃器支持面起支承切割的作用。 (3)护刃器 :护刃器的作用是保持定刀片的正确位置、保护割刀、对禾秆进行分束和利用护刃器上舌与定刀片构成两点支承的切割条件等。其前端呈流线形并少许向上或向下弯曲，后部有刀杆滑动的导槽。护刃器一般为可锻铸铁或锻钢、铸钢等制成，可铸成单齿一体，或双齿一体或三齿一体。单齿一体损坏后易于更换，但安装和调节较麻烦，现多采 双齿护刃器。 (4)压刃器 :为了防止割刀在运动中向上抬起和保持动刀片与定刀片正确的剪切间隙 (前端不超过 0-0.5mm，后端不大于 1 一 1.5mm)，在护刃器梁上每隔 30-50 厘米装有压刃器 (在割草机上每间隔 20-30厘米 )。它为一冲压钢板或韧铁件，能弯曲变形以调节它与割刀的间隙。 (5)摩擦片 :部分切割器在压刃器下方装有摩擦片，用以支承割刀的后部使之具有垂直和水平方向的两个支承面，以代替护刃器导槽对刀杆的支承作用。当摩擦片磨损时，可增加热片使摩擦片抬高或将其向前移动。装有摩擦片的切割器，其割刀间隙调节 较方便。 （ 6） 护刃器间距 ： 护刃器起着保护刀片和引力茎秆的作用，往复式切割器切割茎秆分两个过程，首先是被动力刀片推至护刃器间隔中间产生横向弯曲；其次是随机器前nts - 11 - 进产生纵向弯曲，这都会使切割力增加，而茎秆切割最大弯曲取决于护刃器间隔，间隔以大于 68.3mm 为宜，故取 72mm。 （ 7） 动刀片间隔 动刀片间隔取决于刀片尺寸和切割速度。英雌优化设计了刀片结构尺寸。达到了增加切割速度以减少切割阻力的目的。 （ 8） 切割速度 往复式七个七的工作质量跟切割速度与机组前进速度的速比有密切关系。往复切割速度是指平均速度，平均速度越高，切割性能越好。但过高的切割速度是不可取的，因为会使整个机组产生较大的振动，不但增加了机组功率的消耗，而且会加速零件的磨损与破坏。经过理论计算和试验，速比在 0.8 到 2.2 范围内时，工作质量比较理想，因此确定切割速度为 2m/s。 （ 9） 切割器功率消耗 切割器切割茎秆所需功率由三部分组成，即切割茎秆所消耗 率 ， 割刀摩擦消耗功率 ， 惯性消耗功率 。经过计算，切割器消耗功率为 xgdmdqg vfvfvfN 752（ 7） 其中：qf 玉米切割阻力；mf 摩擦阻力；gf 往复惯性力；dv 切割速度，取 2m/s;xv 切割速度。 结果gN=3Kw 3.3.4 往复式切割器的类型 往复式切割器割刀作往复运动，结构较简单 .，适应性较广。目前在谷物收割机、牧草收割 机、谷物联合收获机和玉米收获机上采用较多 6。 a b c 图 5 各种尺寸类型切割器 a. 普通 I 型 b.普通 II 型 c.低割型 往复式切割器按结构尺寸与行程关系分有以下三种 : (1) 普通 I 型 (见图 5-a) nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 12 - 其尺寸关系为 inmmttS 32.760 （ 8） 式中 :S-割刀行程 ;t-动刀片间距 ;0t-护刃齿间距 普通 I 型切割器的特点是 ： 割刀的切割速度较高，切割性能较 强，对粗、细茎秆的适应性能较大，但切割时茎秆倾斜度较大、割茬较高。这种切割器在国际上应用较为广泛，多用于麦类作物和牧草收获机械上。 在水稻收割机上有采用较标准尺寸小的切割器，其尺寸关系为 0ttS50， 60 或 70mm （ 9） 其特点是 :动刀片较窄长 (切割角较小 )，护刃器为钢板制成，无护舌，对立式割台的横向输送较为有利。其切割能力较强，割茬较低。 在粗茎秆作物收割机上，有采用较标准尺寸为大的切割器，其尺寸关系为 0ttS90 或 100mm （ 10） 其护刃齿的 间 距较大，专用于收割粗茎秆作物。青饲玉米收割机、高粱收割机和对行收割的玉米收获机采用。 (2) 普通 II 型 (见图 5-b) 其尺寸关系为 inttS 64.152220 （ 11） 该 切割器的动刀片间距 t 及护刃器间距0t与普通 I型相同，但其割刀行程为普通 I型的 2倍。其割刀往复运动的频率较低，因而往复惯性力较小。此点对抗振性较差的小型机器具有特殊意义，适于在小型收割机和联合收获机上采用。 (3)低割型 (见图 5-c) 其 尺寸关系为 2.7620 ttS、 ininmm 4,36.101 （ 12） 切割器的割刀行程 S和动刀片间距 t 均较大，但护刃齿的间距0t较小。切割时，茎科倾斜量和摇动较小，因而割茬较低，对收割大豆和牧草较为有利，但对粗茎秆作物的适应性较差。 nts - 13 - 低割型切割器由于切割时割刀速度较低，在茎秆青湿和杂草较多时切割质量较差，割茬不整齐并有堵刀现象。目前在稻麦收割机上采用较少。 3.3.5 往复式切割器的结构标准化 为了便于组织专业 化生产和零配件供应，国家机械工业部 1975 年公布了切割器的国家标准 (GB1209 一 1213-75)。切割器分为三种型式 : (1) 型切割器 :其 mmtt 2.760 ，动刀片为光刃，刀片水平倾角为 306 ，护刃器为单齿，设有摩擦片。用于割草机。 (2) 型切割器 :其 mmtt 2.760 ，动刀片为纹齿刃，护刃器为双齿，设有摩擦片。用于谷物收割机和联合收获机。 (3) 型切割器 :其 mmtt 2.760 ，动刀片为齿纹刃，护刃器为双齿，无摩擦片。用在谷物收割机和谷物联合收获机上。 3.3.6 割刀进距 割 刀进距对切割图有重要的影响，割刀进距指割刀走过一个行程 (S)时，机器前进的距离。割刀进距用下式计算： nvnvH mm 30260 （ 13） 或 mvH （ 14） 式中mv 机器前进速度 ;n 割刀曲柄转速 ; 割刀曲柄角速度。 3.3.7 影响 往复式切割器工作性能的因素 影响往复式切割器工作性能的主要因素是割刀进距及动刀片刃部高度。 割刀进距会影响切割图中重割区及漏割区的面积，当进距增大时，切割图变长，漏割区增加，而重割区减少 ;反之，则相反。此外，动刀片的刃部高度也影响到切割图的形状。刃部高度增大时，漏割区减小，而重割区增加 ;反之，则相反。由于现在使用于联合收割机上的切割器都己标准化，所以本文主要讨论割刀进距 (即机器前进速度和割刀曲柄转速 )对往复式切割器的工作性能影响。 nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 14 - 3.4 柠条 联合收割机割刀传动机构的组成 柠条 联合收割机割刀传动系统的 结构如图 6所示，该机构属于曲柄摇杆一摇杆滑块机构 ， ABC 是曲柄摇杆机构 ， DEF 为摇杆滑块机构 。 当曲柄均匀回转时 ， 割刀动刀片作往复运动，完成切割任务 。 在农业机械设计中已获应用 7 11摆块轴承座连接为球头铰链或球面轴承。 曲柄应顺时针转动 ， 正常工作转速是 500 minr 。 该传动机构在摇杆摆动的两极限位置的连线应通过曲柄的回转中心 ， 这样的传动布置能使割刀在往返行程的平均速度相等 ， 对割刀传动有利 。 摇杆摆动角度的大小 ， 对割刀的加速度显然有较大的影响 ， 当其他的参数一定时，摇杆摆角 越大 ， 割刀加速度越大，会引起割台较大的振动 ， 应控制在一定范围内 12。 图 6 割刀传动系统结构 3.4.1 曲柄摇杆 ABC 的运动方程 曲柄摇杆 ABC 的结构简化图形如图 7 所示 。 建立空间三维直角坐标系 XAYZ， ACC 在轴上， z 轴为 柠条 割台主传动轴的轴线的方向。 nts - 15 - 图 7 曲柄摇杆结构简化图 设曲柄以匀角速度 从第二象限开始顺时针转动，所以 t ， B点的运动方程为 ： trrX B c osc os ； trX B sin ； trX B cos2 ； （ 15） trrY B s ins in ； trY cos ； trY B sin2 ； （ 16） rVB ； 2raB ； （ 17） C 点在 X 轴方向上的运动方程为： c o sc o s rlXC ； （ 18） 因为 r 远小于 l，因此可以认为 角接近于 0 ，则 trlrlXc c o sc o s ； trXc sin； trXc cos； （ 19） 3.4.2 曲柄摇杆 ABC 的旋转惯性力问题 应用节点等效质量代换法，推杆 BC的 21 质量代换到 B 点，另外 21 质量代换到 C点平衡配重铁质量为 ，安置在割台主传动轴的右侧，如图 7 所示 其旋转惯性力主要由以下几个质量元件产生：曲柄销 (质量为 1m )，曲柄不平衡部分 (质量为 2m )，推杆在 B 点的等效质量 (321 m)，曲柄销对面所加的平衡配重铁 (质量为 1M )；因此，旋转惯性力的静平衡方程式可以表示为： 2322221211 21 rmrmrmrM （ 20） 式中： 1r ,2r 分别为平衡配重铁和曲柄不平衡部分质心距主传动轴心的半径 。 在确定平衡参数时，应首先由实践经验确定 1r 的大小，即配重 1M 的安置位置，然后根据上述公式确定配重质量 1M 的大小 。 nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 16 - 3.4.3 割刀的动力学问题 割刀切割阴力1F主要包括下列 3个力：禾杆的平均切割阻力1F；割刀的惯性力2F；由于割刀及其附件重量所产生的磨擦力；设割刀动刀片及其附件每米质量为 mkgq ，割刀动刀片长度为 L，则割刀运动部件的总质量为 qL13。 柠条 联合收割机的三角摆块的 3个顶点分别与割刀梁、轴承座、推杆相铰接，三角摆块绕轴承座摆动， CDE3 点可以近似看做平面运动，其受力图如图 8所示 。 E点 y方向的平动运动规律可以近似看做为割刀动刀片与 C点的运动规律，由前面的推导可知： trY E cos ； trY E sin ； （ 21） EEE XtraY c o s2 （ 22） 0 时，表示曲柄销在左止点位置，割刀切割速度为零，加速度为 2r 达最大值；随着时间的增加，角逐渐增大，割刀相对位移也越来越大，割刀速度按其位移的二次方增加，而割刀加速度按其位移的直线规律减小；当 90 时 ，割刀相对速度 rVx 达最大，而此时加速度为 零 。 当 角继续增大时，加速度继续按其位移的直线规律增大，而速度按其位移逐渐减小为零 14。 由达朗伯原理知： EqLaF ； （ 23） 于是可得到割刀往复惯性力 F 随着割刀相对位移的变化规律，如图 8所示该力 F是引起割台振动的主要原因之一在三角摆块轴承座上，割刀梁对面加一平衡配重 (质量为 m )，来平衡这个力 。 图 8 割刀位移变化规律 图 9 三角摆块平面受力分析 nts - 17 - 3.4.4 三角摆块的动力学 方程 三角摆块在 XAZ 平面的受力分析如图 8所示 。 三角摆块绕摆动中心以角加速度 运动，其转动惯量为 J， 由图 8 可以看出，割刀平衡配重5m三角摆块的平衡配重4m、推杆等效节点质量、三角摆块质量对转动中心的离心力是平面汇交力系，可以部分相互削减，而上述质量单元绕 D点转动的切向惯性力矩与割刀的阻力矩、三角摆块的转动惯性力矩方向均相同，他们由驱动力2F对转动中心D的矩来平衡 。 由达朗伯原理，可以列出图 8 的静平衡方程 。 对图 8 应用质点系动量矩定理可得： 111222255244223 co sco s21 LFLFLmLmLmJ ； （ 24） 首先根据结构要求估算各配重的位置，上式结合静平衡方程来确定各个配重质量 。也可以利用计算机 3.4.5 总 结 上述分析方法可以部分求解，也可以联立方程求解，如果利用计算机辅助分析，动态仿真效果会更好 。 为确保结论的实用性，应利用测量技术对各种方案进行评述、比较，从而得出最优组合方案 。 3.5 拨禾器的设计 衡量 作物收获质量好坏的一个最主要指标是损 失率。由于收获流程的前后顺序所致，割台损失率首当其冲。拨禾装置位于收割机的最前端，收获作物时，它扶起并归拢作物，拨向切割器；在切割器切割作物时，前方扶持茎秆以防止向前倾倒；最后把切断的作物及时推向压扁辊。 分禾是重要的一个环节，分禾器如果太长、太宽，就会推倒柠条植株，同时，其结构尺寸与整机匹配若不合理，将严重影响整机作业性能 15 16。 拨禾轮的结构简单、可靠，多用于大中型收割机上的联合收获机上。但是由于柠条茎秆硬度高切有比较高的柔性，采用拨禾轮的效果不好，且拨禾轮一般应用于卧式收割台的结构中，不适用于 本设计的立式收割台。本设计最终采用链式拨禾器，可有效的把柠条拨入切割装置。 这种拨禾器的好处是，在切割过程中不会让柠条乱动，强行切割。 nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 18 - 3.5.1 链传动的设计计算 （ 1）选择链轮齿数1z、2z传动比 1i 假设链速 ，smsmv 36.0 （ 3）确定链节数pLKWP 4 733.114802512521252580222 012210 ppppazzpzzpaL p （ 25） 取 节115pL（ 4）传动功率 查表得工作情况系数 0.1AK 、小链轮齿数系数 887.0zK 、由表查得多排链排数系数 1pK kWKKPKPPPzAc 8 6 8.018 8 7.08 5 9.00.10 （ 26） （ 5）确定链节距 p 根据 m in399 6 8.010 rnkWP 、，选用链号为 16A 的单排滚子链。查表得链节距mmp 05.19 （ 6）实际中心距 a mmzzzzLzzLpapp89.593217518251171152511711544.252822421222121222121 （ 27） 取 mma 594 （ 7）验算链速 nts - 19 - smpznv 2 8 1.01 0 0 060 4.2517391 0 0 060 11 （ 28） 与原假设相符。 （ 8）计算有效圆周力 Nv PF e 94.3056281.0 859.010001000 （ 29） （ 9）计算轴上载荷 NFKFeAP 33.3 6 6 894.3 0 5 60.12.12.1 （ 30） （ 10）确定润滑方式 根据链速 v 、节距 p 由表查得采用油浴或飞溅润滑。 3.6 立辊式柠条压扁输送装置的设计 压扁输送装置是柠条前割台的核心，直接影响到整机的各项指标，如损失率、切割达标率等。该装置能在压扁柠条茎秆的同时将茎秆强制喂入滚刀切碎，使压扁辊与滚刀间茎秆输送通畅，不堵塞。其次，茎秆及茎节被碾压后对切碎和提高饲料的品质起很好的作用 5。 立辊式压扁输送装置的压扁辊两轴线所在 平面与垂直面成前倾 25 35夹角，柠条植株由往复式割刀割断后经夹持链输送至压扁辊，通过立式压扁辊压扁。植株在弧形挡禾板和加持的作用下与压扁辊轴线成 50 70角。由于螺旋线的提升作用，压扁后的植株基本与压扁辊成垂直角度向后输送进切碎滚筒切碎。 3.7 茎秆切碎装置的设计 立式茎秆切碎装置是本次设计的重点，立式茎秆切碎装置与立辊式压扁输送装置配套实现柠条的收割和粗加，结构简单，茎秆切碎效果好、功耗低，能和割台配置紧凑。 现有的设备技术是立式辊配套盘刀或卧式滚刀切碎装置，它不但结构庞大，甩刀则为无支撑切 割，动力消耗也大。立式茎秆切碎装置安装在柠条压扁输送辊的后方，并与机架相连，其驱动部件与收获动力系统相连，且与压扁输送辊有速比约束。 滚筒式切碎刀最初设计为螺旋刃刀片，螺旋刃刀片功率消耗小、切碎平稳，但制造工艺复杂，成本高。到 20世纪 70 年代末，直刃斜装滚刀在我国得到迅速推广 17。 nts 柠条联合收割机切割及拨禾装置的设计 - 20 - 3.8 收集料斗的设计 集料箱安装在滚筒切碎刀下方，可活动拆卸，能从机器后部人工取出，方便物料的卸出。 由于本设计滚筒切碎装置为倾斜竖直面 30 安装，所以首先需要在滚筒外延安装适当的挡 板，使物料下落方向改变，便于收集。设计集料箱时，可根据整机内部空间确定各项数据。集料箱材料为普通铁皮，形状设计上选择性大，在作业过程中，尽可能的提高集料箱的容积，可提高作业效率。 4 使用说明书 （ 1）使用前应检查减速器中冷却系统是否能正常工作。 （ 2）注意每个齿轮箱中轴承的润滑，没润滑油时及时添加。 （ 3）检查 每 个传动皮带轮的松紧，太松容易脱离，太紧容易断裂。 （ 4）检查往复式割刀是否在轨道，如果不在，立马停止运行。 （ 5）在使用中经常检查传动系统的工作状态，注意各紧固机件是否松动，如果松动立刻停止运行 。 （ 6）当工作一定时间后，应当检查拨禾链上是否有割下来的杂物，及时清理，否则影响切割。 （ 7）收料箱满后及时处理，以免影响正常工作。 （ 8） 在收割作业时，机器应尽量走直线，保持匀速作业，根据负荷的状况调节好油门，避免因负荷大小变化突然增、减速，更不能突然拐弯，以免影响作业质量。 （ 9）联合收割机在日常工作中，要定期进行润滑保养，检查各部件的技术状态。对工作负荷大、转速高、振动大的部件要重点检查保养。当某一部件出现损坏时应及时更换，切不可将就使用，这样做不仅可延长机器的使用寿命，还可减少事故发生，降低作业成 本和提高工作效率。 （ 10）联合收割机在投入正常作业之前，应根据作物的状况，对机器割茬高度、作业速度等作业性能进行调整。 （ 11）联合收割机的使用具有季节性，一般存放时间较长，所以出车前应注意检查nts - 21 - 机器的各部件是否完好；离合器、制动踏板自由行程是否适当；螺栓、螺母是否松动等，以确保机器的技术状态良好。还要检查随车备件，如刀片、皮带等易损配件是否配备；常用工具及相关证件是否齐全等。 5 标注化审核报告（ BS） 5.1 产品图样的审查 柠条联合收割机 的传动装置和刀具设计已经基本完成， 现以具备全套图纸和一线基本 数据，根据有关规定，对其进行标注化审查，结果如下： （ 1） 产品的图样完整、统一、表达准确清楚、图样清楚。符合 GB4440-84、 GB-83机械制图的规定。 （ 2） 产品图样公差与配合的选择与标准符合 GB/T1800、 3-1998 的规定。 （ 3） 产品图样的编号符合 JB/T5054.5-2000中华人民共和国机械行业标准产品图样及设计的完整性。 （ 4） 图纸的标题栏与明细栏符合 GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989 的规定。 （ 5） 产品图样粗糙度的标注符合 GB131-83表面特征代号及注法的规定。 （ 6） 产品图样焊缝的代号符合 GB324-80焊缝代号的规定。 5.2 产品技术文件
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