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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 小型稻麥割鋪機(jī)設(shè)計(jì) DESIGN OF SMALL SHOP CUTTING MACHINE OF RICE AND WHEAT 學(xué)生姓名：雷 軍 學(xué) 號：200841914310 年級專業(yè)及班級：2008級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化（3）班 指導(dǎo)老師及職稱：湯興初 副教授 學(xué) 部：理工學(xué)部 湖南·長沙 提交日期：2012年05月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要………………………………………………………….………………………………1 關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………………….1 1 前言………………………………………………………………..…………………….1 2 研究目的和意義………………………………………………………………..……….2 3 研究主要內(nèi)容……………………………………………………………..…………….3 4 整體方案的確定………………………………..……………………………………….3 4.1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理……………………………………………………..……..3 4.2 小型割鋪機(jī)的總體布局……………………………………..…………………..3 4.2.1 星形撥禾器等布置…………………………………………..……….…..3 4.2.2 割臺機(jī)架的安裝…………………………………………………….……3 4.2.3 機(jī)器重心的配置………………………………………………….………3 4.2.4 確定整體參數(shù)……………………………………………………….……4 4.2.5 確定小型割鋪機(jī)的動力選擇…………………………………………….4 5 主要零部件的選擇和設(shè)計(jì)……………………………………………………………...6 5.1 切割器....................................................................................................................6 5.1.1 影響切割性能的因素……………………………………………………..6 5.1.2 切割器種類、應(yīng)用及其選擇類型………………………………………..8 5.1.3 往復(fù)式切割器的構(gòu)造和工作原理……………………………………….10 5.2 立式割臺的帶式輸送器…………………………………………………………17 6 傳動零部件的設(shè)計(jì)...........................................................................................................18 6.1 傳動方案的確定....................................................................................................18 6.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)…………………………………………………...19 6.3 傳動零件的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………19 6.3.1 帶傳送的設(shè)計(jì).............................................................................................19 6.3.2 鏈傳送的設(shè)計(jì)...............................................................................................20 6.3.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算...........................................................................................21 7 重要零部件的校核……………………………………………………………………...24 7.1 小錐齒輪軸的校核................................................................................................24 7.2 鍵的校核…………………………………………………………………………28 7.3 重要螺栓的校核…………………………………………………………………28 8 結(jié)論……………………………………………………………………………………...29 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………….29 致謝………………………………………………………………………………………….30 附錄………………………………………………………………………………………….31 小型稻麥割鋪機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 生：雷 軍 指導(dǎo)老師：湯興初 （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長沙 410128） 摘 要：本文設(shè)計(jì)的是一臺小型稻麥割鋪機(jī)，本設(shè)計(jì)采用往復(fù)式切割器作為主要工作部件，在護(hù)刃器的配合下進(jìn)行有支撐切割，割刀平均速度設(shè)計(jì)為1～2m/s。切割性能好，工作可靠,適合性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)采用汽油機(jī)做動力，整體重量較輕，方便了農(nóng)民朋友的田間收割，大大降低了農(nóng)民的勞動強(qiáng)度。本機(jī)采用立式割臺完成對稻麥的切割，割斷后的作物莖稈能在側(cè)邊堆放整齊。該小型稻麥割鋪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可以及時有效的完成小麥和水稻的收割任務(wù)。 關(guān)鍵詞：割鋪機(jī)；往復(fù)式切割器；立式割臺；分禾器 Design of Small Shop Cutting Machine of Rice and Wheat Author:lei Jun Tutor:Tang Xingchu (Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: This design is a small rice and wheat Reaper machine, the design of the reciprocating cutter as the main working components, the blade retaining device matched were supported cutting, cutting the average speed is 1 ~ 2m / s design. Cutting performance, reliable work, adaptability is strong. This design uses the gasoline engine as power, the weight is light, convenient farmer friend fields harvesting, greatly reduce the labor intensity of farmers. This machine adopts a vertical cutting platform of rice and wheat crops stalk after cutting, cut in the side of neatly stacked. The small rice and wheat Reaper machine has the advantages of simple structure, convenient operation, can effectively complete the wheat and rice harvesting task. Key word: The reaper; Reciprocating cutter; Vertical table; Divider 1 前言 收割機(jī)有便攜式收割機(jī)、手扶式收割機(jī)、臥式割臺收割機(jī)、立式割臺收割機(jī)。收割機(jī)的發(fā)展趨勢是用新型材料以進(jìn)一步減輕重量；采用低振動發(fā)動機(jī)和先進(jìn)的減振隔振裝置并合理配置機(jī)件，以減少振動對人體的危害；提高機(jī)械的加工和裝配精度、改進(jìn)吸排氣系統(tǒng)，以減低噪聲；增設(shè)各種安全保護(hù)裝置，以提高作業(yè)安全性；在懸掛式割灌機(jī)上增設(shè)灌木切碎裝置，簡化割下灌木的清理工序。 1799年英國最早出現(xiàn)馬拉的圓盤割刀收割機(jī)；1822年在割刀上方增加了撥禾裝置。1826年出現(xiàn)采用往復(fù)式切割器和撥禾輪的現(xiàn)代收割機(jī)雛型，用多匹馬牽引并通過地輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動切割器。1831～1835年，類似的畜力小麥?zhǔn)崭顧C(jī)在美國成為商品；1851年出現(xiàn)能將割倒的禾稈集放成堆的搖臂收割機(jī)；1920年以后由于拖拉機(jī)的普遍使用，同拖拉機(jī)配套的收割機(jī)開始取代畜力收割機(jī)[1]。中國于1952年開始生產(chǎn)畜力搖臂收割機(jī)和其他類型的畜力收割機(jī)；1962年開始發(fā)展機(jī)力臥式割臺收割機(jī)和機(jī)側(cè)放鋪禾稈的立式割臺收割機(jī)。為適應(yīng)北方小麥、玉米間套作地區(qū)收獲小麥的需要，于1977年研制成機(jī)后放鋪禾稈的立式割臺收割機(jī)[2]。 2 研究的目的和意義 小型收割機(jī)突破了農(nóng)村無法進(jìn)入大型收割機(jī)收割的作業(yè)瓶頸，推進(jìn)了收獲作業(yè)的機(jī)械化，縮短了勞動周期，并讓人們從繁重的體力勞動解放出來。廣泛用于，收割小麥、水稻、青稞、麻類、豆類等農(nóng)作物。換上相應(yīng)的刀具，裝上上下托板和安全的防護(hù)罩，還可以收割灌木、牧草、蘆葦及茶園枝頭修剪和花圃。小型收割機(jī)配帶汽油動力強(qiáng)勁有力,方便實(shí)用,效率高,便于攜帶及野外田地作業(yè)。該汽油機(jī)具有噪音低.肅靜性和舒適性等特點(diǎn).讓各地人們長時間工作都不會感覺疲勞。故，近年來小性稻麥?zhǔn)崭顧C(jī)發(fā)展很快，技術(shù)日臻成熟，結(jié)構(gòu)日趨合理，但進(jìn)一步發(fā)展面臨著適用性的巨大挑戰(zhàn)。小性稻麥?zhǔn)崭顧C(jī)有自己獨(dú)特的適用性，因而有著自己的市場層次。 小型收割機(jī)是是山區(qū)農(nóng)民致富的必用工具，是平原地區(qū)農(nóng)民致富的過渡產(chǎn)品，是間種套種一年多熟制的依托產(chǎn)品?？v觀現(xiàn)階段部分丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)勞動資料仍是以人和畜為主，生產(chǎn)力水平低，生產(chǎn)效率低，對人力和土地等自然資源占用多、消耗大、利用率低，是簡單的傳統(tǒng)的生產(chǎn)工具與落后生產(chǎn)方式的結(jié)合。加速發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，全面推進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)，有著積極的作用。因此，我們首先集中力量發(fā)展重點(diǎn)作物機(jī)械化[3]。丘陵山地水稻種植面積最大，且水田多集中在海拔較低、坡度較小地區(qū)。而小麥，油菜又多以稻麥（油）輪作的方式種植在稻田，因此對于稻作區(qū)稻麥?zhǔn)崭顧C(jī)械的設(shè)計(jì)不得不提上日程。但是，丘陵山地如不加選擇的全面發(fā)展作物生產(chǎn)全程機(jī)械化，不僅不利于資源的有效利用，還可能事倍功半[4]。因此，為滿足丘陵山地主要農(nóng)作物收獲、運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化的需求，要加快發(fā)展事宜山地梯田，兵制定科學(xué)的機(jī)械化技術(shù)模式，引導(dǎo)丘陵山地有力、有效、有序的發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境保護(hù)性的機(jī)械化，促進(jìn)人與自然的和諧，實(shí)現(xiàn)丘陵山地的可持續(xù)發(fā)展。 3 研究的主要內(nèi)容 從如何使稻麥?zhǔn)崭顧C(jī)的適應(yīng)性好、操作性強(qiáng)等角度去研究。主要包括選用什么動力機(jī)構(gòu)帶動機(jī)器行走，利用什么類型的切割，并且做到割斷后的作物莖稈側(cè)邊堆放整齊，以利于工作的繼續(xù)順利進(jìn)行。 4 整體方案的確定 4.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 該小型稻麥割鋪機(jī)為手扶自走立式割臺收割機(jī)，見圖1整機(jī)由割臺、底盤、操縱機(jī)構(gòu)等幾部分組成。割臺是收割機(jī)的主要工作部分，該機(jī)屬于側(cè)向輸送側(cè)向鋪放型，其割臺主要有傳輸帶、拔禾星輪、切割器、分禾器、鋪禾桿和后擋板等組成。所謂立式割臺，就是指割臺臺面的位置基本呈現(xiàn)直立狀(常略有傾斜)。立式割臺可以配置在小動力底盤的前方，有人步行操作。底盤行走部分采用羅賓EY15-3D型號驅(qū)動，行走輪采用特制的人字鋼輪制成，有利于增加行走時對土壤的附著力，實(shí)現(xiàn)稻麥的收割機(jī)的行走與停止采用牙嵌式離合器傳輸動力[5]。在布置工作部件的相互位置和尺寸時，除了考慮各工作部件的生存率平衡和各部件的參數(shù)確定，注意交接過度部位的設(shè)計(jì)，保證收割機(jī)的均勻連續(xù)，避免出現(xiàn)超負(fù)荷的部件和生產(chǎn)不應(yīng)該有的損失。同時，還要整車的結(jié)構(gòu)盡量緊湊，本設(shè)計(jì)充分考慮了以上情況，從水稻、小麥的實(shí)際生長情況和丘陵山地田間作業(yè)的復(fù)雜情況進(jìn)行分析，確定了稻麥割鋪機(jī)的整體尺寸。 4.2 小型割鋪機(jī)的總體布置 本小型割鋪機(jī)總體布置的特點(diǎn)：割臺和汽油機(jī)的重心落在輪軸上，這樣就會減少操作者的勞作強(qiáng)度。該機(jī)器的行走輪只布置兩個，由于重量較輕，操作者可以方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)器的掉頭和轉(zhuǎn)向，采用立式割臺位于行走輪橫軸的正前方，輸送鏈平行于切割器，水平布置在后擋板上。采用汽油機(jī)作為動力，同時實(shí)現(xiàn)切割和側(cè)向傳送[6]。如圖1 4.2.1 星形拔禾器、切割器、分禾器、輸送鏈的相互布置 星形拔禾器和分禾器裝配成一整體結(jié)構(gòu)，位于切割器正上方，水平布置，切割器的位置需要根據(jù)具體情況（作物的倒?fàn)?、高度、濕度等）考慮，輸送裝置在后擋板上水平布置，具體的位置參數(shù)詳見后面的設(shè)計(jì)說明。 4.2.2 割臺與機(jī)架的安裝 割臺與機(jī)架之間用螺栓安裝，可以方便拆裝，在機(jī)架上鉆有多個對稱的螺紋孔，孔間間距為20mm，通過對割臺安裝高度的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對割茬高度的調(diào)節(jié)。 4.2.3 機(jī)器重心的配置 1.撥禾星形輪 2.切割器 3.減速器 4.皮帶輪 5.汽油機(jī) 6.離合器手柄 7.扶手 8.油門閥 9.行走輪 圖1 總裝配圖 Fig1 Feneral layout 在配置各工作部件的同時，還需要考慮機(jī)器的重心位置，為了使操作者操作省力簡單，使整個機(jī)器的重心盡量分布在輪軸上。 4.2.4 確定整體參數(shù) （1）割幅：2行收割； （2）前進(jìn)速度：2～6km/h； （3）割后茬高100mm（可調(diào)）； （4）割斷后的作物莖稈側(cè)邊堆放； （5）生產(chǎn)率：0.2～0.3k㎡/h； 收割機(jī)的總長、總高、總高由總布置草圖確定，還必須要求起到滿足機(jī)動性、靈活性和穩(wěn)定性的要求[7]。本設(shè)計(jì)中取總長為2210mm，總高915mm，總寬700mm，整機(jī)重量約為60kg。 4.2.5 確定小型割鋪機(jī)的動力選擇 (1)驅(qū)動輪功率。驅(qū)動輪在松軟的土壤中做直線運(yùn)動，在驅(qū)動輪上作用的力有以下幾個： 1)機(jī)體作用在驅(qū)動輪上垂直載荷和驅(qū)動輪的自重之和Q； 2)機(jī)體作用在驅(qū)動輪上的反作用力F； 驅(qū)動輪在土壤中滾動時，土壤在輪胎的支撐面上也產(chǎn)生反作用力，所產(chǎn)生的全部法向反作用力的合記為R，它的作用線可近似的看作是通過驅(qū)動輪圓心O，將R分解成垂直分為和水平分力，如（圖2）[8]。 由參考文獻(xiàn)中平衡方程得： 即 其中 （1） 對于?式兩邊同時除，得，其中的其實(shí)就是驅(qū)動輪的驅(qū)動力。于是有，得。 故驅(qū)動輪的功率為，傳動效率，所以原動機(jī)需要提供相應(yīng)的功率為。 圖2 行走輪受力圖 Fig2 By trying to walk round (2)切割器的功率。由經(jīng)驗(yàn)值可得每米割幅消耗的功率為一馬力，此收割機(jī)的割幅約為0.7米，故消耗的功率為0.7馬力即為0.5145kw，傳動效率，則原動機(jī)需要提供相應(yīng)的功率為。 (3)輸送帶的功率。由經(jīng)驗(yàn)得傳輸帶的功率約為0.5kw，傳動效率，故原動機(jī)需要提供相應(yīng)的功率為。因此，原動機(jī)所要生產(chǎn)的功率最小值為，所以根據(jù)實(shí)際情況選擇羅賓EY-3D型號的汽油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為，額定功率為2kw。 5 主要零部件的選擇和設(shè)計(jì) 5.1 切割器 切割器的切割性能與桿莖的物理機(jī)械性質(zhì)、割刀特性、切割方式、切割速度等有關(guān)。 5.1.1 影響切割性能的因素 （1）莖桿剛度的影響。切割原理：無支撐切割-使用動力直接切割莖桿[9]。 切割原理應(yīng)用： 1）直徑細(xì)、剛度小的稻麥桿，取雙支撐切割較好，切割時桿彎曲較小，近剪切狀態(tài)，省力。 2）直徑粗、剛度大的玉米桿，取單支撐切割。 3）切割速度0.3-0.6m/s，麥桿壓扁撕破，阻力由大減??；切割速度>0.6m/s，桿壓扁撕破現(xiàn)象消失，阻力減小緩慢；切割速度一般取0.8m/s以上。 4）無支承切割時，參考文獻(xiàn)應(yīng)該 （2） （切割力）（慣性力）（反彈力） 將莖桿視為懸臂梁，據(jù)材力：為增大慣性力和反彈力，應(yīng)降低割茬，提高切割速度。 （2）莖桿纖維方向性的影響[10] 1）橫切（如圖4 a）：切割面和切割方向與莖桿軸線（纖維方向）垂直。 2）斜切（如圖4 b）：切割面積和軸線（纖維方向）偏斜，切割方向與軸線垂直。 3）削切（如圖4 c）切割面與切割方向均與軸線偏斜。 說明：橫切阻力和功耗最大；斜切均降低30-40%；削切阻力降低60%，功耗降30%。（3）滑切對切割阻力的影響[11] 1）砍切（如圖5 a）：刀刃沿垂直于刃線方向切入莖桿。 2）滑切（如圖5 b）：刀刃沿刃線的垂線偏角切入莖桿。 圖3 三種切割方式 Fig3 Three kinds of cutting methods 圖4 三種切割方向 Fig4 Three kinds of cutting direction 3）切割阻力： 圖5 兩種切割刀法 Fig5 Two cutting technique of using knife 式中：P-切割阻力 S-滑坡長度（切向位移）刀刃沿刃線方向移距 C-常數(shù) 試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如表1： 表1 刀刃滑切長度和切割阻力 Table1 Blade slide cut length and cutting resistance 滑切長度S（mm） 切割阻力P(N) 1.5 6 2.5 5 5.0 4 10.0 2 5.1.2 切割器種類、應(yīng)用以及選擇類型 總要求：割茬整齊、無漏割、功率消耗小、震動小、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣。 （1）往復(fù)式。往復(fù)式運(yùn)動結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣，適合于谷物收獲、牧草收獲，6-10km/h，但往復(fù)式慣性力大，振動大[12]。 圖6 普通Ⅰ型 圖7 普通Ⅱ型 Fig6 Ordinary Ⅰ type Fig7 Ordinary Ⅱ type 圖8 低割型 Fig6 Low cut type 1)普通Ⅰ型，如圖6： 式中：割刀行程；動刀間距；定刀（護(hù)刃器）間距。 說明： ①切割速度高，適應(yīng)粗、細(xì)桿，國際上廣泛應(yīng)用于麥類作物、牧草。莖桿傾斜度大，割茬高。 ②切割能力強(qiáng)、割茬低，適應(yīng)水稻，立式割臺。 ③粗莖作物，玉米和高粱等作物。 2)普通Ⅱ型，如圖7： 說明：和與Ⅰ型相同，S為Ⅰ型2倍，往復(fù)運(yùn)動頻率低，往復(fù)慣性力小，用于小型收割機(jī)和聯(lián)收機(jī)[13]。 3)低割型，如圖8： 說明：莖桿傾斜量小，割茬低，應(yīng)用于大豆和牧草，對粗桿效果差。 （2）圓盤式（如圖9）。圓盤式切割器的割刀在水平面（或有少許傾斜）內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因而運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，振動較小。該切割器按有無支承部件來分，分無支承切割式和有支承切割式兩種[14]。 a.單盤式 b.三盤集束式 c.盤式 d.鏈?zhǔn)降镀嘟M e.圓盤式 1.刀盤架 2.刀片 3.送草盒 4.撥草筐 圖9 圓盤式切割器 Fig9 Dise-type cutter （3）甩刀回轉(zhuǎn)式（如圖10）。該切割器的刀片鉸鏈在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面（與前進(jìn)方向平行）內(nèi)回轉(zhuǎn)。其圓周速度為，為無支承切割式，切割能力強(qiáng)，適于高速作業(yè)，割茬也較低。目前，多用于牧草收割機(jī)和高稈作物的莖桿切碎機(jī)上。 a玉米莖桿切碎機(jī) b.牧草切割機(jī) c.刀片 圖10 甩刀回轉(zhuǎn)式切割器 Fig10 Sling knife rotary cutter 綜合以上所述，選擇往復(fù)式切割器普通Ⅰ型。 5.1.3 往復(fù)式切割器的構(gòu)造和工作原理 （1）構(gòu)造及標(biāo)準(zhǔn)化（如圖11） 圖11 往復(fù)式切割器 Fig11 Reciprocating cutter 1）動刀片：對稱6邊形、兩側(cè)刃、光刀或齒刃，（光刃切割省力，割茬高、需后刃；齒刃不需后刃，切割阻力大，廣泛使用） ①刃角i：影響切割阻力和使用壽命。當(dāng)i由14°上升至20°時，切割阻力上升15%，i下降，刀口磨損快，易崩裂，不可靠，常取19°（光刃）齒刃常取23°-25°。 ②光刃被磨后為使其高度h不變，前端留寬b，；齒刃b較小。 ③材料：TS或Tq，熱處理刃部寬度10-15mm，HRC50-60；非淬火區(qū)HRC35刃片厚2-3mm；6-7齒/cm。 2）定刀件：支承件、光刃。 3）護(hù)刃器：保護(hù)定刀片位置，保護(hù)割刀、分禾，與定刀刃構(gòu)成兩點(diǎn)支承。使用鑄鐵或鍛鋼。 4）壓刃器：保護(hù)刃片間隙（動與定刀） 間隙：前0.05mm 后1.1.5mm 材料：沖壓鋼板，能彎曲變形以調(diào)間隙 5）摩擦片：位于壓刃器下方，有垂直于水平兩支承面，起引導(dǎo)作用，當(dāng)摩擦片磨損時，可增墊片或前移墊片，以調(diào)整刀片間隙[15]。 6）標(biāo)準(zhǔn)化：（GB1209-1213-75） 便于組織專業(yè)化生產(chǎn)、零配件供應(yīng) Ⅰ型：動刀光刃 Ⅱ型：動刀齒刃，護(hù)雙齒有摩片 Ⅲ型：動刀齒刃，護(hù)雙齒無摩片 （2）傳動機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動?；谶@個特點(diǎn)，立式割臺收割機(jī)多采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)這一特點(diǎn)（如圖12）： 圖12 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) Fig12 Slider-crank mechanism （3）工作原理和參數(shù)分析 1）刀片幾何形狀分析 往復(fù)式切割器是將作物莖桿夾持在動、定刀片之間進(jìn)行剪切。 動刀片的幾何形狀對切割器的可靠性和功率消耗有較大的影響。 參數(shù)：切割角α；刃部高h(yuǎn)；刀底寬a；刀頂寬b。 ①當(dāng)a一定時，（α決定h；α決定切割阻力）。α↑，h↓，阻力↓，（如圖13） 圖13 切割10株小麥的阻力變化曲線 Fig13 Cutting 10strains the resistanse curve of wheat ②當(dāng)α↑↓時，莖桿夾持不穩(wěn)定，切割不可靠。 ③刀片鉗住莖桿的條件 如圖14，莖稈在動刀片及定刀片的夾持中，在兩刀刃的接觸點(diǎn) A、B 處對莖 稈有正壓力 N1、N2 和摩擦力 F1、F2（F1＝N1tgφ1，F(xiàn)2 ＝N2tgφ 2）。如用 R1 表示 N1 與 F1 的合 力，用 R2 表示 N2 與 F2 的合力，則莖稈被夾住的條件為：兩刃口作用于莖稈的合力 R1 與 R2必在同一直線上[16]。 從圖14 中的三角形 OAB 可看出 θ +φ1＋φ2＝π 式中φ 1——動刀片對莖稈的摩擦角 φ 2——定刀片對莖稈的摩擦角 四邊形 OACB 中看出 ∠OAC＝∠OBC=π／2 α＋β≤φ 1+φ 2 式中 α ——動刀片的切割角 β ——定刀片的切割角 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φ 1+φ 2＝45 －52°?，F(xiàn)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型切割器的動刀片的α角為 29°，定刀片β角為 6°15ˊ，其α ＋β ＝35°15ˊ，均符合夾持切割的條件。 從幾何關(guān)系可看出動刀片的刃部高度與α 角等參數(shù)的關(guān)系h=(a—b)/tgα 圖14 刀片鉗住莖桿的受力分析 Fig14 Blade grips live stem force analysis 2）割刀運(yùn)動分析 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的割刀運(yùn)動（如圖15） 圖15 割刀運(yùn)動分析 Fig15 Cutter movement analysis 擺環(huán)機(jī)構(gòu)的割刀運(yùn)動 擺環(huán)機(jī)構(gòu)的割刀位移、速度和加速度的方程式（推導(dǎo)從略）為 X=－σ rcosω t Vx=μ rω sinω t ax=γ rω2cosωt (3) 則割刀位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系（如表2）[17] 表2 割刀位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 Table 2 Air displacement，Velocity，Acceleration and Crank corner relationship X 3）切割速度分析 試驗(yàn)指出：在割刀鋒利、割刀間隙正常（動、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；若低于此限，則割茬不整齊并有堵刀 現(xiàn)象。 ①普通Ⅰ型切割器的切割速度（如圖16）： 圓弧 是割刀在切割莖稈過程中的切割速度范圍一般大于1.2m/s。 從（圖16a）看出，普通Ⅰ型切割器的割刀速度利 用較好，因而切割性能較強(qiáng)。 圖16 普通Ⅰ型 Fig16 Ordinary type Ⅰ ②普通Ⅱ型切割器的切割速度（如圖17） 普通Ⅱ型切割器的切割速度圖的特點(diǎn)是：割刀在一個行程中與兩個定刀片相遇，因而 有兩個切割速度范圍，分別為 va1－vb1 及 va2－vb2。從兩個范圍的速度看，雖沒有包括最大 割刀速度，但仍屬于較高速度區(qū)段，因而切割性能尚好。 ③低割型切割器的切割速度（如圖18） 割刀在一個行程中與三個定刀片相遇，因而有三個切割 速度范圍：va1－vb1、va2－vb2 及 va3－vb3，其中 va1=0，vb3＝0，因而切割性能較差，工作中常 有部分莖稈被撕裂和撕斷，并有時出現(xiàn)塞刀。 圖17 普通Ⅱ型 Fig17 Ordinary type 圖18切割器 Fig18 Low cut type ④切割平均速度 (4) 式中：n——割刀曲柄速度 r——割刀曲柄半徑 S——割刀行程 割刀平均速度 ，也是用來確定割刀曲柄轉(zhuǎn)速的重要參數(shù)之一，其選取應(yīng)根據(jù)機(jī)器作 業(yè)性質(zhì)而定。如割草機(jī)及收割機(jī)，因切割對象較青、濕，而且負(fù)荷較重，應(yīng)取較大值；谷物聯(lián)合收獲機(jī)，因切割對象較干、脆，負(fù)荷較輕，可取較小值。其一般范圍為1-2m/s[18]。 4）割刀進(jìn)距對切割器性能的影響 進(jìn)距：割刀運(yùn)動一個行程（是）時，機(jī)器前進(jìn)的距離。 (5) (6) 式中：Vm——機(jī)器前進(jìn)度 n——割刀曲柄轉(zhuǎn)速 ω——割刀曲柄角速度 割刀進(jìn)距的大小，直接影響到動刀(刃部)對地面的掃描面積——切割圖，因而對切割器性能影響較大。它也是確定切割器曲柄轉(zhuǎn)速的另一重要參數(shù)。 切割圖的繪制步驟： ①先在圖上畫出兩個相鄰定刀片的中心線和刃線的軌跡（即縱向平行線）。 ②按給定的參數(shù)（Vm及 n）計(jì)算割刀進(jìn)距 H，并畫出動刀片原始和走過兩個行程后的位置。 ③以動刀片原始位置的刃部 A 點(diǎn)為基準(zhǔn)，用作圖法畫出該點(diǎn)的軌跡線。 ④按 A 點(diǎn)的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點(diǎn)畫出其軌跡線，即得動刀片刃部在兩 個行程中對地面的掃描圖形——切割圖（圖19）。 由（圖19）可見，在定刀片軌跡線內(nèi)的作物被護(hù)刃器及定刀片推向兩側(cè)，在相鄰兩定 刀片之間的面積為切割區(qū)。在切割區(qū)中有三種面積： ⑤一次切割區(qū)（Ⅰ）：在此區(qū)內(nèi)的作物被動刀片推至定刀片刃線上，并在定刀片支持 下切割。其中大多數(shù)莖稈沿割刀運(yùn)動方向傾斜，但傾斜量較小，割茬較低。 ⑥重切區(qū)（Ⅱ）：割刀的刃線在此區(qū)通過兩次，有可能將割過的殘茬重割一次。因而 浪費(fèi)功率。 ⑦空白區(qū)（Ⅲ）：割刀刃線沒有在此區(qū)通過。該區(qū)的谷物被割刀推向前方的下一次的 一次切割區(qū)內(nèi)，在下一次切割中被切斷。因而莖稈的縱向傾斜量較大，割茬較高，且由于 切割較集中，切割阻力較大。如 空白區(qū)太長，有的莖稈被推倒造 成漏割。 割刀平均速度 Vp和割刀進(jìn)距 H 都是確定割刀曲柄轉(zhuǎn)速 n 的重要參數(shù)。因此 在設(shè)計(jì)中，要兼顧兩者要求確定曲柄轉(zhuǎn)速。 5）切割器功率計(jì)算 (7) 式中 —機(jī)速（m/s） B —割幅（m） —切割每平方米面積莖需功率（小麥=100-200) —空轉(zhuǎn)功率（0.6-1.1kw/m割幅） —切割功率 圖19 切割圖 Fig19 Cutting figure 5.2 立式割臺的帶式輸送器 立式割臺輸送器布置在切割器后方的垂直面內(nèi)，立式割臺收割機(jī)工作時，靠機(jī)器前進(jìn)的推力使作物壓縮積聚、互相支持來進(jìn)行切割，割下的作物由于其慣性力而緊貼在輸送帶上。輸送帶一般有上下兩條，帶上間隔地裝有木制或鐵皮制成的撥齒，將谷物橫向撥出鋪放。 一般配手扶拖拉機(jī)的小型立式割臺收割機(jī)，步行操作機(jī)器的前進(jìn)速度一般在1m/s，本設(shè)計(jì)取=1m/s。 立式割臺動刀片頂部與下輸送帶撥齒頂部之間的距離叫做割刀前伸量，記為。它是一個重要的參數(shù)，選擇不當(dāng)就會造成“先送后割”，這種情況就會造成禾桿折斷或傾倒而堵塞[19]。要使作物先被切割器割下，再由輸送帶撥送，割刀前伸量應(yīng)大于割刀往復(fù)一次前進(jìn)的距離，即： (8) 式中：—機(jī)器前進(jìn)的速度（m/s） n—切割器的曲柄軸轉(zhuǎn)速（rad/min） 要使立式割臺的輸送器均勻、連續(xù)的輸送，必須能及時地將割下的谷物全部帶走，根據(jù)這個要求可確定輸送器的運(yùn)動參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系： 設(shè)：—作物在田間的生長密度 —輸送帶上谷物的壓縮密度 B—割幅 h—撥齒高 —機(jī)器前進(jìn)速度 —輸送帶速度 令為速度比，為莖桿壓縮系數(shù)，則上述不等式為： (9) 根據(jù)國內(nèi)小型收割機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，一般在1.2-1.5之間，本設(shè)計(jì)取=1.5m/s。 6 傳動零部件的設(shè)計(jì) 6.1 傳動方案的確定 本設(shè)計(jì)主要由三個運(yùn)動組成：一是往復(fù)式切割器的切割運(yùn)動，這一過程通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；二是輸送鏈的水平輸送運(yùn)動，這個運(yùn)動通過鏈條的傳動來完成；三是行走輪的運(yùn)動，通過齒輪傳動來完成。傳動方案如圖20。 6.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 汽油機(jī)： （10） 軸1： 軸2： 圖20 傳動方案 Fig20 Transmission scheme 軸3： 軸4： 軸5： 軸6： 軸7： 6.3 傳動零件的設(shè)計(jì) 6.3.1 帶傳動的設(shè)計(jì) （1）參考文獻(xiàn)，首先確定計(jì)算功率。 其中：工作情況系數(shù)，取為1.1。所以， （2）選擇V帶的型號。根據(jù)選用A型帶。 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算V 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。 2)驗(yàn)算帶速V （11） 因?yàn)?m/s

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