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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）
題目：半喂入小型聯(lián)合收割機(jī)之割臺部分
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 金鋒
學(xué) 號： 20100972
專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級： 農(nóng)機(jī)1001班
指導(dǎo)教師： 嚴(yán)霖元 職 稱：教授
二014 年5月
目錄
中文摘要
英文摘要
1 緒論 1
1.1 國內(nèi)收獲機(jī)械發(fā)展概況 1
1.1.1 入門階段 1
1.1.2 發(fā)展階段 1
1.1.3 利用引進(jìn)技術(shù)發(fā)展階段 1
1.2 國外收獲機(jī)械發(fā)展概況 2
1.3 本次設(shè)計(jì)過程 2
2 收割臺機(jī)構(gòu) 3
2.1 割臺機(jī)構(gòu)的選擇 3
2.2輸送帶式臥式割臺的結(jié)構(gòu) 3
2.3輸送帶式臥式割臺的工作流程 3
3 往復(fù)式切割器 4
3.1 往復(fù)式切割器的構(gòu)造及類型 4
3.1.1 Ⅱ型往復(fù)式切割器的構(gòu)造 4
3.1.1.1 動(dòng)刀片 4
3.1.1.2 定刀片 4
3.1.1.3 護(hù)刃器 4
3.1.1.4 壓刃器 4
3.1.1.5 摩擦片 4
3.2 切割器運(yùn)動(dòng)學(xué) 4
3.2.1 割刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 5
3.2.2 割刀的位移、速度和加速度 6
3.2.3 選擇割刀平均速度，計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)速 6
3.2.4 曲柄轉(zhuǎn)速與機(jī)器前進(jìn)速度的關(guān)系 6
3.2.5 臨界切割速度比 6
3.3 切割機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 7
3.3.1 割刀在工作時(shí)的受力分析 7
3.3.2 切割器的慣性力平衡 8
3.3.3 切割器消耗功率 9
3.4 割刀的安裝及調(diào)整 9
4 撥禾輪 10
4.1 撥禾輪的選擇 10
4.2 偏心撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡 10
4.3 撥禾輪的速度比 11
4.4 撥禾輪的設(shè)計(jì)參數(shù) 12
4.4.1 撥禾輪安裝高度及其調(diào)節(jié)范圍 12
4.4.2 撥禾輪直徑D的確定 13
4.4.3 撥禾量ΔX與撥禾輪的作用程度η 14
4.4.4 撥禾輪的轉(zhuǎn)速 15
4.4.5 撥禾輪功率N的損耗 15
4.4.6 撥禾輪的調(diào)整 16
5 割臺升降裝置的設(shè)計(jì) 16
5.1 割臺升降機(jī)構(gòu)型式的選用 16
5.1.1 液壓式割臺升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 16
5.2 割臺懸掛機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) 16
5.3 油泵的選擇 17
5.4 油缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 17
5.4.1 油缸種類的選擇 17
5.4.2 油缸的計(jì)算 17
5.4.3 割臺升降液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
6 橫向輸送機(jī)構(gòu) 21
6.1 輸送鏈的選擇 21
6.2 直立附板滾子鏈的參數(shù) 21
6.3 鏈輪的參數(shù) 22
參考文獻(xiàn) 23
致謝 24
摘要
半喂入聯(lián)合收割機(jī)是采用偏心撥禾輪的，其能夠扶起倒伏度較大作物，夾持作物使其半喂入脫粒，處理量明顯減少而且穩(wěn)定，不會由于倒伏程度的不同和作物濕度而有很大變化。其作業(yè)性能優(yōu)良，且能使作物整齊鋪放或者切碎還田。從20世紀(jì)90年代中期以來，由于結(jié)構(gòu)尺寸放大，多種監(jiān)控、自動(dòng)控制裝置的使用，多數(shù)機(jī)型作業(yè)速度可達(dá)1.22~1.5m/s,工作幅度1.45~1.98m，個(gè)別的達(dá)到2.1m，配置動(dòng)力33.5、55.9、61.0kw機(jī)器接地壓力在20kpa以上，防陷性能高，生產(chǎn)效率0.2~0.47hm2/h或以上。其主要問題是機(jī)型過大后靈活性變差且售價(jià)過高。因此本設(shè)計(jì)旨在克服上述缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款適合南方丘陵地區(qū)，價(jià)格合理的小型半喂入聯(lián)合收割機(jī)。該設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容在于：切割器、偏心撥禾輪、割臺的升降控制機(jī)構(gòu)等重要部件的設(shè)計(jì)研究。
關(guān)鍵詞：半喂入；聯(lián)合收割機(jī)；割臺；切割器；偏心撥禾輪；割臺升降控制機(jī)構(gòu)。
Abstract
As a semi-feeding combine harvester eccentric reel , can lift up the lodging of the larger crop , significantly reduced and stable gripping semi- fed crop threshing , processing capacity , not because of lodging and crop moisture levels and have different great changes. Job performance, but also make neat placement or chopped crop farmland. Since the mid -1990s , as a reference to the size of the enlarged structure , a variety of monitoring , automatic control device , the operating speed of most models up to 1.22 ~ 1.5m / s, the work rate of 1.45 ~ 1.98m, the individual reaches 2.1m configure dynamic 33.5,55.9,61.0 kw machine ground pressure 20kpa above , anti- depression high performance, productivity 0.2 ~ 0.47hm2 / h or more, the main problem is too large models and prices deteriorated after high flexibility . Therefore, this is designed to overcome these shortcomings of requirements, design a suitable Southern Hills , affordable small semi-feeding combine harvester . The main contents of the design are: cutter , eccentric dial design research important parts reel , cutting platform lift control agencies.
Keywords : Semi- feeding ; combine harvester ; cutting table ; cutter ; eccentric reel ; cutting platform lift control mechanism .
1 緒論
作物收獲是整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中奪取豐收最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對谷物產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大影響，其特點(diǎn)是季節(jié)性強(qiáng)、時(shí)間緊、任務(wù)重，易遭受雨、雪、風(fēng)、霜的侵襲造成損失。因此，實(shí)現(xiàn)谷物收獲作業(yè)機(jī)械化對于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低收獲損失、以確保豐產(chǎn)豐收具有極其重要意義。
1.1 國內(nèi)收獲機(jī)械的發(fā)展概況
1.1.1 入門階段
這一階段完成的主要是引進(jìn)和仿制工作。1949年開始從前蘇聯(lián)進(jìn)C－6牽引式，此后又相繼從其他國家進(jìn)一些機(jī)型。牽引式機(jī)器有：聯(lián)邦德國克拉斯、蘭茨、英國阿爾濱等。經(jīng)過多年試驗(yàn)選型和農(nóng)場實(shí)際使用，曾先后選定幾種機(jī)型進(jìn)行仿制，但最后投產(chǎn)只有1956年投產(chǎn)的GT－4.9牽引式聯(lián)合收割機(jī)。盡管產(chǎn)品數(shù)量不多、制造質(zhì)量也不高，而且在此期間國內(nèi)少數(shù)單位自行設(shè)計(jì)研制一些小型聯(lián)合收割機(jī)均未成功，但此時(shí)我國已初步掌握了聯(lián)合收割機(jī)生產(chǎn)和制造技術(shù)。
1.1.2 發(fā)展階段
這一階段是我國聯(lián)合收割機(jī)迅速發(fā)展時(shí)期。全國不僅涌現(xiàn)出一批新專業(yè)聯(lián)合收割機(jī)廠，而且還發(fā)展了相應(yīng)配套件廠，這些工廠通過擴(kuò)建、技術(shù)改造，生產(chǎn)能力有很大提高。到70年代末，一個(gè)比較完整聯(lián)合收割機(jī)制造業(yè)初具規(guī)模，聯(lián)合收割機(jī)年產(chǎn)量已達(dá)到6000臺的水平。盡管有的機(jī)型是國外四五十年代技術(shù)水平老機(jī)型，機(jī)器性能相對比較落后，但這一階段我國聯(lián)合收割機(jī)事業(yè)卻是飛速發(fā)展。而且，這段時(shí)間的工作使我國設(shè)計(jì)研究聯(lián)合收割機(jī)水平有了長足進(jìn)步和提高，逐步具備獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)新產(chǎn)品的能力。
1.1.3 利用引進(jìn)技術(shù)發(fā)展階段
這個(gè)階段是谷物聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展過程中一個(gè)艱難而又復(fù)雜時(shí)期，經(jīng)歷了一個(gè)極大起落過程。1980年前后，改革開放政策對聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。經(jīng)過幾年努力，引進(jìn)機(jī)型陸續(xù)投產(chǎn)，我國聯(lián)合收割機(jī)行業(yè)科學(xué)技術(shù)在許多方面從原來比較落后狀態(tài)，一下子跨到80年代初國際先進(jìn)水平，有了一個(gè)劃時(shí)代飛躍。但是，由于80年代初農(nóng)村經(jīng)濟(jì)比較落后等一些其它因素影響，聯(lián)合收割機(jī)市場明顯萎縮。自1982年，全國產(chǎn)量由6000臺一下降到1000余臺。80年代中后期，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，市場逐漸恢復(fù)。進(jìn)入90年代，不僅產(chǎn)量恢復(fù)到了歷史最高水平，而且新試制產(chǎn)品，特別是中小型拖拉機(jī)懸掛品種型號繁多，出現(xiàn)制造、開發(fā)、選購收獲機(jī)新局面。
90年代中后期，我國收獲機(jī)發(fā)展更加迅速，不僅各種類型機(jī)械齊全，性能也不斷完善，而且產(chǎn)量大幅度提高。1997年全國年生產(chǎn)聯(lián)合收割機(jī)35105臺，比1982年提高幾倍。而且，市場比較看好，年終售出31955臺，呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭，開始我國收獲機(jī)發(fā)展一個(gè)嶄新的階段。
1.2 國外收獲機(jī)的發(fā)展概況
國外收獲機(jī)發(fā)比較有代表性國家和地區(qū)歐美及日本等地。歐美多為全喂入脫粒，機(jī)型大，生產(chǎn)率高，適合較大規(guī)模生產(chǎn)條件；日本則以中小型水稻收獲機(jī)為主，多采用半喂入，機(jī)型小，生產(chǎn)率較低。
目前，世界收獲機(jī)械的發(fā)展，不僅在傳統(tǒng)的收獲機(jī)上增設(shè)了許多電液自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如凱斯公司的2300系列大型聯(lián)合收獲機(jī)上設(shè)置了GPS接收裝置，為將來精確農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。而且，突破了傳統(tǒng)收獲工藝，發(fā)展割前脫粒。如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制氣吸式割前脫粒聯(lián)合收獲機(jī)，英國謝爾本公司生產(chǎn)梳脫臺等?？傊澜缟系氖斋@機(jī)械正向著自動(dòng)化、適用化、多樣化方向發(fā)展。
1.3 本次設(shè)計(jì)過程
收割是谷物栽培最后環(huán)節(jié)，對于谷物產(chǎn)量和質(zhì)量具有很重要影響。收獲的季節(jié)性很強(qiáng)，農(nóng)時(shí)緊迫，人工收割勞動(dòng)強(qiáng)度大，為此設(shè)計(jì)收割機(jī)，谷物聯(lián)合收割機(jī)是集收割、脫粒、分離、清洗為一體的作業(yè)，相對于分別收獲來說，其機(jī)械化水平較高，能顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，能及時(shí)清理天地，以利于下茬作物的搶耕搶種，在次設(shè)計(jì)中，我遇到了許許多多的困難，從對農(nóng)業(yè)機(jī)械的一片空白到對收割機(jī)的整體把握，和對其國內(nèi)的收割機(jī)機(jī)構(gòu)的了解，都傾注了老師和自己的汗水，特別在繪圖期間，得到了老師的悉心指導(dǎo)，對本人設(shè)計(jì)和以后走上工作單位都打好了良好的基礎(chǔ)，通過幾個(gè)月的設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)、提問、認(rèn)真查閱相關(guān)手冊，終于使本次設(shè)計(jì)任務(wù)圓滿完成。在此向嚴(yán)老師和同組同學(xué)表示由衷的感謝。
本次設(shè)計(jì)的主要是收割臺機(jī)構(gòu)，由于時(shí)間倉促，個(gè)人所學(xué)知識有限，因此該設(shè)計(jì)還存在這樣那樣的缺點(diǎn)及不足，還請各位老師及同行給予批評指正，在此一并表示感謝。
2. 收割臺機(jī)構(gòu)
2.1 割臺機(jī)構(gòu)的選擇
割臺是聯(lián)合收割機(jī)的主要工作部件之一，其功用是完成割禾工作，并隨機(jī)把割倒的谷物集中連續(xù)不斷地輸送給輸送槽。根據(jù)收割機(jī)的不同特點(diǎn)，割臺有集中不同的型式，如下：
割臺類型
特點(diǎn)
缺點(diǎn)
帶攪龍輸送器的臥式割臺
適應(yīng)性好；稻、麥和豆類都適用，
割幅大、小都可以用；工作可靠
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大
輸送帶式臥式割臺
作物割倒整齊；較好的適應(yīng)性；割幅大、小都可以用
縱向尺寸較大，
降低了靈活性
立式割臺
縱向尺寸大為縮短，重量輕，
結(jié)構(gòu)緊湊，較好的適應(yīng)性
要求較高的機(jī)走速度；
容易造成作物損失；
割臺落粒難以回收；
不適于倒伏作物
旋轉(zhuǎn)式割臺
工作震動(dòng)??；有一定的適應(yīng)性；用于
低速和割幅不大的小型半喂入收割機(jī)
結(jié)構(gòu)復(fù)雜、前移量重量大、
割臺損失較多且難以收回
根據(jù)上述闡述，本次設(shè)計(jì)的割臺機(jī)型為輸送帶式臥式割臺。
2.2 輸送帶式臥式割臺的結(jié)構(gòu)
此種割臺主要由往復(fù)式切割器、橫向輸送裝置、曲柄連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、偏心撥禾輪、割臺升降控制機(jī)構(gòu)等組成。
2.3 輸送帶式臥式割臺的工作流程
變速箱帶經(jīng)過皮帶輪帶動(dòng)蝸輪蝸桿，渦輪軸通過皮帶輪帶動(dòng)撥禾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦桿通過曲柄搖桿帶動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，具有一定的角速度，再通過與搖桿固定一起的軸和曲柄連桿帶動(dòng)切割器做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，渦輪軸通過一個(gè)連桿帶動(dòng)橫向輸送器，使其進(jìn)行工作。
3 往復(fù)式切割器
3.1 往復(fù)式切割器的構(gòu)造及類型
根據(jù)國家推薦新設(shè)計(jì)的收割機(jī)均采用Ⅱ型切割器。
3.1.1 Ⅱ型往復(fù)式切割器的構(gòu)造
3.1.1.1 動(dòng)刀片
根據(jù)GB，動(dòng)刀片為齒刃口；取前橋?qū)挾葹?7mm，刀口刃角i=23°；對禾桿的摩擦角為41°，切割角為30°
3.1.1.2 定刀片
根據(jù)GB，定刀片為光刃口；取刀口刃口i=60°；對禾桿的摩擦角為16°，切割角為3°。
動(dòng)刀片節(jié)距t=定刀片節(jié)距t0=76.2mm=割刀行程S
3.1.1.3 護(hù)刃器
相對于Ⅲ型，Ⅱ型護(hù)刃器上沒有專門開削出的刀桿導(dǎo)向槽，它的導(dǎo)向槽是在整個(gè)切割器安裝時(shí)由摩擦片的前端面與護(hù)刃器固定定刀片的凸臺后端面之間所形成的，所以對于Ⅱ型切割器的護(hù)刃器來說加工工藝比較簡單，省工，且它的刀桿導(dǎo)向槽是組成式的，經(jīng)過一段時(shí)間工作導(dǎo)向槽磨損了之后，可以調(diào)整摩擦片，使其恢復(fù)原有的導(dǎo)向槽的合理寬度。
3.1.1.4 壓刃器
使動(dòng)、定刀片之間保持有一合適的刀片間隙；本次設(shè)計(jì)的割幅上有三個(gè)壓刃器。
3.1.1.5 摩擦片
摩擦片的數(shù)量與壓刃器的數(shù)量相同，有三個(gè)摩擦片。
3.2 切割機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)
3.2.1 割刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析圖
3.2.2 割刀的位移、速度和加速度
1）割刀的行程
S=AB=OA-OB=l+r-(l-r)=2r r為曲柄半徑
所以
r=38.1mm
2)割刀的位移
X=OA-OD=l+r-(cosα+rcosφ) r遠(yuǎn)小于l
故簡化為
X=r(1-cosφ)=r(1-coswt)
3)割刀的速度
Vx=dx/dt=rw.sinwt
4)割刀的加速度
ax=dVx/dt=rw2coswt
3.2.3 選擇割刀平均速度，計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)速
1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明切斷禾桿最低速度為0.6m/s，對于本次設(shè)計(jì)的小型收割機(jī)的平均速度Vm取1m/s。
2）曲柄的轉(zhuǎn)速
n=60V平/2S=15V平/r=393.7r/min
3.2.4 曲柄轉(zhuǎn)速與機(jī)器前進(jìn)速度的關(guān)系
割刀的絕對速度分為隨機(jī)器等速前進(jìn)的直線運(yùn)動(dòng)以及刀片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
1） 直線運(yùn)動(dòng)：
y=Vmt
Vm是機(jī)器的前進(jìn)速度,在南方丘陵地帶，小型收割機(jī)取0.52m/s。
2） 往復(fù)運(yùn)動(dòng)：
x=r(1-coswt)
進(jìn)程H：刀片走完一個(gè)行程S后，刀片隨機(jī)器前進(jìn)的距離。
H=60Vm/2n=πVm/w=30Vm/n=39.6mm
3.2.5 臨界切割速度比
達(dá)到整齊割茬的最小切割速度比。
圖2 臨界切割速度比
得出切割速度比
λp=V平/ Vm=1.92 隨著Vm的增大而減小
3.3 切割機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)
3.3.1 割刀在工作時(shí)的受力分析
1）切割阻力
P=qB=60公斤
q：每米割刀長度的切割阻力，取q=50公斤/米。
B：理論割幅寬度，取1.2米。
2）割刀割刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量不平衡引起的慣性力Q
Q=-mH l ax=-mH l rw2coswt
mH：每米割刀長的質(zhì)量，取mH =2.3公斤·秒2/米；
l：割刀的全長，l=1.295m；
ax：割刀的加速度
3） 割刀與各接觸部分的摩擦力
F=mHlgf
g：重力加速度
f：割刀對鐵的摩擦系數(shù)
所以割刀承受最大的反作用力
R=P+Q+F
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得：如果切割器安裝良好，每米割刀長度，慣性力和摩擦阻力之和約為10公斤，消耗的馬力約為0.15馬力。
3.3.2 切割器的慣性力平衡
1）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不平衡質(zhì)量引起的慣性力
PB=-（Mg+1/2·ML）rw2
Mg：曲柄銷的質(zhì)量
ML:連桿的質(zhì)量，設(shè)有1/2的質(zhì)量參加到曲柄銷上作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另有1/2的質(zhì)量參加到割刀上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2）往復(fù)運(yùn)動(dòng)不平衡質(zhì)量引起的慣性力
PA=-(MH+1/2ML) r w2coswt
MH:割刀的質(zhì)量
PAmax=-(MH+1/2ML) r w2
3）平衡
在曲柄盤上裝一個(gè)平衡配重，但由于慣性力始終是變化的，所以一般小型收割機(jī)上只要部分平衡1/2~1/3即可。
3.3.3確定配重的質(zhì)量
PP=PB+1/2·PAmax=-（Mg+1/2·ML）rw2+1/2· (MH+1/2ML) r w2
PP=Wp/g·rp w2
rp：平衡重的半徑，取1/2的r，即為19mm。
Wp：平衡重的質(zhì)量
3.3.4 切割器消耗的功率
N=Nq+Nh
切割功率
Nq=Vm·B·Lo (KW)/102=0.06KW
Lo：切割每平方米莖稈所需功（Kg·m），據(jù)經(jīng)驗(yàn)取10 Kg·m。
空轉(zhuǎn)功率Nh：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)0.8KW每米割幅，即為0.96KW。
所以切割器消耗的功率N=1.02KW
3.4 割刀的安裝及調(diào)整
需要滿足以下條件：
1)當(dāng)割刀運(yùn)動(dòng)到左、右兩止點(diǎn)位置時(shí)，動(dòng)、定刀片的中心線必須重合。
2)裝配時(shí)，定刀片應(yīng)緊貼護(hù)刃器，局部間隙不得超過0.3mm。
3)護(hù)刃器往護(hù)刃器梁上安裝時(shí)，所有定刀片的工作面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其偏差不得大于0.5mm。測量時(shí)在相鄰三個(gè)定刀片上輪流進(jìn)行，使定刀片工作面在同一直線上。
4)割刀安裝時(shí)，要求動(dòng)、定刀片平行，其間有0.5mm的間隙，部分刀片允許后端間隙達(dá)到1.5mm，但這種刀片的數(shù)量不得超過總數(shù)的三分之一。
5)每隔5~6個(gè)動(dòng)刀片裝一個(gè)壓刃器，壓刃器與動(dòng)刀片間應(yīng)留有0.5mm的間隙。
最后安裝好的割刀用手推拉應(yīng)能運(yùn)動(dòng)靈便。
4 撥禾輪
4.1撥禾輪的選擇
撥禾輪的型式
特點(diǎn)
普通壓板式撥禾輪
只適用于收直立或輕度倒伏（倒伏角不超過30度）的作物如收割倒伏度較大的禾時(shí)，造成谷粒損失較大
偏心式撥禾輪
不但能收直立作物，也能收倒伏度較大的（倒伏角在60度以內(nèi)）作物，適應(yīng)性能較廣，應(yīng)用最普遍。
根據(jù)上述分析，本次設(shè)計(jì)的收割機(jī)的撥禾輪選用偏心式撥禾輪。
4.2 偏心撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡
運(yùn)用解析法可以作出撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡如下：
圖3 撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡
由圖分析可得：
1）位移方程：
X=Vmt+Rcoswt (R：撥禾輪的半徑; W：撥禾輪的角速度)
Y=H+h-Rsinwt （H:撥禾輪軸距割刀的距離；h:割刀離地面的距離）
2)速度方程：
Vx=Vm – R w sinwt
Vy=-R w coswt
3)加速度方程：
ax=-Rw2coswt
ay=Rw2sinwt
4.3 撥禾輪的速度比
λ=Vok/Vm
根據(jù)速度方程可以推出λ=1/sinwt,為了能夠起到扶禾作用，λ>1.
隨著λ的增大，余擺線的寬度也將增大，但是λ不可過大，分析如下：
1)當(dāng)Vm一定時(shí)，λ增大，Vok也增大，這時(shí)對稻谷的沖擊將增大，造成損失，故Vok有極限值。據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知：
割小麥時(shí)，Vok<3m/s；割水稻是，Vok<1.5m/s。
此外，Vok當(dāng)較高時(shí)，為了使Vok不超過極限速度，可以適當(dāng)將速度比減小。
2)當(dāng)Vm較小時(shí)，Vok小于極限速度的情況下，需要適當(dāng)增加速度比，以防出現(xiàn)回彈現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致?lián)p失。
對于本次設(shè)計(jì)的撥禾輪，因小型機(jī)的機(jī)走速度很小，所以考慮到撥禾輪的工作性能，取λ=2.
4.4 撥禾輪的設(shè)計(jì)參數(shù)
4.4.1 撥禾輪安裝高度及其調(diào)節(jié)范圍
1）當(dāng)壓板剛進(jìn)入谷物時(shí)，此時(shí)要求Vx為0，可得出
sinwt= Vm / Vok =1/λ,
即
Y=H+h-R/λ=L(作物高度)，
所以
H=L+R/λ-h
2)支持切割時(shí)，壓板應(yīng)打在谷物重心上，有利于作物鋪放，
圖4 撥禾輪調(diào)節(jié)高度分析
根據(jù)上圖可得：
H>R+2/3(L-h)
據(jù)經(jīng)驗(yàn)得：H=L-h+R/λ可滿足要求。
4） 撥禾輪軸安裝高度調(diào)節(jié)范圍：
ΔH=Hmax-Hmin=Lmax-Lmin
據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得一般范圍：
ΔH=200~600mm。
4.4.2撥禾輪直徑D的確定
根據(jù)H的選取條件
H=L+R/λ-h（鉛垂插入）
H=R+2/3(L-h)（穩(wěn)定鋪放最小值）
得：
D=2λ（L-h）/3(λ-1)。
分析：D增大，則導(dǎo)禾性好，高、矮桿適應(yīng)性好，但D過大，會導(dǎo)致機(jī)體過大，需使軸心前移，否則撥禾輪與割刀工作失調(diào)。
D減小，扶禾量少，鋪放不整齊。
據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知，小型半喂入稻谷收割機(jī)當(dāng)割臺為平面輸送時(shí)D=900mm.
4.4.3 撥禾量ΔX與撥禾輪的作用程度η
圖4 撥禾量分析
根據(jù)上圖可知：
ΔX=X1-X2；
X1=Vmt1+Rcoswt1
X2=VmΔXπ/2w
得：
ΔX=R[φ1+(λ2-1)1/2-π/2]/λ
η：撥禾輪轉(zhuǎn)一圈與這一段時(shí)間內(nèi)機(jī)器走的路程之比。
η=ZΔX/S
S=Vmt=2πVm/w
Z：撥禾輪壓板數(shù)；
S：這一段時(shí)間內(nèi)機(jī)器走的路程
所以:
η=Z（φ1+(λ2-1)1/2-π/2）/2π
φ1：壓板剛進(jìn)入谷物時(shí)與水平軸之間的轉(zhuǎn)角。
對η進(jìn)行分析：η減小，在自由狀態(tài)下切割的稻桿增多，鋪放性能不好；η增大，速度比λ增大，如果過大，會產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，導(dǎo)致過大的損失。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得η=0.5為宜，即ΔX=141.3mm。
4.4.4 撥禾輪的轉(zhuǎn)速
因?yàn)?
λ=Vok/Vm；
wR= λVm；
w=2πn/60；
得：
n=30λVm /πR=22.08rad/s。
4.4.5 撥禾輪功率N的損耗
N=P·B·Vok /75
P：撥禾輪板單位幅寬的阻力，一般P=4kg/m
B：撥禾輪的寬度
即可求得：
N=0.064kw
4.4.6 撥禾輪的調(diào)整
1）高度調(diào)節(jié)：一般ΔH在200~600mm
2)水平調(diào)節(jié)：一般在200~300mm
3）壓板的摟齒偏角調(diào)整：一般在15°~30°,當(dāng)谷物側(cè)倒，偏角向后傾，當(dāng)谷物前傾，偏角向前傾。
5 割臺升降裝置的設(shè)計(jì)
5.1 割臺升降機(jī)構(gòu)型式的選用
將手桿式割臺升降機(jī)構(gòu)、機(jī)械式割臺升降機(jī)構(gòu)以及液壓式割臺升降機(jī)構(gòu)等型式進(jìn)行對比，液壓式割臺升降機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)靈敏，起落迅速，操作省力方便，通常大、中、小型收割機(jī)都用它。
5.1.1 液壓式割臺升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
由兩個(gè)基本部分組成：一是懸掛機(jī)構(gòu)，割臺通過懸掛機(jī)構(gòu)與收割機(jī)機(jī)架連接，而懸掛機(jī)構(gòu)則由一系列杠桿和鉸鏈組成。它借助于杠桿和鉸鏈來升降割臺。二是液壓機(jī)構(gòu)，它產(chǎn)生液體壓力，推動(dòng)油缸柱塞，通過上述懸掛機(jī)構(gòu)帶動(dòng)割臺升降。
5.2 割臺懸掛機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)
割臺懸掛機(jī)構(gòu)通常采用四桿機(jī)構(gòu)。
利用運(yùn)動(dòng)學(xué)圖解法可以作出割臺懸掛機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)圖，如下
圖5 割臺懸掛機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)圖
5.3 油泵的選擇
根據(jù)油泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要分三大類：齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。
根據(jù)系統(tǒng)的壓力和流量，同時(shí)考慮到具體情況從油泵的效率、經(jīng)濟(jì)性、使用可靠性和壽命等進(jìn)行綜合考慮，選用中低壓定量葉片泵YB-D6.3型號的油泵，其壓力為10MPa，排量為6.3ml/r，轉(zhuǎn)速為1000r/min ，且葉片泵的外形尺寸較小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，流量均勻，油的粘度和磨損對效率的下降影響相對較小。
5.4 油缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算
油缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，用來將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，操縱機(jī)器按所要求的推力和速度運(yùn)動(dòng)。
5.4.1 油缸種類的選擇
在收割機(jī)割臺升降的油缸常用單作用柱塞式油缸：它只能在活塞的一段加油壓，產(chǎn)生單向的推力作用，柱塞靠自重和機(jī)械的作用實(shí)現(xiàn)反行程，收割機(jī)的割臺升起靠油壓推力，下降靠割臺的重力實(shí)現(xiàn)回程。
5.4.2 油缸的計(jì)算
1）油缸推力P
P=P1+T1+T2+T3+P3+P慣
P1：工作壓力，即割臺重力傳到油缸推桿的作用力；
T1：活塞密封處的摩擦阻力；
T2：活塞桿密封處的摩擦阻力；
T3：割臺懸掛桿件各鉸鏈的摩擦阻力；
P3：油缸內(nèi)液壓油流出的阻力，約為0；
P慣：起動(dòng)、制動(dòng)或換向時(shí)的慣性力。
得出：
P=52kg
2）活塞行程S
S主要是根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的要求，通過上述割臺懸掛機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析作圖固定出來的，由上圖得知，S=80mm。
3）油缸的作用時(shí)間T
T=1.5*10-5（πSD2/Q）(秒)
Q:流量，升/分；
D：油缸內(nèi)徑，厘米；
d：推桿直徑，厘米；
割臺的提升要在3秒內(nèi)完成，
即T=3秒，
可求出油缸缸徑D=70.823mm
4）活塞桿d、l的計(jì)算
選取d=1/3*D=23.6mm，對其進(jìn)行強(qiáng)度校核：
σ=4P/(πd2)<=[σ]
P:油缸推力，公斤；
[σ]：活塞桿材料的許用應(yīng)力，公斤/厘米2.活塞桿一般用45鋼[σ]=1600公斤/厘米2.
代入選取的d值得出其強(qiáng)度滿足要求，即d=23.6mm。
根據(jù)活塞行程及油缸結(jié)構(gòu)，取得l=72mm，對其進(jìn)行穩(wěn)定性校核：
l/d=3.05<15
所以不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。即取l=72mm。
5）運(yùn)動(dòng)速度V
運(yùn)動(dòng)速度主要取決于流量Q和有效作用面積F，計(jì)算公式如下，
V=10Q/F(米/分)
Q:流量，升/分；
D：油缸內(nèi)徑，厘米；
d：推桿直徑，厘米。
得V=434（米/分）.
6） 油缸壁厚δ
由于壁厚δ<
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