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湖南農業(yè)大學東方科技學院畢業(yè)論文（設計）開題論證審批表 學生姓名 雷軍 學號 200841914310 年級專業(yè)及班級 2008級機械設計制造及其自動化(3)班 指導教師及職稱 湯興初 副教授 開題時間 年??? 月???? 日 畢業(yè)論文（設計）題目 小型谷物割鋪機設計 文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等）（宋體五號，行間距單倍行距。） 研究目的和意義： 自20世紀90年代中期以來，聯(lián)合收割機迅猛發(fā)展，已成為農機工業(yè)重要的經濟增長點，與此同時，規(guī)模逐年擴大的聯(lián)合收割機跨區(qū)作業(yè)，也成了社會各界關注的熱點。在這種情況下，有必要對我國聯(lián)合收割機的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢等問題進行認真研究，形成正確的認識，這不僅對目前我國聯(lián)合收割機待業(yè)技術進步及相關產業(yè)產品定位的意義重大，而且對未來整個行業(yè)的發(fā)展十分有益。 我國是人口大國，人均耕地面積小。日本人均土地面積也很小，但其收割機發(fā)展水平很高。我國又是農業(yè)大國，農村市場巨大，要發(fā)展農村經濟，就更需要轉移農村勞動力，提高勞動土地面積?？梢灶A料，在未來一段時間里，中國將成為世界上最大的聯(lián)合收割機市場之一。 我國加入WTO，也為聯(lián)合收割機行業(yè)的發(fā)展提供了難得的機遇。盡管我國勞動力價格低廉，但小麥等農產品的價格仍比國際市場信息價格要高，主要原因就是我國農業(yè)的勞動生產率太低，農產品的生產成本太高。降低農產口的成本是參與國際競爭的需要，降低成本的有效途徑就是提高勞動生產率，農業(yè)機械化是提高勞動生產率的重要物質手段，聯(lián)合收割機作為農田作業(yè)的主要機具，更有用武之地。另一方面，入世后必然有更多國外先進的聯(lián)合收割機產品進入中國市場，既促使國內企業(yè)發(fā)展完善自己的產品，又為國內企業(yè)的產品開展提供了學習參考的條件。 國內外研究現(xiàn)狀： 隨著我國農業(yè)機械化進程的不斷推進,農業(yè)機械化作業(yè)水平有了長足的進步.2001年全國聯(lián)合收割機保有量約為30余萬臺,根據農業(yè)部統(tǒng)計,2001年全國機收小麥1500萬公頃,占小麥收獲面積的74%,而2000年全國水稻機收水平只有15.4%,水稻機械化水平遠遠低于小麥,水稻機收水平的偏低大大制約了水稻生產的進一步發(fā)展.因此,盡快實現(xiàn)水稻收獲的機械化就成了當前急需解決的迫切問題. 水稻在我國種植面積近3 200萬公頃,產量約占糧食總產量的40%,是種植面積最大、單產最高、總產量最多的糧食作物.中國以世界水稻種植面積的21.4%獲得了世界稻谷產量的34.5%.所以水稻生產在國際、國內都有著舉足輕重的地位.我國有水稻生產的30個省、市、自治區(qū)中,面積超過2萬公頃的有27個,超過20萬公頃的有19個,這19個在南方就集中有15個,依次是湘、贛、粵、鄂、桂、蘇、皖、川、浙、閩、云、渝、貴、瓊、滬,共2 700萬公頃,總產量1.7億噸,其面積和總產量雙雙超過85%,是我國的水稻主產區(qū),也是我國水稻生產機械化的重點區(qū)域. <<目前國外主要的農機企業(yè)有：年銷售收入在百億美元級的迪爾公司和凱斯紐荷蘭公司，年銷售收入在幾十億美元級的阿格科公司、久保田公司和克拉斯公司，年銷售收入在幾億美元級的沙姆道依茲法爾公司、庫恩公司、格蘭公司以及日本、韓國、獨聯(lián)體、印度等國的其它農機企業(yè)。 ??? 和過去相比，當今國際農機企業(yè)的集中度大為提高。曾經在行業(yè)中如燦爛群星交相輝映的國外知名農機品牌，幾十年來特別是近十幾年來，大多歸入到幾個大型跨國公司集團的麾下，如菲亞特農機、福特、紐荷蘭、凱斯、萬國、斯太爾、法莫等的農機品牌進入了凱斯紐荷蘭；阿里斯查爾默斯、麥賽福格森、芬特挑戰(zhàn)者、維創(chuàng)、懷特、奧利費、密尼阿泊里斯莫林、新思路、格林那爾等農機品牌進入了阿格科公司；沙姆、道依茲法爾、蘭博爾吉尼等農機品牌進入了沙姆道依茲法爾集團。 ??? 2001年世界農用拖拉機擁有量為2685.4萬臺（不含園地拖拉機），主要分布在歐洲、亞洲和北美。 由于中國農機市場對產品質量與價格的要求有不同層次，所以除上述企業(yè)外，韓國、獨聯(lián)體、印度、巴西等國的農機產品也已經進入了中國市場，使國內農機企業(yè)的目標市場構成多層面的競爭。 主要參考資料： [1] 劉慶，劉衛(wèi). 一種小型稻麥割曬機[P].中國：03249944.2 2003-03-03 [2] 李紀，周楊寧. 國產水稻收獲機械的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 農機質量與監(jiān)督，2004，5-8 [3] 李嘉樹. 小型割曬機M. 云南農業(yè)2002（2），26-26 [4] 劉慶，劉衛(wèi). 一種小型稻麥割曬機[P].中國：03249944.2 2003-01-02 [5] 楊富江. 4GS-2007型輥式稻麥割曬機的研制應用[J]. 農業(yè)機械-2007（01B），78-80 [6] 段尊鋒，李茂盛. 4QS-2.8稻麥割曬機的推廣應用[J]. 農機使用與維修2002（4）,20-23 [7] 李立裕， 李平. 背負式手持機動割曬機[J]. 山西農機2002（3），16-18 [8]李明芳，陳興隆.4GL-120A型步進式稻麥割曬機的使用調整[M]. 現(xiàn)代化農業(yè)2002（4），36-40 [9] 吳立紅，敖翔. 谷物割曬機匯流式割臺輸送裝置的探討[J]. 農村牧業(yè)機械化 2002（1） [10] 鮑秉起. 4GL-160型割曬機[J]. 現(xiàn)代化農業(yè) 2001（10），31-34 [11] 李萬英，王明義. 立式割臺割曬機前進速度的選擇與作業(yè)質量的關系探討[M] 農機化研究 [12] 范淑貞，周玉. 4GL-3.0型稻麥割曬機[M]. 現(xiàn)代化農業(yè)2000（4），34-36 [13] 許連永. 一種自走式割曬機散鋪機的設計與改裝[J].現(xiàn)代化農業(yè)2000（1），31-32 [14] 劉方，張建明. 4ZS-4500型寬幅割曬機[M]. 農業(yè)機械-1999（9），30-31 [15] 張建明, 寧桂珍. 小麥割曬機新型放鋪器的研究[J]. 農牧與食品機械-1993（3，15-16 ? ? 研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等）（宋體五號，行間距單倍行距） 研究目的： 降低農產口的成本是參與國際競爭的需要，降低成本的有效途徑就是提高勞動生產率，農業(yè)機械化是提高勞動生產率的重要物質手段，聯(lián)合收割機作為農田作業(yè)的主要機具，更有用武之地。因此,盡快實現(xiàn)水稻、小麥機械化就成了當前急需解決的迫切問題.另外，我國山地丘林地區(qū)比較多，小型稻麥割鋪機對降低這些地區(qū)的勞動人民的勞動強度有很大的幫助。 研究內容： 1、割鋪機動力系統(tǒng)的設計???????? 2、割鋪機割刀的設計 3、減速器中圓錐齒輪的設計?????? 4、割鋪機中撥禾器的設計 5、割鋪機行走機構的設計 研究方法： 參考國內外收割機的工作原理，找出它們的優(yōu)缺點，并通過理論研究切實改進存在的缺點，使設計的割鋪機在同行業(yè)中具備優(yōu)勢。并通過機械軟件設計割鋪機的零件，再裝配成機器，虛擬地進行機器的運行實驗。 預期成果：?? 1、設計說明書一份（15000字以上）2、裝配圖，零件圖（3張）0號圖紙。 條件保障： 1、個人基礎、指導老師 2、電腦及相關機械設計軟件 ? ? 時間進程安排（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）（宋體五號，行間距單倍行距） 工作進度安排 起止日期 主要工作內容 2011.9.20—2011.9.21 下達任務書 2011.9.20—2011.9．24 查閱文獻、收集資料 2011.9.25 完成開題報告 2011.9.2—2011.12.30 總體方案設計 2012.1.2—2012.3.15 總裝圖和零件圖的繪制 2012.3.15—2012.4.25 撰寫設計計算說明書 2012.4.25—2012.4.30 提交畢業(yè)設計正稿 2012.5.17—2012.5.24 準備答辯并修改 要求完成日期：20? 12?? 年? 5? 月? 15? 日?????? 指導教師簽名：??????????????????? ? 接受任務日期：20? 11? 年? 9? 月? 20? 日；????? 學生本人簽名：??????????????????? ? ? 開題論證小組意見 ? ? ? ? ? ? ? ????????????????????????????? 組長簽名： ???????????????????????????????????? ???????????年?? 月?? 日 ? 專業(yè)委員會意見 ? ? ? ? 專業(yè)教研室主任簽名： ??????????????????? 年?? 月?? 日 ? 注：此表意見欄必須由相應責任人親筆填寫。專業(yè)名稱必須是全稱，例如“會計學專業(yè)”，班序號用阿拉伯數字“1”、“2”標注。此表如不夠填寫，可另加頁。 湖南農業(yè)大學東方科技學院 全日制普通本科生畢業(yè)設計 小型稻麥割鋪機設計 DESIGN OF SMALL SHOP CUTTING MACHINE OF RICE AND WHEAT 學生姓名：雷 軍 學 號：200841914310 年級專業(yè)及班級：2008級機械設計制造及其自動化（3）班 指導老師及職稱：湯興初 副教授 學 部：理工學部 湖南·長沙 提交日期：2012年05月 湖南農業(yè)大學東方科技學院全日制普通本科生 畢業(yè)設計誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻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，本論文的著作權由本人與湖南農業(yè)大學東方科技學院、指導教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要………………………………………………………….………………………………1 關鍵詞……………………………………………………………………………………….1 1 前言………………………………………………………………..…………………….1 2 研究目的和意義………………………………………………………………..……….2 3 研究主要內容……………………………………………………………..…………….3 4 整體方案的確定………………………………..……………………………………….3 4.1 整體結構及工作原理……………………………………………………..……..3 4.2 小型割鋪機的總體布局……………………………………..…………………..3 4.2.1 星形撥禾器等布置…………………………………………..……….…..3 4.2.2 割臺機架的安裝…………………………………………………….……3 4.2.3 機器重心的配置………………………………………………….………3 4.2.4 確定整體參數……………………………………………………….……4 4.2.5 確定小型割鋪機的動力選擇…………………………………………….4 5 主要零部件的選擇和設計……………………………………………………………...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、應用及其選擇類型………………………………………..8 5.1.3 往復式切割器的構造和工作原理……………………………………….10 5.2 立式割臺的帶式輸送器…………………………………………………………17 6 傳動零部件的設計...........................................................................................................18 6.1 傳動方案的確定....................................................................................................18 6.2 傳動裝置的運動和動力參數…………………………………………………...19 6.3 傳動零件的設計…………………………………………………………………19 6.3.1 帶傳送的設計.............................................................................................19 6.3.2 鏈傳送的設計...............................................................................................20 6.3.3 齒輪的設計計算...........................................................................................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 結論……………………………………………………………………………………...29 參考文獻…………………………………………………………………………………….29 致謝………………………………………………………………………………………….30 附錄………………………………………………………………………………………….31 小型稻麥割鋪機設計 學 生：雷 軍 指導老師：湯興初 （湖南農業(yè)大學東方科技學院，長沙 410128） 摘 要：本文設計的是一臺小型稻麥割鋪機，本設計采用往復式切割器作為主要工作部件，在護刃器的配合下進行有支撐切割，割刀平均速度設計為1～2m/s。切割性能好，工作可靠,適合性強。本設計采用汽油機做動力，整體重量較輕，方便了農民朋友的田間收割，大大降低了農民的勞動強度。本機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邊堆放整齊。該小型稻麥割鋪機結構簡單、操作方便，可以及時有效的完成小麥和水稻的收割任務。 關鍵詞：割鋪機；往復式切割器；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 收割機有便攜式收割機、手扶式收割機、臥式割臺收割機、立式割臺收割機。收割機的發(fā)展趨勢是用新型材料以進一步減輕重量；采用低振動發(fā)動機和先進的減振隔振裝置并合理配置機件，以減少振動對人體的危害；提高機械的加工和裝配精度、改進吸排氣系統(tǒng)，以減低噪聲；增設各種安全保護裝置，以提高作業(yè)安全性；在懸掛式割灌機上增設灌木切碎裝置，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；1822年在割刀上方增加了撥禾裝置。1826年出現(xiàn)采用往復式切割器和撥禾輪的現(xiàn)代收割機雛型，用多匹馬牽引并通過地輪的轉動驅動切割器。1831～1835年，類似的畜力小麥收割機在美國成為商品；1851年出現(xiàn)能將割倒的禾稈集放成堆的搖臂收割機；1920年以后由于拖拉機的普遍使用，同拖拉機配套的收割機開始取代畜力收割機[1]。中國于1952年開始生產畜力搖臂收割機和其他類型的畜力收割機；1962年開始發(fā)展機力臥式割臺收割機和機側放鋪禾稈的立式割臺收割機。為適應北方小麥、玉米間套作地區(qū)收獲小麥的需要，于1977年研制成機后放鋪禾稈的立式割臺收割機[2]。 2 研究的目的和意義 小型收割機突破了農村無法進入大型收割機收割的作業(yè)瓶頸，推進了收獲作業(yè)的機械化，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、豆類等農作物。換上相應的刀具，裝上上下托板和安全的防護罩，還可以收割灌木、牧草、蘆葦及茶園枝頭修剪和花圃。小型收割機配帶汽油動力強勁有力,方便實用,效率高,便于攜帶及野外田地作業(yè)。該汽油機具有噪音低.肅靜性和舒適性等特點.讓各地人們長時間工作都不會感覺疲勞。故，近年來小性稻麥收割機發(fā)展很快，技術日臻成熟，結構日趨合理，但進一步發(fā)展面臨著適用性的巨大挑戰(zhàn)。小性稻麥收割機有自己獨特的適用性，因而有著自己的市場層次。 小型收割機是是山區(qū)農民致富的必用工具，是平原地區(qū)農民致富的過渡產品，是間種套種一年多熟制的依托產品。縱觀現(xiàn)階段部分丘陵山區(qū)的農業(yè)生產，農業(yè)勞動資料仍是以人和畜為主，生產力水平低，生產效率低，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)的生產工具與落后生產方式的結合。加速發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)，全面推進社會主義新農村建設，有著積極的作用。因此，我們首先集中力量發(fā)展重點作物機械化[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)稻麥收割機械的設計不得不提上日程。但是，丘陵山地如不加選擇的全面發(fā)展作物生產全程機械化，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作物收獲、運輸等重點環(huán)節(jié)機械化的需求，要加快發(fā)展事宜山地梯田，兵制定科學的機械化技術模式，引導丘陵山地有力、有效、有序的發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境保護性的機械化，促進人與自然的和諧，實現(xiàn)丘陵山地的可持續(xù)發(fā)展。 3 研究的主要內容 從如何使稻麥收割機的適應性好、操作性強等角度去研究。主要包括選用什么動力機構帶動機器行走，利用什么類型的切割，并且做到割斷后的作物莖稈側邊堆放整齊，以利于工作的繼續(xù)順利進行。 4 整體方案的確定 4.1 整機結構及工作原理 該小型稻麥割鋪機為手扶自走立式割臺收割機，見圖1整機由割臺、底盤、操縱機構等幾部分組成。割臺是收割機的主要工作部分，該機屬于側向輸送側向鋪放型，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，實現(xiàn)稻麥的收割機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確定，注意交接過度部位的設計，保證收割機的均勻連續(xù)，避免出現(xiàn)超負荷的部件和生產不應該有的損失。同時，還要整車的結構盡量緊湊，本設計充分考慮了以上情況，從水稻、小麥的實際生長情況和丘陵山地田間作業(yè)的復雜情況進行分析，確定了稻麥割鋪機的整體尺寸。 4.2 小型割鋪機的總體布置 本小型割鋪機總體布置的特點：割臺和汽油機的重心落在輪軸上，這樣就會減少操作者的勞作強度。該機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現(xiàn)機器的掉頭和轉向，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。采用汽油機作為動力，同時實現(xiàn)切割和側向傳送[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構，位于切割器正上方，水平布置，切割器的位置需要根據具體情況（作物的倒狀、高度、濕度等）考慮，輸送裝置在后擋板上水平布置，具體的位置參數詳見后面的設計說明。 4.2.2 割臺與機架的安裝 割臺與機架之間用螺栓安裝，可以方便拆裝，在機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節(jié)來實現(xiàn)對割茬高度的調節(jié)。 4.2.3 機器重心的配置 1.撥禾星形輪 2.切割器 3.減速器 4.皮帶輪 5.汽油機 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，還需要考慮機器的重心位置，為了使操作者操作省力簡單，使整個機器的重心盡量分布在輪軸上。 4.2.4 確定整體參數 （1）割幅：2行收割； （2）前進速度：2～6km/h； （3）割后茬高100mm（可調）； （4）割斷后的作物莖稈側邊堆放； （5）生產率：0.2～0.3k㎡/h； 收割機的總長、總高、總高由總布置草圖確定，還必須要求起到滿足機動性、靈活性和穩(wěn)定性的要求[7]。本設計中取總長為2210mm，總高915mm，總寬700mm，整機重量約為60kg。 4.2.5 確定小型割鋪機的動力選擇 (1)驅動輪功率。驅動輪在松軟的土壤中做直線運動，在驅動輪上作用的力有以下幾個： 1)機體作用在驅動輪上垂直載荷和驅動輪的自重之和Q； 2)機體作用在驅動輪上的反作用力F； 驅動輪在土壤中滾動時，土壤在輪胎的支撐面上也產生反作用力，所產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]。 由參考文獻中平衡方程得： 即 其中 （1） 對于?式兩邊同時除，得，其中的其實就是驅動輪的驅動力。于是有，得。 故驅動輪的功率為，傳動效率，所以原動機需要提供相應的功率為。 圖2 行走輪受力圖 Fig2 By trying to walk round (2)切割器的功率。由經驗值可得每米割幅消耗的功率為一馬力，此收割機的割幅約為0.7米，故消耗的功率為0.7馬力即為0.5145kw，傳動效率，則原動機需要提供相應的功率為。 (3)輸送帶的功率。由經驗得傳輸帶的功率約為0.5kw，傳動效率，故原動機需要提供相應的功率為。因此，原動機所要生產的功率最小值為，所以根據實際情況選擇羅賓EY-3D型號的汽油機，額定轉速為，額定功率為2kw。 5 主要零部件的選擇和設計 5.1 切割器 切割器的切割性能與桿莖的物理機械性質、割刀特性、切割方式、切割速度等有關。 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]。 切割原理應用： 1）直徑細、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?。磺懈钏俣?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，參考文獻應該 （2） （切割力）（慣性力）（反彈力） 將莖桿視為懸臂梁，據材力：為增大慣性力和反彈力，應降低割茬，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 試驗測得的數據如表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、結構簡單、適應性廣。 （1）往復式。往復式運動結構簡單、適應性廣，適合于谷物收獲、牧草收獲，6-10km/h，但往復式慣性力大，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（護刃器）間距。 說明： ①切割速度高，適應粗、細桿，國際上廣泛應用于麥類作物、牧草。莖桿傾斜度大，割茬高。 ②切割能力強、割茬低，適應水稻，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，往復運動頻率低，往復慣性力小，用于小型收割機和聯(lián)收機[13]。 3)低割型，如圖8： 說明：莖桿傾斜量小，割茬低，應用于大豆和牧草，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）內作回轉運動，因而運轉較平穩(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.鏈式刀片多組 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（與前進方向平行）內回轉。其圓周速度為，為無支承切割式，切割能力強，適于高速作業(yè)，割茬也較低。目前，多用于牧草收割機和高稈作物的莖桿切碎機上。 a玉米莖桿切碎機 b.牧草切割機 c.刀片 圖10 甩刀回轉式切割器 Fig10 Sling knife rotary cutter 綜合以上所述，選擇往復式切割器普通Ⅰ型。 5.1.3 往復式切割器的構造和工作原理 （1）構造及標準化（如圖11） 圖11 往復式切割器 Fig11 Reciprocating cutter 1）動刀片：對稱6邊形、兩側刃、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）護刃器：保護定刀片位置，保護割刀、分禾，與定刀刃構成兩點支承。使用鑄鐵或鍛鋼。 4）壓刃器：保護刃片間隙（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，起引導作用，當摩擦片磨損時，可增墊片或前移墊片，以調整刀片間隙[15]。 6）標準化：（GB1209-1213-75） 便于組織專業(yè)化生產、零配件供應 Ⅰ型：動刀光刃 Ⅱ型：動刀齒刃，護雙齒有摩片 Ⅲ型：動刀齒刃，護雙齒無摩片 （2）傳動機構。特點：將回轉運動變?yōu)橥鶑瓦\動?；谶@個特點，立式割臺收割機多采用偏置曲柄滑塊機構以實現(xiàn)這一特點（如圖12）： 圖12 曲柄滑塊機構 Fig12 Slider-crank mechanism （3）工作原理和參數分析 1）刀片幾何形狀分析 往復式切割器是將作物莖桿夾持在動、定刀片之間進行剪切。 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：切割角α；刃部高h；刀底寬a；刀頂寬b。 ①當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 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。 從幾何關系可看出動刀片的刃部高度與α 角等參數的關系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）割刀運動分析 曲柄連桿機構的割刀運動（如圖15） 圖15 割刀運動分析 Fig15 Cutter movement analysis 擺環(huán)機構的割刀運動 擺環(huán)機構的割刀位移、速度和加速度的方程式（推導從略）為 X=－σ rcosω t Vx=μ rω sinω t ax=γ rω2cosωt (3) 則割刀位移、速度、加速度與曲柄轉角關系（如表2）[17] 表2 割刀位移、速度、加速度與曲柄轉角的關系 Table 2 Air displacement，Velocity，Acceleration and Crank corner relationship X 3）切割速度分析 試驗指出：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。 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速的重要參數之一，其選取應根據機器作 業(yè)性質而定。如割草機及收割機，因切割對象較青、濕，而且負荷較重，應取較大值；谷物聯(lián)合收獲機，因切割對象較干、脆，負荷較輕，可取較小值。其一般范圍為1-2m/s[18]。 4）割刀進距對切割器性能的影響 進距：割刀運動一個行程（是）時，機器前進的距離。 (5) (6) 式中：Vm——機器前進度 n——割刀曲柄轉速 ω——割刀曲柄角速度 割刀進距的大小，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速的另一重要參數。 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（Vm及 n）計算割刀進距 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 點為基準，用作圖法畫出該點的軌跡線。 ④按 A 點的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點畫出其軌跡線，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，在定刀片軌跡線內的作物被護刃器及定刀片推向兩側，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。其中大多數莖稈沿割刀運動方向傾斜，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，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和割刀進距 H 都是確定割刀曲柄轉速 n 的重要參數。因此 在設計中，要兼顧兩者要求確定曲柄轉速。 5）切割器功率計算 (7) 式中 —機速（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，立式割臺收割機工作時，靠機器前進的推力使作物壓縮積聚、互相支持來進行切割，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。 一般配手扶拖拉機的小型立式割臺收割機，步行操作機器的前進速度一般在1m/s，本設計取=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，選擇不當就會造成“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，割刀前伸量應大于割刀往復一次前進的距離，即： (8) 式中：—機器前進的速度（m/s） n—切割器的曲柄軸轉速（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，根據這個要求可確定輸送器的運動參數和主要結構參數之間的關系： 設：—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 —機器前進速度 —輸送帶速度 令為速度比，為莖桿壓縮系數，則上述不等式為： (9) 根據國內小型收割機的經驗，一般在1.2-1.5之間，本設計取=1.5m/s。 6 傳動零部件的設計 6.1 傳動方案的確定 本設計主要由三個運動組成：一是往復式切割器的切割運動，這一過程通過曲柄滑塊機構來實現(xiàn)；二是輸送鏈的水平輸送運動，這個運動通過鏈條的傳動來完成；三是行走輪的運動，通過齒輪傳動來完成。傳動方案如圖20。 6.2 傳動裝置的運動和動力參數 汽油機： （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 傳動零件的設計 6.3.1 帶傳動的設計 （1）參考文獻，首先確定計算功率。 其中：工作情況系數，取為1.1。所以， （2）選擇V帶的型號。根據選用A型帶。 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算V 1）初選小帶輪的基準直徑。 2)驗算帶速V （11） 因為5m/s

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